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JP6530672B2 - Method of manufacturing semiconductor device having magnetic sensor - Google Patents
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Description

本発明は、マグネティックセンサーに関し、さらに詳しくは、マグネティックセンサー(または、ホールセンサー)のセンシング領域がアナログ及びデジタル回路の下端に配置するマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor in which a sensing region of the magnetic sensor (or a Hall sensor) is disposed at the lower end of analog and digital circuits.

既知のように、マグネティックフィールドセンシング素子は、電流が流れる導体に磁場をかけると電流と磁場に垂直方向に電圧が発生するホール効果(Hall effect)を利用して磁場の方向と大きさを調べる素子である。即ち、マグネティックフィールドセンシング素子は、マグネティック磁場(magnetic field)がかかっている状態で、4個の電極のうち2個の向かい合う電極は、電流の流れを提供し、残りの2個の向かい合う電極は、電流の流れと垂直方向に発生するホール電圧を感知することで、ホール電圧を感知して磁場の方向と大きさを感知する。   As is known, a magnetic field sensing element is an element that examines the direction and magnitude of a magnetic field by utilizing a Hall effect in which a voltage is generated in a direction perpendicular to the current and the magnetic field when a magnetic field is applied to a conductor through which the current flows. It is. That is, with the magnetic field sensing element in a magnetic magnetic field (magnetic field) applied, two opposing electrodes of the four electrodes provide current flow, and the remaining two opposing electrodes are: By sensing the Hall voltage generated in the direction perpendicular to the current flow, the Hall voltage is sensed to sense the direction and magnitude of the magnetic field.

そして、このようなマグネティックフィールドセンシング素子は、地球の磁場を感知して方向情報を提供するデジタル羅針盤(Digital Compass)や電子羅針盤(eCompass)のようなマグネティックセンサー(または、ホールセンサー)に適用される。   And, such a magnetic field sensing element is applied to a magnetic sensor (or a Hall sensor) such as a digital compass or an electronic compass (eCompass) that senses the earth's magnetic field and provides direction information. .

このようなマグネティックセンサーは、マグネティックフィールドセンシング素子のホール効果を適用して、地球の北と南、東と西の方角を知らせる機能を提供し、最近では、スマートフォンなどの携帯用デジタル機器に搭載して使用されている。携帯用デジタル機器に活用する場合、モバイルアプリケーション(App)を利用して、地球の方角だけでなく、位置情報を活用する用途として地図アプリケーションで有用に使用されている。   Such a magnetic sensor applies the Hall effect of a magnetic field sensing element to provide a function to indicate the direction of north and south, east and west of the earth, and recently mounted on portable digital devices such as smartphones. Is used. When applied to portable digital devices, it is usefully used in map applications as an application that utilizes location information as well as the direction of the earth using a mobile application (App).

ここで、マグネティックセンサーには、マグネティックフィールドセンシング素子の感知結果を処理するために、必ずアナログ及びデジタル回路が共に使用されている。アナログ及びデジタル回路は、マグネティックフィールドセンシング素子が感知した信号を処理するための各種の回路をいう。   Here, in the magnetic sensor, both analog and digital circuits are necessarily used to process the sensing result of the magnetic field sensing element. Analog and digital circuits refer to various circuits for processing signals sensed by the magnetic field sensing element.

このように、マグネティックセンサーは、センサーから出力するシグナルを処理するためのアナログ及びデジタル回路と共に使用されるが、アナログ及びデジタル回路は、マグネティックフィールドセンシング素子と水平方向に隣接して設計されてきた。例えば、マグネティックフィールドセンシング素子が構成され、マグネティックフィールドセンシング素子の側面方向にアナログ及びデジタル回路が位置した。なぜなら、半導体基板上において、マグネティックセンサー用センシング領域とアナログ及びデジタル回路を形成するための活性領域をそれぞれ分離して構成する必要があるためである。   Thus, although magnetic sensors are used with analog and digital circuits to process the signals output from the sensors, analog and digital circuits have been designed horizontally adjacent to the magnetic field sensing elements. For example, a magnetic field sensing element is configured, and analog and digital circuits are located in the lateral direction of the magnetic field sensing element. This is because it is necessary to separate and configure the magnetic sensor sensing area and the active area for forming the analog and digital circuits on the semiconductor substrate.

その結果、マグネティックセンサー自体のサイズを減らせないという問題があり、これは、結局、マグネティックセンサーを構成するICチップ(chip)の全体の大きさも共に減らせないという問題をもたらした。   As a result, there is a problem that the size of the magnetic sensor itself can not be reduced, which eventually leads to a problem that the entire size of the IC chip constituting the magnetic sensor can not be reduced.

これは、最近、各種の携帯用デジタル機器のサイズをさらに小さくしようとする製品開発を難しくしている。即ち、マグネティックセンサー及び各種の回路の大きさを自体的に減らさない限り、上述したように、マグネティックフィールドセンシング素子とアナログ/デジタル回路の設計配置により、携帯用デジタル機器に入るマグネティックセンサーチップの大きさを減らすことに限界がある。また、マグネティックセンサーの大きさを減らせば、地球磁場または磁気力に対する感度(sensitivity)が落ちるため、ある程度以上に大きさを減らすことは困難である。   This has recently made it difficult to develop products that attempt to further reduce the size of various portable digital devices. That is, unless the size of the magnetic sensor and various circuits is reduced by itself, as described above, the size of the magnetic sensor chip entering the portable digital device by the design arrangement of the magnetic field sensing element and the analog / digital circuit. There is a limit to reducing In addition, if the size of the magnetic sensor is reduced, the sensitivity to the earth's magnetic field or magnetic force is reduced, so it is difficult to reduce the size beyond a certain extent.

これにより、マグネティックフィールドセンシング素子及び各種の回路の位置変更を通じて、マグネティックセンサーの面積を最大限確保しながらも、高いセンシング能力を備えたマグネティックセンサーの構造を有する半導体素子の製造方法が必要である。   Thus, there is a need for a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor structure with high sensing capability while securing the maximum area of the magnetic sensor by changing the position of the magnetic field sensing element and various circuits.

米国登録特許US4,965,517号明細書U.S. Pat. No. 4,965,517. 米国登録特許US6,278,271号明細書U.S. Pat. No. 6,278,271 米国登録特許US6,545,462号明細書U.S. Pat. No. 6,545,462

本発明は、上記従来のマグネティックセンサーにおける問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、マグネティックセンサーの面積を最大限確保するために、SOIウェハを利用し、センシング領域をアナログ及びデジタル回路の下端領域にセンシング領域またはセンシングエレメントを配置するマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems with the conventional magnetic sensor, and the object of the present invention is to use an SOI wafer and secure an analog sensing region in order to ensure the maximum area of the magnetic sensor. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor in which a sensing region or a sensing element is disposed in the lower end region of a digital circuit.

上記の目的を達成するためになされた本発明によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法は、P型シリコン単結晶基板の上に、絶縁層、SOI層を順に形成したSOIウェハを準備するステップと、前記P型シリコン単結晶基板に第1導電型のセンシング領域を形成するステップと、前記SOI層に回路部を形成するステップとを有することを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to the present invention made to achieve the above object comprises the steps of preparing an SOI wafer in which an insulating layer and an SOI layer are sequentially formed on a P-type silicon single crystal substrate. Forming a sensing region of a first conductivity type in the P-type silicon single crystal substrate; and forming a circuit portion in the SOI layer.

前記SOI層、前記絶縁層を貫通して前記センシング領域と接続するセンサーコンタクトを形成するステップをさらに有することが好ましい。   Preferably, the method further includes the step of forming a sensor contact that penetrates the SOI layer and the insulating layer and is connected to the sensing region.

