CN108574040B - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供减少非对称地产生的偏置电压的霍尔元件。半导体装置具有：具有霍尔元件形成区域的第一导电型的半导体层；浓度比半导体层高且以包围霍尔元件形成区域的方式设置的第一导电型的元件分离区域；以及形成在霍尔元件形成区域的霍尔元件，霍尔元件具备浓度比半导体层高且与元件分离区域隔着半导体层分离设置的第二导电型的磁感受部。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别涉及具有检测垂直方向的磁场的霍尔元件的半导体装置。

背景技术

检测垂直方向的磁场的霍尔元件，例如具备以在半导体衬底俯视观察下呈四角形状的方式设置的磁感受部、和设置在该磁感受部的四角的四个电极而构成。

在这样的霍尔元件中，若对半导体衬底沿垂直的方向施加磁场，使电流在一方对置的一对电极间流动，则因磁场的作用而沿与电流和磁场两者垂直的方向产生洛伦兹力。由此，在另一方对置的一对电极间产生电动势，并作为输出电压得到该电动势，从而能够检测磁场。

但是，实际的霍尔元件中，没有施加磁场时也产生输出电压。将该磁场为0时输出的电压称为偏置电压。在将霍尔元件作为磁传感器使用的情况下，有必要除去偏置电压。

对于这样的偏置电压，提出了利用旋转电流法来除去它的方法（偏置消除）（例如，参照专利文献1）。

该方法是这样的手法：例如，在如上述那样的霍尔元件中，测定在使电流在一方对置的一对电极间流动的情况下在另一方对置的一对电极间产生的输出电压、和在使电流在另一方对置的一对电极间流动的情况下在一方对置的一对电极间产生的输出电压，并进行减法运算，从而消除偏置电压。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平06－186103号公报。

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，利用旋转电流法的偏置消除，在霍尔元件中，能够消除对称地产生的偏置电压，但是非对称地产生的偏置电压不能消除而会残留。

出现这样的非对称地产生的偏置电压的原因，认为是从外部对元件施加的机械应力、或制造过程中的定位偏移、元件分离带来的耗尽层的影响等的元件内部的电位分布不均衡等导致的。

本发明目的在于提供具有减少了非对称地产生的偏置电压的霍尔元件的半导体装置。

【用于解决课题的方案】

本发明的一种方式的半导体装置，其特征在于具有：第一导电型的半导体层，具有霍尔元件形成区域；第一导电型的元件分离区域，浓度比所述半导体层高，以包围所述霍尔元件形成区域的方式设置；以及霍尔元件，形成在所述霍尔元件形成区域，所述霍尔元件具备第二导电型的磁感受部，其浓度比所述半导体层高，与所述元件分离区域隔着所述半导体层分离设置。

【发明效果】

依据本发明，第二导电型的磁感受部和第一导电型的元件分离区域不直接相接，而在磁感受部与元件分离区域之间隔着第一导电型的半导体层，从而磁感受部与半导体层相接，由于该半导体层浓度比磁感受部低，所以能够将在磁感受部内扩展的耗尽层的宽度抑制为较小。由此，能够抑制在霍尔元件内因耗尽层的影响而出现电位分布的不均衡。因而，能够减少非对称地产生的偏置电压。

附图说明

【图1】（a）是本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置的平面图，（b）是沿着（a）的A－A线的截面图。

【图2】是用于说明本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置的变形例的图，（a）是平面图，（b）是沿着（a）的A－A线的截面图。

【图3】是用于说明本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置的另一变形例的截面图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边对用于实施本发明的方式详细地进行说明。

图1是用于说明本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置100的图，图1（a）是平面图，图1（b）是沿着图1（a）的A－A线的截面图。

如图1所示，本实施方式的半导体装置100具备：设置在P型（第一导电型）的半导体衬底（也称为“半导体层”）101的浓度比半导体衬底101高的P型的元件分离区域102；以及设置在通过元件分离区域102来划分形成的霍尔元件形成区域103的霍尔元件10。

霍尔元件10具有：浓度比半导体衬底101高且与元件分离区域102隔着半导体衬底101分离设置的N型（第二导电型）的磁感受部11；以及设置在磁感受部11的表面的浓度比磁感受部11高的N型的电极12～15。磁感受部11如图1（a）所示，俯视观察下呈正方形状。