前記センシング領域の下に第2導電型の半導体層を形成するステップをさらに有することが好ましい。   Preferably, the method further comprises the step of forming a semiconductor layer of a second conductivity type under the sensing region.

前記センサーコンタクトを形成するステップは、前記SOI層に層間絶縁膜を形成するステップと、前記センシング領域を露出させるトレンチを形成するステップと、前記露出したセンシング領域に第1導電型の高濃度ドーピング領域を形成するステップと、前記トレンチに導電性物質を充填するステップとを含むことが好ましい。   The forming of the sensor contact may include forming an interlayer insulating film on the SOI layer, forming a trench for exposing the sensing region, and a heavily doped region of the first conductivity type on the exposed sensing region. And forming the trench with a conductive material.

前記回路部と接続するコンタクトプラグを形成するステップと、前記コンタクトプラグを接続する金属配線を形成するステップとをさらに有することが好ましい。   Preferably, the method further comprises the steps of: forming a contact plug connected to the circuit portion; and forming a metal wire connecting the contact plug.

前記センシング領域の上に第2導電型の半導体層をさらに形成することが好ましい。   Preferably, a semiconductor layer of a second conductivity type is further formed on the sensing region.

磁気収束板(IMC)を形成するステップをさらに有することが好ましい。   Preferably, the method further comprises the step of forming a magnetic focusing plate (IMC).

前記回路部は、前記センシング領域によって発生した電圧を認知し、出力シグナルを出す低雑音増幅器(LNA)と、前記出力シグナルを増幅する自動利得制御器(AGC)ブロックと、前記増幅した出力シグナルをデジタルドメインに変換させるアナログデジタル変換器(ADC)とを含むことが好ましい。   The circuit unit recognizes a voltage generated by the sensing area and generates an output signal. A low noise amplifier (LNA), an automatic gain controller (AGC) block amplifying the output signal, and the amplified output signal It is preferable to include an analog-to-digital converter (ADC) to be converted into the digital domain.

前記センシング領域は、前記回路部の下に形成されることが好ましい。   Preferably, the sensing area is formed under the circuit unit.

上記の目的を達成するためになされた本発明の他のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法は、半導体基板にセンシング領域を形成するステップと、前記センシング領域上にエピ層を形成するステップと、前記エピ層に前記センシング領域と接続する複数個のセンサーコンタクトを形成するステップと、前記エピ層にセンサー回路部を形成するステップと、前記エピ層の上面に層間絶縁膜を形成するステップと、前記層間絶縁膜に前記センサー回路部と電気的に接続するコンタクトプラグを形成するステップと、前記コンタクトプラグと前記センサーコンタクトとを接続する金属配線を形成するステップと、前記半導体基板の上面または背面に磁気収束板を形成するステップとを有し、前記半導体基板にセンシング領域を形成するステップは、前記センシング領域の上と下に半導体層を形成するステップを含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to the present invention, comprising the steps of: forming a sensing region on a semiconductor substrate; forming an epi layer on the sensing region; Forming a plurality of sensor contacts connected to the sensing region in the epi layer; forming a sensor circuit portion in the epi layer; forming an interlayer insulating film on the upper surface of the epi layer; Forming a contact plug electrically connected to the sensor circuit portion to an interlayer insulating film, forming a metal wiring connecting the contact plug and the sensor contact, and forming a magnetic layer on the upper surface or the back surface of the semiconductor substrate have a forming a flux concentrator, form a sensing region on the semiconductor substrate That step, characterized in that it comprises a step of forming a semiconductor layer on top and bottom of the sensing area.

前記センシング領域は、前記センサー回路部の下に形成されることが好ましい。   Preferably, the sensing area is formed under the sensor circuit unit.

前記センシング領域の上と下の半導体層は、前記センシング領域の導電型と異なることが好ましい。   The semiconductor layers above and below the sensing region preferably differ from the conductivity type of the sensing region.

上記のように構成された本発明に係るマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法によると、以下のような効果がある。   According to the method of manufacturing a semiconductor device having the magnetic sensor according to the present invention configured as described above, the following effects can be obtained.

先ず、本発明は、ハンドルウェハ、絶縁層、SOI層を有するSOIウェハを利用して絶縁層の下にあるハンドルウェハ領域にセンシング領域を形成し、形成したセンシング領域の上部のSOI層にアナログ及びデジタル回路を配置することで、独立してマグネティックセンサー面積を最適化することができる。   First, the present invention forms a sensing area in the handle wafer area under the insulating layer using an SOI wafer having a handle wafer, an insulating layer, and an SOI layer, and forms an analog on the SOI layer above the formed sensing area. By arranging the digital circuit, the magnetic sensor area can be optimized independently.

また、回路部に影響を与えることなくセンシング領域に最適化されたドーピングプロファイルを具現することができ、従来技術よりセンシング能力が向上したマグネティックセンサーを有する半導体素子を製造することができる。   In addition, it is possible to realize the optimized doping profile in the sensing region without affecting the circuit part, and to manufacture the semiconductor device having the magnetic sensor whose sensing ability is improved compared to the prior art.

また、回路部と重畳しないため、センシング面積を最大化することができるという長所がある。   In addition, since there is no overlap with the circuit portion, there is an advantage that the sensing area can be maximized.

また、マグネティックセンサーの上だけでなく、SOIウェハの背面にも磁気収束板(Magnetic Concentrator)を配置することができ、デザインの側面で有利である。   Also, a magnetic concentrator can be placed not only on the magnetic sensor but also on the back of the SOI wafer, which is advantageous in terms of design.

また、本発明は、半導体基板のN型ドーピング領域にP型上部ドーピング領域とP型下部ドーピング領域を形成し、半導体基板の表面と平行でかつ狭い電流経路を提供している。従って、その分電流拡散を防止することができ、電流検出の感度を向上させる。そして、P型上部ドーピング領域によって半導体基板の表面に生成された各種の欠陥に関係なく、電極間に流れる電流の流れを向上させることができる。   In addition, the present invention forms a P-type upper doping region and a P-type lower doping region in an N-type doping region of a semiconductor substrate to provide a narrow current path parallel to the surface of the semiconductor substrate. Therefore, current diffusion can be prevented, and the sensitivity of current detection can be improved. Then, the flow of current flowing between the electrodes can be improved regardless of various defects generated on the surface of the semiconductor substrate by the P-type upper doping region.

本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the semiconductor device having the magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. 図1ないし15に示す方法で製造されたマグネティックセンサーの平面図である。FIG. 16 is a plan view of the magnetic sensor manufactured by the method shown in FIGS. 1 to 15; 本発明の第2実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor element which has a magnetic sensor by 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明に係るマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を実施する形態の具体例を図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, specific examples of embodiments of the method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明は、センシング領域及びマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を開示し、マグネティックセンサーは、シリコン・オン・インシュレーター(SOI:Silicon on insulator)基板構造、SOIと磁気収束板(IMC:Integrated magnetic concentrator)の併行構造、エピ層(Epi)と埋め込み層(NBL)の併行構造、エピ層(Epi)、埋め込み層(NBL)及び深いトレンチ絶縁(DTI:Deep Trench Isolation)構造が共に使用された構造、エピ層(Epi)、埋め込み層(NBL)及び磁気収束板(IMC)が共にある構造をそれぞれ基盤としてマグネティックセンサーを構成し、センシング領域の上方にアナログ/デジタル回路を配置して製造する。
つまり、アナログ/デジタル回路の下にセンシングエレメント(sensing element)を形成することができる。アナログ/デジタル回路が必要とする活性領域とセンシングエレメントが占める活性領域が上と下に分離されている。従来は、同じ平面上に位置したため、その分広い活性領域を占めたが、本発明のようにSOIウェハを使用して絶縁層(ボックス層)を挟んで回路部とセンシング領域とを分けて形成すれば、活性領域の面積が従来に比べて半分に減るという利点がある。
The present invention discloses a method of manufacturing a semiconductor device having a sensing area and a magnetic sensor, wherein the magnetic sensor comprises a silicon on insulator (SOI) substrate structure, an SOI and an integrated magnetic concentrator (IMC). 2.) Parallel structure of epi layer (Epi) and buried layer (NBL), structure in which epi layer (Epi), buried layer (NBL) and deep trench isolation (DTI) structure are used together, A magnetic sensor is constructed on the basis of a structure having both an epi layer (Epi), a buried layer (NBL) and a magnetic focusing plate (IMC), and an analog / digital circuit above the sensing area Arrangement to be produced.
That is, a sensing element can be formed under the analog / digital circuit. The active area required by the analog / digital circuit and the active area occupied by the sensing element are separated up and down. In the past, they were located on the same plane, and thus occupied a wide active area, but as in the present invention, the SOI wafer is used to separate the circuit area and the sensing area across the insulating layer (box layer) If so, there is an advantage that the area of the active region is reduced to half as compared to the prior art.

本実施形態では、上記の構造のうち、SOIウェハを利用した製造方法と、Non−SOIウェハにエピ層を成長させて製造したマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法について説明する。   In the present embodiment, among the above structures, a manufacturing method using an SOI wafer and a manufacturing method of a semiconductor device having a magnetic sensor manufactured by growing an epi layer on a non-SOI wafer will be described.

図1ないし15は、本発明の第1実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図であり、特に厚いSOI層を利用したSOIウェハを基盤としてマグネティックセンサーを製造する工程を示した断面図である。断面図を参照して製造方法を説明する。   FIGS. 1 to 15 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention, in particular, manufacturing a magnetic sensor based on an SOI wafer using a thick SOI layer. It is sectional drawing which showed the process. The manufacturing method will be described with reference to the cross sectional view.

図1に示すように、マグネティックセンサーが構成されるSOIウェハ100が提供される。SOIウェハ100は、ハンドルウェハ(handle wafer)として使用されるP型シリコン単結晶基板(以下、「ハンドルウェハ」という)101と、ハンドルウェハ101上に所定厚さで形成された埋め込み絶縁層(Buried Oxide)102と、埋め込み絶縁層102上に他のシリコン単結晶で形成されたSOI層104とで構成される。ここで、SOI層は、SOI層上にさらにシリコンエピ層が形成された層まで含んでもよい。そして、埋め込み絶縁層(ボックス層(Box layer))102は、0.1μm〜1μmの厚さであり、また、SOI層104は、0.1μm〜0.5μmの厚さを有する。   As shown in FIG. 1, an SOI wafer 100 in which a magnetic sensor is configured is provided. The SOI wafer 100 includes a P-type silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as a “handle wafer”) 101 used as a handle wafer, and a buried insulating layer (Buried) formed on the handle wafer 101 with a predetermined thickness. And an SOI layer 104 formed of another silicon single crystal on the buried insulating layer 102. Here, the SOI layer may include layers in which a silicon epi layer is further formed on the SOI layer. The buried insulating layer (Box layer) 102 has a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and the SOI layer 104 has a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm.

図2に示すように、SOI層104上にマスクパターン10を形成する。マスクパターン10は、SOI層104内にセンシング領域を形成するためのものである。そのため、マスクパターン10は、マグネティックセンシング素子が形成される領域を除いた残りの領域に設けられる。   As shown in FIG. 2, a mask pattern 10 is formed on the SOI layer 104. The mask pattern 10 is for forming a sensing region in the SOI layer 104. Therefore, the mask pattern 10 is provided in the remaining area except the area where the magnetic sensing element is formed.

図3において、イオン注入工程が行われる。イオン注入は、先ず、SOI層104の上側方向からN型導電型を有する不純物を注入する。SOI層104及び埋め込み絶縁層102を貫通してハンドルウェハ101に到逹するように高いイオン注入エネルギーで注入する必要がある。すると、ハンドルウェハ101の表面には、電流経路のためにN型イオンが注入された領域としてN型ドーピング領域、即ち、N型センシング領域106が形成される。N型センシング領域106は、ハンドルウェハ101の表面から所定深さで形成される。そして、N型センシング領域106の下部にP型導電型を有する不純物をイオン注入して、N型センシング領域106よりさらに深い領域にP型ドーピング領域(「P型下部ドーピング領域」という)108を形成する。P型下部ドーピング領域108の長さは、N型センシング領域106の長さと略同様である。ここで、N型センシング領域106及びP型下部ドーピング領域108は、その領域が確定された状態ではない。熱処理及び拡散工程が行われる前であるためである。   In FIG. 3, an ion implantation step is performed. In the ion implantation, first, an impurity having an N-type conductivity type is implanted from the upper direction of the SOI layer 104. It is necessary to implant with high ion implantation energy to penetrate the SOI layer 104 and the buried insulating layer 102 to reach the handle wafer 101. Then, an N-type doped region, ie, an N-type sensing region 106 is formed on the surface of the handle wafer 101 as a region into which N-type ions are implanted for the current path. The N-type sensing area 106 is formed at a predetermined depth from the surface of the handle wafer 101. Then, an impurity having P-type conductivity is ion-implanted under the N-type sensing region 106 to form a P-type doping region (referred to as “P-type lower doping region”) 108 in a region deeper than the N-type sensing region 106. Do. The length of the P-type lower doping region 108 is substantially the same as the length of the N-type sensing region 106. Here, the N-type sensing region 106 and the P-type lower doping region 108 are not in a state in which the regions are defined. This is because the heat treatment and the diffusion process are to be performed.

P型下部ドーピング領域108は、以下で説明するP型上部ドーピング領域と組み合わせて、ハンドルウェハ101の表面と平行に電流が流れるように電流経路を形成し、特に電流経路がさらに狭く形成されるようにして、電流の流れをさらによくする。つまり、ハンドルウェハ101にN型センシング領域106のみが形成された場合、N型センシング領域106からハンドルウェハ101の下方向にも電流の流れが発生し得る。その場合、全体領域を通じて拡散(diffusion)して電流の量が減り、磁場の強さを測定する感度が低下し得る。一方、N型センシング領域106にP型上部ドーピング領域とP型下部ドーピング領域108とを組み合わせて形成すると、その領域間に電流が流れ、その分ハンドルウェハ101で電流損失が減り、電流検出能力を増大させることができる。従って、マグネティックセンサーの性能向上を期待することができる。   The P-type lower doping region 108 forms a current path so that the current flows parallel to the surface of the handle wafer 101 in combination with the P-type upper doping region described below, and in particular, the current path is further narrowed. To make the current flow better. That is, when only the n-type sensing area 106 is formed on the handle wafer 101, a current flow may occur from the n-type sensing area 106 to the lower side of the handle wafer 101. In that case, diffusion through the entire region may reduce the amount of current and reduce the sensitivity of measuring the strength of the magnetic field. On the other hand, when the P-type upper doping region and the P-type lower doping region 108 are formed in combination in the N-type sensing region 106, a current flows between the regions, and the current loss decreases in the handle wafer 101, and the current detection capability is improved. It can be increased. Therefore, the performance improvement of the magnetic sensor can be expected.