电极12～15分别以与正方形状的磁感受部11的四角相接地配置，例如，在电极12及13作为控制电流供给电极发挥功能时，电极14及15作为霍尔电压输出电极发挥功能。

元件分离区域102通过设置在元件分离区域102的表面的电极（未图示），与基准电位连接。

在使这样的霍尔元件10动作的情况下，电位差提供给作为控制电流供给电极的电极12、13间，电流从电极12流到13（或者，从电极13流到12）。

此时，由于P型的半导体衬底101比N型的磁感受部11的浓度低，所以能够将磁感受部11侧延伸的耗尽层抑制为较小。由此，耗尽层对霍尔元件10内的影响减少，能够抑制在霍尔元件10内出现电位分布的不均衡。因而，能够减少非对称地产生的偏置电压。

此外，在P型半导体衬底101与N型磁感受部11的PN结中，由于半导体衬底101为低浓度，所以泄漏电流容易变大。因此，优选以能够抑制泄漏电流的程度，将浓度比P型半导体衬底101高的元件分离区域102配置在磁感受部11的附近。

然而，如果元件分离区域102和磁感受部11接近到直接相接的程度，则能够抑制从磁感受部11的泄漏电流，但是，由于元件分离区域102为高浓度，所以耗尽层向磁感受部11内的延伸会变大。

在该情况下，如果将磁感受部11的浓度提高到与元件分离区域102相同的程度，则能够减小耗尽层向磁感受部11内的延伸。然而，霍尔元件的灵敏度由磁感受部11的迁移率决定，因此为了设为高灵敏度，需要在现实范围内使磁灵敏度部11的浓度为低浓度。

因而，如上述那样，优选以能抑制从磁感受部11的泄漏电流的程度将元件分离区域102配置在磁感受部11的附近，并且在元件分离区域102与磁感受部11之间持有能够充分减小耗尽层向磁感受部11内的延伸的程度的宽度而隔着半导体衬底101。

[变形例1]

图2是用于说明本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置100的变形例的图，图2（a）是平面图，图2（b）是沿着图2（a）的A－A线的截面图。

在图1中，电极12～15在正方形状的磁感受部11的四角以与磁感受部11的端部相接地配置，而在本变形例中，电极12～15从磁感受部11的端部分别隔着既定距离而配置。

通过这样的结构，能够通过与P型半导体衬底101的结来防止稍向N型磁感受部11内延伸的耗尽层达到电极12～15。由此，能够抑制在霍尔元件10内的、特别是比电极12～15更靠内侧的区域出现电位分布的不均衡。因而，能够期待进一步减少非对称地产生的偏置电压。

[变形例2]

图3是用于说明本发明的一实施方式的具有霍尔元件的半导体装置100的另一变形例的截面图。关于平面图，由于与图1（a）同样，所以在本图中省略。

本变形例中，取代图1中的半导体衬底101，而用设置在P型的半导体衬底201上的由外延层构成的P型的半导体层202来构成介于元件分离区域102与磁感受部11之间的半导体层。

通过这样的结构，也能得到与图1所示的具有霍尔元件10的半导体装置100同样的效果。

此外，在本变形例中，作为半导体衬底201，也可以采用N型的半导体衬底。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更这一点无须赘述。

例如，在上述实施方式中，以第1导电型为P型、第2导电型为N型而进行了说明，但是将导电型进行改换，使第1导电型为N型、第2导电型为P型也无妨。

标号说明

10 霍尔元件；11 磁感受部；12～15 电极；100 半导体装置；101 半导体衬底；102元件分离区域；103 霍尔元件形成区域；201 半导体衬底；202 外延层。

Claims (4)

1.一种半导体装置，其特征在于具有：

第一导电型的半导体层，其具有霍尔元件形成区域；

第一导电型的元件分离区域，其浓度比所述半导体层高，且以包围所述霍尔元件形成区域的方式设置；以及

霍尔元件，其形成在所述霍尔元件形成区域，

所述霍尔元件具备第二导电型的磁感受部，其浓度比所述半导体层高，且与所述元件分离区域隔着所述半导体层分离设置，该第二导电型的磁感受部俯视观察下呈正方形状，

以能抑制从所述磁感受部的泄漏电流的程度将所述元件分离区域配置在该磁感受部的附近，并且在所述元件分离区域与所述磁感受部之间持有能够充分减小耗尽层向该磁感受部内的延伸的程度的宽度而隔着所述半导体层，且所述元件分离区域被设置成比该磁感受部深，

所述元件分离区域通过被设置在所述元件分离区域的表面的电极，与基准电位连接。

2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：

还具备第二导电型的电极，其设置在所述磁感受部的表面，且浓度比所述磁感受部高，

所述电极从所述磁感受部的端部隔着既定距离而配置。

3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于：

所述半导体层为半导体衬底。

4.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于：

所述半导体层为外延层。