N型センシング領域106の上部には、上記のP型ドーピング領域(「P型上部ドーピング領域」という)(図示せず)をさらに形成してもよい。P型上部ドーピング領域は、P型下部ドーピング領域108よりイオン注入エネルギーを弱くすればよい。P型上部ドーピング領域は、ハンドルウェハ101の表面で所定深さに形成されるが、N型センシング領域106より浅くドーピングして形成される。
P型上部ドーピング領域は、ハンドルウェハ101の表面の不均一性、または製造工程で発生し得る各種の欠陷(defect)を相殺させる。そのため、電流経路をハンドルウェハ101の表面からさらに奥側に流れるように誘導する。即ち、二つのP型ドーピング領域間にあるセンシング領域は、酸化膜とシリコン境界面またはハンドルウェハ表面から離れて形成され、界面から発生する問題点が除去されて、センシング能力が向上する。
Above the N-type sensing region 106, the above-described P-type doping region (referred to as "P-type upper doping region") (not shown) may be further formed. The P-type upper doping region may have a lower ion implantation energy than the P-type lower doping region 108. The P-type upper doping region is formed to a predetermined depth on the surface of the handle wafer 101, and is formed by doping shallower than the N-type sensing region 106.
The P-type upper doping region offsets the surface non-uniformity of the handle wafer 101 or various defects that may occur in the manufacturing process. Therefore, the current path is guided to flow further from the surface of the handle wafer 101. That is, the sensing region between the two P-type doped regions is formed away from the interface between the oxide film and the silicon or the handle wafer surface, and the problem arising from the interface is eliminated to improve the sensing ability.

マスクパターン10を除去し、SOI層104に対して一連の条件で熱処理工程を行う。すると、SOIウェハ100内に位置しているN型センシング領域106及びP型下部ドーピング領域108が拡散して図4のような状態になる。即ち、N型センシング領域106及びP型下部ドーピング領域108がそれぞれ図面符号110及び112のようになり、SOIウェハ100のハンドルウェハ101内にN型センシング領域110が形成される。   The mask pattern 10 is removed, and a heat treatment process is performed on the SOI layer 104 under a series of conditions. Then, the N-type sensing region 106 and the P-type lower doping region 108 located in the SOI wafer 100 are diffused to be in the state as shown in FIG. That is, the N-type sensing region 106 and the P-type lower doping region 108 are as shown by reference numerals 110 and 112, respectively, and the N-type sensing region 110 is formed in the handle wafer 101 of the SOI wafer 100.

次は、図5に示すように、SOI層104上にシリコンエピ層(Epitaxial Layer)130を形成する。そのため、第1実施形態は、厚いSOI層を利用するものといえる。   Next, as shown in FIG. 5, a silicon epitaxial layer (Epitaxial Layer) 130 is formed on the SOI layer 104. Therefore, it can be said that the first embodiment utilizes a thick SOI layer.

次いで、図6のように、シリコンエピ層130及びSOI層104を貫通するトレンチアイソレーション132を形成する。トレンチアイソレーション132は、シリコンエピ層130及びSOI層104をエッチングして形成されたトレンチ内部に絶縁物を充填して形成される。このようなトレンチアイソレーション132は、その周りに存在する回路部140と後述するセンサーコンタクト(161、162(図11参照))が物理的に互いに接触することを防止するためのものである。   Next, as shown in FIG. 6, a trench isolation 132 penetrating the silicon epi layer 130 and the SOI layer 104 is formed. The trench isolation 132 is formed by filling an insulator inside a trench formed by etching the silicon epi layer 130 and the SOI layer 104. Such trench isolation 132 is provided to prevent the circuit portion 140 present therearound and the sensor contacts (161 and 162 (see FIG. 11) described later) from physically contacting each other.

図7に示すように、トレンチアイソレーション132を形成した後は、アナログ−デジタル回路部(以下、「回路部」という)140を形成する工程が行われる。回路部140は、N型センシング領域110の上方に位置する。回路部140は、N型センシング領域110が感知した値を処理し、実質的にN型センシング領域110と回路部140とが組み合わせられてマグネティックセンサーとなる。回路部140は、埋め込み絶縁層(Buried Oxide)102を挟んでSOI層104またはシリコンエピ層130に形成される。このような回路部140には、センサーによって発生した電圧を認知し、出力シグナルを出す低雑音増幅器(LNA)、出力シグナルを増幅する自動利得制御器(AGC)ブロック、増幅した出力シグナルをデジタルドメインに変換させるアナログデジタル変換器(ADC)とコントローラー(controller)などの構成要素が含まれる。   As shown in FIG. 7, after the trench isolation 132 is formed, a process of forming an analog-digital circuit unit (hereinafter referred to as “circuit unit”) 140 is performed. The circuit unit 140 is located above the N-type sensing region 110. The circuit unit 140 processes the value sensed by the N-type sensing region 110, and the N-type sensing region 110 and the circuit unit 140 are substantially combined to form a magnetic sensor. The circuit portion 140 is formed in the SOI layer 104 or the silicon epi layer 130 with the buried insulating layer (Buried Oxide) 102 interposed therebetween. In such a circuit unit 140, a low noise amplifier (LNA) that recognizes the voltage generated by the sensor and outputs an output signal, an automatic gain controller (AGC) block that amplifies the output signal, and an amplified output signal in a digital domain Components such as an analog-to-digital converter (ADC) and a controller to convert into

図8に示すように、回路部140を形成した後は、シリコンエピ層130の上面に第1層間絶縁膜(ILD:Inter layer dielectric)150を蒸着する。   As shown in FIG. 8, after the circuit unit 140 is formed, a first interlayer insulating film (ILD: Inter layer dielectric) 150 is deposited on the upper surface of the silicon epitaxial layer 130.

次いで、N型センシング領域110と回路部140を電気的に接続する工程が行われる。これは図9に示した。図9を参照すると、第1層間絶縁膜150上にマスクパターン20を形成する。マスクパターン20は、コンタクト領域を除いた領域に提供される。その状態で、第1層間絶縁膜150、シリコンエピ層130、SOI層104及び埋め込み絶縁層102を貫通する複数のトレンチ(151、152、153)を形成する。この中で2個のトレンチ(151、152)は、N型センシング領域110と接続するセンサーコンタクト(161、162)のためのトレンチとなる。トレンチ形成によりN型センシング領域110が露出される。そして、N型センシング領域110とセンサーコンタクト(161、162、165)との間に、オーミックコンタクト(ohmic contact)のために高濃度N型ドーピング領域113をトレンチ(151、152、153)の底面に形成する。高濃度N型ドーピング領域113は、露出したN型センシング領域110にN型のドーパントをイオン注入して形成する。   Next, a process of electrically connecting the N-type sensing region 110 and the circuit unit 140 is performed. This is shown in FIG. Referring to FIG. 9, a mask pattern 20 is formed on the first interlayer insulating film 150. The mask pattern 20 is provided in the area excluding the contact area. In this state, a plurality of trenches (151, 152, 153) penetrating the first interlayer insulating film 150, the silicon epitaxial layer 130, the SOI layer 104, and the buried insulating layer 102 are formed. Among them, two trenches (151, 152) become trenches for sensor contacts (161, 162) connected to the N-type sensing region 110. Trench formation exposes the N-type sensing region 110. And, between the N-type sensing area 110 and the sensor contact (161, 162, 165), the heavily doped N-type doping area 113 is formed on the bottom of the trench (151, 152, 153) for ohmic contact. Form. The high concentration N-type doping region 113 is formed by ion implantation of an N-type dopant into the exposed N-type sensing region 110.

次に、マスクパターン20を除去し、N型ドーパントの拡散のために熱処理工程を行う。その後、図10に示すように、トレンチ(151、152、153)をさらにエッチングして、図9に示したトレンチの深さよりさらに深いトレンチ(154、155、156)を形成する。さらに深いトレンチ(154、155、156)は、高濃度N型ドーピング領域113を貫通しながら形成される。そして、第1トレンチ154〜第3トレンチ156の終端部にP型ドーパントをイオン注入して高濃度P型ドーピング領域114を形成する。図10に形成された高濃度P型ドーピング領域114は、側面方向に電流経路が形成されるように誘導するためのものである。   Next, the mask pattern 20 is removed, and a heat treatment process is performed to diffuse the N-type dopant. Thereafter, as shown in FIG. 10, the trenches (151, 152, 153) are further etched to form trenches (154, 155, 156) deeper than the depths of the trenches shown in FIG. Deeper trenches (154, 155, 156) are formed through the heavily doped N-type doped region 113. Then, P-type dopants are ion-implanted into the end portions of the first trench 154 to the third trench 156 to form a high concentration P-type doping region 114. The high concentration P-type doping region 114 formed in FIG. 10 is for inducing a current path in the lateral direction.

次いで、図11のように、さらに深いトレンチ(154、155、156)内に導電性物質である導電体を充填して、第1センサーコンタクト161、第2センサーコンタクト162、第3センサーコンタクト165を形成する。充填材料としては、タングステン(W)、チタン(Ti)金属または窒化チタン膜(TiN)、または高濃度ドーピングされたポリシリコンなどが使用される。   Next, as shown in FIG. 11, the deeper trenches (154, 155, 156) are filled with a conductive material that is a conductive material to form the first sensor contact 161, the second sensor contact 162, and the third sensor contact 165. Form. As the filling material, tungsten (W), titanium (Ti) metal or titanium nitride film (TiN), highly doped polysilicon or the like is used.

第1センサーコンタクト161及び第2センサーコンタクト162は、N型センシング領域110と回路部140を接続する役割をし、第3センサーコンタクト165は、P型ハンドルウェハとコンタクトするように形成し、P型ハンドルウェハの接地(ground)のために使用される。そのため、第3センサーコンタクト165は、接地コンタクトとなる。上記センサーコンタクトは、埋め込み絶縁層102を貫通して形成され、後述する第2層間絶縁膜に位置した金属配線と接続され、N型センシング領域110に到逹する。ここで上記の構成、即ち、第2層間絶縁膜、金属配線、高濃度N型ドーピング領域については、以下で説明する。   The first sensor contact 161 and the second sensor contact 162 serve to connect the N-type sensing region 110 and the circuit unit 140, and the third sensor contact 165 is formed to be in contact with the P-type handle wafer Used for the ground of the handle wafer. Therefore, the third sensor contact 165 is a ground contact. The sensor contact is formed to penetrate the buried insulating layer 102, is connected to a metal wire located in a second interlayer insulating film described later, and reaches the N-type sensing region 110. Here, the above-described configuration, that is, the second interlayer insulating film, the metal wiring, and the high concentration N-type doping region will be described below.

図12では、金属配線を媒介として回路部140と電気的に接続するためのコンタクトプラグ166を形成する。コンタクトプラグ166も、内部にタングステン(W)、銅(Cu)などの金属物質を充填させて金属化したものである。   In FIG. 12, a contact plug 166 for electrically connecting to the circuit unit 140 is formed through metal wiring. The contact plug 166 is also metallized by filling a metal substance such as tungsten (W) or copper (Cu) inside.

次に、図13に示すように、第1層間絶縁膜150上に第2層間絶縁膜170を形成する。第2層間絶縁膜170を形成する工程では、第2層間絶縁膜170に金属配線172を形成する工程も共に行われる。金属配線172は、回路部140とコンタクトプラグ166を電気的に接続させる機能をする。ここで、第2層間絶縁膜170は、一つの層だけで示したが、これに限らず、複数の層間絶縁膜が順に蒸着した絶縁膜で形成されてもよい。また、各層間絶縁膜ごとに複数の金属配線が形成される。   Next, as shown in FIG. 13, a second interlayer insulating film 170 is formed on the first interlayer insulating film 150. In the step of forming the second interlayer insulating film 170, the step of forming the metal wiring 172 in the second interlayer insulating film 170 is also performed. The metal wire 172 functions to electrically connect the circuit unit 140 and the contact plug 166. Here, although the second interlayer insulating film 170 is shown by only one layer, the present invention is not limited to this, and the second interlayer insulating film 170 may be formed of an insulating film in which a plurality of interlayer insulating films are sequentially deposited. In addition, a plurality of metal wires are formed for each interlayer insulating film.

そして、図14に示すように、第2層間絶縁膜170をエッチングしてビア(VIA)を形成し、ビアと接続されたボンディングパッド182を形成する。ボンディングパッド182上にパッシベーション膜(passivation layer)180を形成する。   Then, as shown in FIG. 14, the second interlayer insulating film 170 is etched to form a via (VIA), and a bonding pad 182 connected to the via is formed. A passivation layer 180 is formed on the bonding pad 182.

そして、図15に示すように、パッシベーション膜(passivation layer)180の上面に磁気収束板(IMC)400がさらに形成される。または、P型基板の背面に磁気収束板(Integrated Magnetic Concentrator、IMC)400を配置する。背面に位置する場合、N型センシング領域110と非常に近くなり、ノイズはさらに小さく、シグナルの大きさはさらに大きくなる感度の高い出力シグナルが得られる。ここで、磁気収束板400は、水平磁場を曲がらせ、センシング領域に垂直に入る垂直成分を誘導する。これにより、センシング領域では、水平磁場の垂直成分を検出する。また、マグネティックセンサー(または、ホールセンサー)が存在する領域の磁場を増幅する効果を提供する。
磁気収束板400のパターンは、平板状(planar−type)パターン、非平板状(non−planar)パターン、折れ曲ったパターン、コンフォーマル(conformal)なパターンなど、多様な形態のパターンを有した磁気収束板が配置される。ここで、コンフォーマルなパターンは、磁気収束板の下にある絶縁層またはパッシベーション膜のパターンと同様のパターンで形成されるということである。
Then, as shown in FIG. 15, a magnetic convergence plate (IMC) 400 is further formed on the top surface of the passivation layer 180. Alternatively, a magnetic concentrator (IMC) 400 is disposed on the back of the P-type substrate. When located on the back, it is very close to the N-type sensing area 110, and the noise is smaller, and the signal size is larger, so that a sensitive output signal is obtained. Here, the magnetic focusing plate 400 bends the horizontal magnetic field to induce a vertical component that is perpendicular to the sensing region. Thereby, in the sensing area, the vertical component of the horizontal magnetic field is detected. It also provides the effect of amplifying the magnetic field in the area where the magnetic sensor (or Hall sensor) is present.
The pattern of the magnetic focusing plate 400 is a magnetic having various types of patterns, such as a planar-type pattern, a non-planar pattern, a bent pattern, and a conformal pattern. A convergent plate is placed. Here, the conformal pattern is to be formed in the same pattern as the pattern of the insulating layer or passivation film under the magnetic focusing plate.

このようにすると、ハンドルウェハ101内にマグネティックフィールドセンシングエレメント(sensing elements)120を形成しながら、その上方に回路部140を離隔して提供することができる。従って、最適の面積を有するマグネティックセンサーを独立して具現可能である。つまり、最適化されたセンサー面積を独立して具現可能である。それだけでなく、N型センシング領域110と回路部140は、互いに異なる活性領域、即ち、N型センシング領域110は、ハンドルウェハ101内にある活性領域に形成され、回路部140は、SOI層104またはシリコンエピ層130の活性領域に形成される。従って、N型センシング領域110と回路部140は、それぞれドーピングプロファイルを独立して最適化させることができるという利点がある。   In this way, the magnetic field sensing elements 120 can be formed in the handle wafer 101, and the circuit part 140 can be provided apart therefrom. Therefore, it is possible to independently implement the magnetic sensor having the optimum area. That is, the optimized sensor area can be implemented independently. In addition, the N-type sensing region 110 and the circuit unit 140 are formed in different active regions, ie, the N-type sensing region 110 in the active region in the handle wafer 101, and the circuit unit 140 may be SOI layer 104 or It is formed in the active region of the silicon epi layer 130. Therefore, the N-type sensing region 110 and the circuit unit 140 have an advantage that the doping profile can be optimized independently.

一方、図16は、上記の図1ないし15に示す方法で製造されたマグネティックセンサーの平面図を示している。   On the other hand, FIG. 16 shows a plan view of the magnetic sensor manufactured by the method shown in FIGS. 1 to 15 described above.

図16を参照すると、4個のセンサーコンタクト(160、161、162、163)が形成され、センサーコンタクト(160、161、162、163)を取り囲むトレンチアイソレーション領域132が存在する。4個のセンサーコンタクト(160、161、162、163)は、回路部140と電気的に接続され、図13で説明したように、金属配線172とも接続される。4個のセンサーコンタクトのうち2個は、ホール効果による電圧変化を感知し、残りの2個は、電流を印加することに使用する。そして、4個のセンサーコンタクト(160、161、162、163)は、N型ドーピング領域106のコーナーに配置されたが、センシング領域190のN型センシング領域110と電気的にコンタクトしている。残りの接地コンタクト165は、P型ハンドルウェハの接地(ground)または他のバイアス(Bias)電圧をかけるために使用される。   Referring to FIG. 16, four sensor contacts (160, 161, 162, 163) are formed, and there is a trench isolation region 132 surrounding the sensor contacts (160, 161, 162, 163). The four sensor contacts (160, 161, 162, 163) are electrically connected to the circuit unit 140, and are also connected to the metal wiring 172 as described in FIG. Two of the four sensor contacts sense voltage changes due to Hall effect and the remaining two are used to apply current. The four sensor contacts (160, 161, 162, 163) are disposed at the corners of the N-type doping area 106, but are in electrical contact with the N-type sensing area 110 of the sensing area 190. The remaining ground contacts 165 are used to apply ground or other bias voltage to the P-type handle wafer.

ここで、回路部140には、上記で言及したセンサー回路部だけでなく、アクティブ素子、受動素子など、例えば、ロジック回路、アナログ回路、パワー、混成回路、入出力回路、メモリー回路、DPS、プロセッサなどがセンシング領域の上部に形成されてもよい。   Here, in the circuit unit 140, not only the sensor circuit unit mentioned above but also active elements, passive elements, etc., for example, logic circuits, analog circuits, power, hybrid circuits, input / output circuits, memory circuits, DPS, processors , Etc. may be formed on the top of the sensing area.

図17、18は、本発明の第2実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。   17 and 18 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to a second embodiment of the present invention.

第2実施形態のマグネティックセンサーは、第1実施形態で説明した厚いSOI層ではなく、薄いSOI層を利用して製造する。   The magnetic sensor of the second embodiment is manufactured using a thin SOI layer, not the thick SOI layer described in the first embodiment.

第2実施形態の製造工程を簡単に説明すると、SOIウェハ200内にN型センシング領域210及びP型下部ドーピング領域212を形成して、SOIウェハ200のハンドルウェハ201内にN型センシング領域210が形成されるようにすることは、前述した第1実施形態で説明した図4の工程までと同一である。但し、図17に示すように、SOI層203上にシリコンエピ層(Epitaxial Layer)を形成しない点が第1実施形態と異なる。   The manufacturing process of the second embodiment will be briefly described. The N-type sensing region 210 and the P-type lower doping region 212 are formed in the SOI wafer 200, and the N-type sensing region 210 is in the handle wafer 201 of the SOI wafer 200. The formation is the same as the process of FIG. 4 described in the first embodiment described above. However, as shown in FIG. 17, it differs from the first embodiment in that a silicon epitaxial layer (Epitaxial Layer) is not formed on the SOI layer 203.

トレンチアイソレーション220は、SOI層203をエッチングして形成したトレンチ内部に絶縁物を充填して形成する。トレンチ工程によるアイソレーション220の他にもロコス(LOCOS)を形成することも可能である。以後の工程は、第1実施形態の図7の工程以後の順序と同一に行う。このように、第2実施形態は、第1実施形態と比べると、SOIウェハ200を構成するSOI層203上にシリコンエピ層を形成しないことに差があり、従って、SOI層203のみを形成しているので、相対的に厚くなく形成される。以後の工程において、センシングエレメント領域214と離隔形成される回路部230は、SOI層203に形成される。第2実施形態の製造工程によって完成されたマグネティックセンサーの断面図は、図18に示す。   The trench isolation 220 is formed by filling an insulator inside a trench formed by etching the SOI layer 203. It is also possible to form LOCOS besides isolation 220 by a trench process. The subsequent steps are performed in the same order as the steps after the step in FIG. 7 of the first embodiment. As described above, the second embodiment is different from the first embodiment in that the silicon epi layer is not formed on the SOI layer 203 constituting the SOI wafer 200. Therefore, only the SOI layer 203 is formed. Therefore, they are not relatively thick. In the subsequent steps, the circuit portion 230 separated from the sensing element region 214 is formed in the SOI layer 203. A cross-sectional view of the magnetic sensor completed by the manufacturing process of the second embodiment is shown in FIG.

SOI層203にアイソレーション220を形成した後、第1センサーコンタクト240及び第2センサーコンタクト241を形成する。そのため、図18に示すように、アイソレーション220は、第1実施形態とは異なり、第1センサーコンタクト240と第2センサーコンタクト241の外面と接する形状で形成される。   After the isolation 220 is formed in the SOI layer 203, the first sensor contact 240 and the second sensor contact 241 are formed. Therefore, as shown in FIG. 18, the isolation 220 is formed in contact with the outer surfaces of the first sensor contact 240 and the second sensor contact 241 unlike the first embodiment.

このように、第2実施形態は、SOI MCD(203)にロコス(LOCOS)工程、または薄いトレンチ絶縁(STI)工程を利用したアイソレーション領域220を形成するため、工程数を前記第1実施例に比べてさらに減らすことができる。   As described above, in the second embodiment, since the isolation region 220 using the LOCOS process or the thin trench isolation (STI) process is formed on the SOI MCD (203), the number of processes is the same as that of the first embodiment. It can be further reduced compared to

図19ないし25は、本発明の第3実施形態によるマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。第3実施形態は、SOIウェハを使用しないNon−SOIウェハを利用する構造である。   19 to 25 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is a structure using a non-SOI wafer which does not use an SOI wafer.

図19のように、P型基板300が提供される。そして、P型基板上にスクリーン酸化膜を形成し、その上にマスクパターン30を形成する。マスクパターン30は、P型基板内にセンシング領域を形成するために提供される。そのため、マスクパターン30は、マグネティックセンシング素子が形成される領域を除いた残りの領域に設けられる。マスクパターン30の形成後イオン注入工程が行われる。イオン注入工程は、N型導電型を有する不純物を注入してN型センシング領域(N−conduction layer)310と、N型センシング領域310の下部、即ち、N型センシング領域310よりさらに深い領域にP型導電型を有する不純物をイオン注入してP型ドーピング領域(「P型下部ドーピング領域」という)312を形成する工程である。ここで、N型センシング領域310の上部にP型ドーピング領域(「P型上部ドーピング領域」という)を形成してもよい。   As shown in FIG. 19, a P-type substrate 300 is provided. Then, a screen oxide film is formed on the P-type substrate, and a mask pattern 30 is formed thereon. The mask pattern 30 is provided to form a sensing region in a P-type substrate. Therefore, the mask pattern 30 is provided in the remaining area except the area where the magnetic sensing element is formed. After the mask pattern 30 is formed, an ion implantation process is performed. In the ion implantation process, an impurity having an N-type conductivity is implanted to form an N-conduction region 310 and a lower portion of the N-type sensing region 310, ie, P region deeper than the N-type sensing region 310. In this step, an impurity having a type conductivity is ion-implanted to form a P-type doping region (referred to as a “P-type lower doping region”) 312. Here, a P-type doping region (referred to as a “P-type upper doping region”) may be formed on the top of the N-type sensing region 310.

次にマスクパターン30を除去し、図20のようにP型エピ層320を形成する。P型エピ層320は、P型基板300の厚さと略同様の厚さになるように成長して形成される。すると、P型基板300とP型エピ層320との間にN型センシング領域310が形成される。   Next, the mask pattern 30 is removed, and a P-type epi layer 320 is formed as shown in FIG. The P-type epi layer 320 is grown and formed to have a thickness substantially the same as the thickness of the P-type substrate 300. Then, an N-type sensing region 310 is formed between the P-type substrate 300 and the P-type epi layer 320.

次いで、図21のように、P型エピ層320にセンシング領域との接触のために、所定間隔離隔するセンサーコンタクト330を形成する。ここで、センサーコンタクト330は、N型シンカー(sinker)と呼ぶこともある。センサーコンタクト330は、イオン注入方式によって高濃度N型領域で形成する。または、高濃度N型ドーピングポリシリコンを使用して形成する。その場合は、トレンチを形成し、トレンチの内部にN型にドーピングされたポリシリコンを満たして形成する。高濃度N型ドーピングポリシリコンを満たす前にLPCVD(low pressure CVD)方式のシリコン酸化膜を先に蒸着する。これはトレンチ幅が広い場合、ポリシリコンのみを満たす際、中心部分にシーム(seam)現象が発生し得るためである。または、タングステンなどの金属層を満たして形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 21, the P-type epi layer 320 is formed with sensor contacts 330 spaced apart for contact with the sensing region. Here, the sensor contact 330 may be referred to as an N-type sinker. The sensor contact 330 is formed of a high concentration N-type region by ion implantation. Alternatively, it is formed using high concentration N-type doped polysilicon. In that case, a trench is formed and filled with N-doped polysilicon inside the trench. Before filling the high concentration N-type doped polysilicon, a low pressure CVD (LPCVD) type silicon oxide film is deposited first. This is because when the trench width is wide, a seam phenomenon may occur at the central portion when filling only with polysilicon. Alternatively, it may be formed by filling a metal layer such as tungsten.

その後、センサーコンタクト330の間のP型エピ層320に回路部340を形成する。   Thereafter, the circuit portion 340 is formed in the P-type epi layer 320 between the sensor contacts 330.

このような回路部340には、センサーによって発生した電圧を認知し、出力シグナルを出す低雑音増幅器(LNA)、出力シグナルを増幅する自動利得制御器(AGC)ブロック、増幅した出力シグナルをデジタルドメインに変換させるアナログデジタル変換器(ADC)とコントローラー(controller)などの構成要素が含まれてもよい。回路部340が形成されれば、図22のように、P型エピ層330上に第1層間絶縁膜(ILD:Interlayer dielectric)350を形成する。   In such a circuit unit 340, a low noise amplifier (LNA) that recognizes a voltage generated by a sensor and outputs an output signal, an automatic gain controller (AGC) block that amplifies an output signal, and an amplified output signal in a digital domain Components such as an analog-to-digital converter (ADC) and a controller to convert into After the circuit portion 340 is formed, a first interlayer dielectric (ILD) 350 is formed on the P-type epi layer 330 as shown in FIG.

そして、図23に示すように、第1層間絶縁膜350にコンタクトプラグ360を形成する。コンタクトプラグ360は、N型センシング領域310と回路部340を接続するためのもので、コンタクトプラグ360は、パターン化されたマスクパターンを利用して形成される。ここで、コンタクトプラグ360は、回路部340と電気的に接続するように形成される。   Then, as shown in FIG. 23, the contact plug 360 is formed in the first interlayer insulating film 350. The contact plug 360 is for connecting the N-type sensing region 310 and the circuit unit 340, and the contact plug 360 is formed using a patterned mask pattern. Here, the contact plug 360 is formed to be electrically connected to the circuit unit 340.

第1層間絶縁膜350にコンタクトプラグ360が形成された後は、図24に示すように、第1実施形態で説明したのと同様に第2層間絶縁膜370及びパッシベーション膜(passivation layer)380を形成しながら、金属配線365、ボンディングパッド375などを形成する過程が行われる。そして、図25のように、パッシベーション膜(passivation layer)380の上面に磁気収束板(IMC)900がさらに形成される。または、P型基板の背面に磁気収束板(IMC)900を配置する。背面に位置する場合、N型センシング領域310と非常に近くなり、ノイズはさらに小さく、シグナルの大きさはさらに大きくなる感度の高いシグナルが得られる。ここで、磁気収束板900は、水平磁場を曲がらせ、センシング領域に垂直に入る垂直成分を誘導する。これにより、センシング領域では、水平磁場の垂直成分を検出する。また、マグネティックセンサー(または、ホールセンサー)が存在する領域の磁場を増幅する効果を提供する。   After the contact plug 360 is formed in the first interlayer insulating film 350, as shown in FIG. 24, the second interlayer insulating film 370 and the passivation film 380 are formed in the same manner as described in the first embodiment. While forming, a process of forming the metal wiring 365, the bonding pad 375 and the like is performed. Then, as shown in FIG. 25, a magnetic convergence plate (IMC) 900 is further formed on the upper surface of the passivation layer 380. Alternatively, a magnetic focusing plate (IMC) 900 is disposed on the back of the P-type substrate. When located at the back, it is very close to the N-type sensing region 310, noise is smaller, and signal magnitude is larger, so that a sensitive signal is obtained. Here, the magnetic focusing plate 900 bends the horizontal magnetic field to induce a vertical component that is perpendicular to the sensing region. Thereby, in the sensing area, the vertical component of the horizontal magnetic field is detected. It also provides the effect of amplifying the magnetic field in the area where the magnetic sensor (or Hall sensor) is present.

このように、第3実施形態は、P型基板300とP型エピ層320との間にセンシング領域を形成する。   Thus, in the third embodiment, a sensing region is formed between the P-type substrate 300 and the P-type epi layer 320.

以上で説明したように、本発明は、半導体基板の内部にマグネティックフィールドセンシング領域を形成し、センシング領域の上方にアナログ−デジタル回路を位置させるように構造を改善して、センシング面積を最大限確保しながら、磁場の検出が可能なマグネティックセンサーを製造する方法を提供することを基本的な技術的要旨としていることが分かる。   As described above, according to the present invention, the magnetic field sensing region is formed inside the semiconductor substrate, and the structure is improved to position the analog-digital circuit above the sensing region to ensure the maximum sensing area. It is understood that the basic technical point is to provide a method of manufacturing a magnetic sensor capable of detecting a magnetic field.

従って、センサー面積が最適化されて半導体チップまたは半導体ダイ(die)の大きさを増大させない効果がある。また、マグネティックセンサーに使用される半導体層のドーピングプロファイルを独立して調節可能である。なぜなら、回路部と別個で形成されるためである。また、基板の上または下に流れる地球磁場をさらに敏感に感知することができる。   Therefore, the sensor area may be optimized to not increase the size of the semiconductor chip or the semiconductor die. Also, the doping profile of the semiconductor layer used for the magnetic sensor can be independently adjusted. This is because they are formed separately from the circuit portion. Also, the earth's magnetic field flowing above or below the substrate can be more sensitively sensed.

以上のように、本発明の実施形態を参考にして説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野の通常の知識を持った者なら、本発明の要旨及び範囲に逸脱せずとも多様な変形、変更及び均等な他の実施例が可能であるということが明らかに分かる。従って、本発明の真正な技術的保護範囲は、添付の請求の範囲の技術的な思想によって定められるべきである。   As mentioned above, although the embodiment of the present invention has been described with reference to this, this is merely an example, and a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can It will be clearly understood that various modifications, changes and other equivalent embodiments are possible without departing from the scope. Accordingly, the true technical scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 SOIウェハ
101 P型シリコン単結晶基板(ハンドルウェハ)
102 埋め込み絶縁層(ボックス層(BOX layer))
104、203 SOI層
106、110、210、310 N型センシング領域またはN型ドーピングエリア
108、112 P型下部ドーピング領域
113 高濃度N型ドーピング領域
114 高濃度P型ドーピング領域
130 シリコンエピ層
132 トレンチアイソレーション
140、230、340 回路部
150、350 第1層間絶縁膜
151、152、153、154、155、156 トレンチ
160、161、162、163、165 センサーコンタクト
166、360 コンタクトプラグ
170、370 第2層間絶縁膜
180、380 パッシベーション膜(passivation layer)
400、900 磁気収束板(IMC)
100 SOI wafer 101 P type silicon single crystal substrate (handle wafer)
102 Buried insulating layer (BOX layer)
104, 203 SOI layers 106, 110, 210, 310 N-type sensing region or N-type doping area 108, 112 P-type lower doping region 113 high concentration N-type doping region 114 high concentration P-type doping region 130 silicon epi layer 132 trench isolation 140, 230, 340 Circuit portion 150, 350 First interlayer insulating film 151, 152, 153, 154, 155, 156 Trench 160, 161, 162, 163, 165 Sensor contact 166, 360 Contact plug 170, 370 Second layer Insulation film 180, 380 passivation film (passivation layer)
400, 900 Magnetic Convergent (IMC)

Claims (12)

P型シリコン単結晶基板の上に、絶縁層、SOI層を順に形成したSOIウェハを準備するステップと、
前記P型シリコン単結晶基板に第1導電型のセンシング領域を形成するステップと、
前記SOI層に回路部を形成するステップと、
を有することを特徴とするマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
Preparing an SOI wafer in which an insulating layer and an SOI layer are sequentially formed on a P-type silicon single crystal substrate;
Forming a sensing region of a first conductivity type on the P-type silicon single crystal substrate;
Forming a circuit portion in the SOI layer;
A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor, comprising:
前記SOI層、前記絶縁層を貫通して前記センシング領域と接続するセンサーコンタクトを形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   The method according to claim 1, further comprising the step of forming a sensor contact penetrating the SOI layer and the insulating layer and connecting to the sensing region. 前記センシング領域の下に第2導電型の半導体層を形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項2に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to claim 2, further comprising the step of forming a semiconductor layer of a second conductivity type under the sensing region. 前記センサーコンタクトを形成するステップは、
前記SOI層に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記センシング領域を露出させるトレンチを形成するステップと、
前記露出したセンシング領域に第1導電型の高濃度ドーピング領域を形成するステップと、
前記トレンチに導電性物質を充填するステップと、
を含むことを特徴とする請求項2に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
The step of forming the sensor contact comprises
Forming an interlayer insulating film on the SOI layer;
Forming a trench exposing the sensing region;
Forming a heavily doped region of the first conductivity type in the exposed sensing region;
Filling the trench with a conductive material;
A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to claim 2, comprising:
前記回路部と接続するコンタクトプラグを形成するステップと、
前記コンタクトプラグを接続する金属配線を形成するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
Forming a contact plug connected to the circuit portion;
Forming a metal wire connecting the contact plug;
The method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to claim 1, further comprising:
前記センシング領域の上に第2導電型の半導体層をさらに形成することを特徴とする請求項3に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   4. The method of claim 3, further comprising forming a semiconductor layer of a second conductivity type on the sensing region. 磁気収束板(IMC)を形成するステップをさらに有することを特徴とする請求項1に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   The method of claim 1, further comprising forming a magnetic focusing plate (IMC). 前記回路部は、前記センシング領域によって発生した電圧を認知し、出力シグナルを出す低雑音増幅器(LNA)と、
前記出力シグナルを増幅する自動利得制御器(AGC)ブロックと、
前記増幅した出力シグナルをデジタルドメインに変換させるアナログデジタル変換器(ADC)と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
The circuit unit recognizes a voltage generated by the sensing area, and outputs a low noise amplifier (LNA) that outputs an output signal.
An automatic gain controller (AGC) block for amplifying the output signal;
An analog-to-digital converter (ADC) for converting the amplified output signal into a digital domain;
A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor according to claim 1, comprising:
前記センシング領域は、前記回路部の下に形成されることを特徴とする請求項1に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   The method according to claim 1, wherein the sensing region is formed under the circuit unit. 半導体基板にセンシング領域を形成するステップと、
前記センシング領域上にエピ層を形成するステップと、
前記エピ層に前記センシング領域と接続する複数個のセンサーコンタクトを形成するステップと、
前記エピ層にセンサー回路部を形成するステップと、
前記エピ層の上面に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記層間絶縁膜に前記センサー回路部と電気的に接続するコンタクトプラグを形成するステップと、
前記コンタクトプラグと前記センサーコンタクトとを接続する金属配線を形成するステップと、
前記半導体基板の上面または背面に磁気収束板を形成するステップと、
を有し、
前記半導体基板にセンシング領域を形成するステップは、
前記センシング領域の上と下に半導体層を形成するステップを含むことを特徴とするマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
Forming a sensing region on the semiconductor substrate;
Forming an epi layer on the sensing region;
Forming a plurality of sensor contacts connected to the sensing region in the epi layer;
Forming a sensor circuit portion on the epi layer;
Forming an interlayer insulating film on the upper surface of the epi layer;
Forming a contact plug electrically connected to the sensor circuit portion to the interlayer insulating film;
Forming a metal wire connecting the contact plug and the sensor contact;
Forming a magnetic focusing plate on the top surface or the back surface of the semiconductor substrate;
I have a,
The step of forming a sensing region on the semiconductor substrate comprises the steps of
A method of manufacturing a semiconductor device having a magnetic sensor, comprising forming a semiconductor layer above and below the sensing region .
前記センシング領域は、前記センサー回路部の下に形成されることを特徴とする請求項10に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。   The method of claim 10, wherein the sensing region is formed under the sensor circuit unit. 前記センシング領域の上と下の半導体層は、前記センシング領域の導電型と異なることを特徴とする請求項10に記載のマグネティックセンサーを有する半導体素子の製造方法。
11. The method of claim 10 , wherein the semiconductor layers above and below the sensing region are different from the conductive type of the sensing region.
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