CN110501031B

CN110501031B - 补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力

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Publication number: CN110501031B
Application number: CN201910415258.0A
Authority: CN
Inventors: M·莫茨
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-05-16
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: DE102018111753A1; US20190353717A1; US10969444B2; CN110501031A

Abstract

本公开描述了一种半导体电路装置，具有集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路，被构造为，在霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间传导霍尔供电电流，该霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过霍尔效应区域，其中霍尔供电电流具有对半导体衬底的机械应力的第一相关性。集成在半导体衬底中并且与霍尔效应区域不同的电阻装置被构造为，在电阻装置的第一端子和第二端子之间传导电流，其中通过电阻装置的电流具有对半导体衬底的机械应力的第二相关性。补偿电路被构造为，基于霍尔效应区域的第一端子与电阻装置的第一端子之间的信号差，校正在霍尔效应区域的第三端子和第四端子之间测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

Description

补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力

技术领域

本公开的实施例涉及一种半导体衬底中的集成电路装置，并且特别地涉及一种用于补偿半导体衬底中的机械应力分量对集成在半导体衬底中的电路装置的参数精度和参数稳定性的负面影响的方案。

背景技术

集成电路装置或集成电路(IC＝集成电路)通常安装在壳体中，从而保护敏感的集成电路装置免受环境影响。然而会观察到令人不愉快的副作用：即时将集成电路装置放置和安装在壳体中，也可能在半导体材料上并因此在集成在半导体衬底上的电路装置上引起显著的机械应力。这对于低成本的、构造为批量生产的壳体形式尤其如此，例如对于这种壳体形式，其中集成的电路装置通过浇铸化合物封装。然后通过将浇铸化合物从约150℃-185℃的温度冷却至环境温度来使浇铸化合物硬化。由于集成电路装置的半导体材料和围绕集成电路装置的壳体的塑料浇铸化合物具有不一致的热膨胀系数，因此当冷却到环境温度(例如室温)时，塑料材料更强烈地收缩，并且在集成电路装置的半导体材料上引起基本上不可再现的机械应力。塑料材料通常具有比集成电路装置的半导体材料更高的热膨胀系数，其中作为半导体材料主要使用硅或锗、砷化镓(GaAs)、InSb、InP等。

半导体衬底的半导体材料中的机械应力作用在集成电路装置上，因为机械应力取决于用于半导体衬底和浇铸化合物的材料的组合，而且取决于加工参数，例如集成电路装置的壳体的复合化合物的固化温度和固化时间，因此该机械应力通常很难再现。

通过半导体材料中的各种压电效应(例如通过压阻效应、压电MOS效应、压电结效应、压电霍尔效应和压电隧道效应)，集成电路装置的重要电气参数或电子参数受集成电路装置的作用机械应力影响。在进一步描述中，术语“压电效应”通常指在半导体材料中机械应力的影响下，集成在半导体材料中的电路装置的电参数的变化。

半导体材料中的机械应力导致电荷载流子的特性相对于电荷载流子传输(例如迁移率、碰撞时间、杂散因子、霍尔常数等)发生变化。

一般来说，压阻效应表明相应的半导体材料的特定欧姆电阻在机械应力的影响下如何变化。除此之外，压电结效应导致二极管和双极晶体管的特性曲线发生变化。压电霍尔效应描述了半导体材料的霍尔常数对半导体材料中的机械应力状态的相关性。压电隧道效应发生在反向驱动、重掺杂、浅侧p-n结处。该电流由带间隧道效应决定，并且还与应力有关。压阻效应和文献中偶尔用的“压电MOS效应”可以分类可比，因为在压电MOS效应与压阻效应基本相同的情况下，在集成电路芯片的半导体材料中的机械应力的影响下，MOS场效应晶体管的MOS通道中的电荷载流子的迁移率发生变化。

因此很明显，由于集成电路装置的半导体材料中的机械应力，集成电路装置的电子特性不可预测地改变或削弱，其中可以观察到集成电路装置的性能(性能或参数)的降低，例如以调制范围、分辨率、带宽、电流消耗或精度的损害形式。

特别地，上述压阻效应表明各个半导体材料的特定欧姆电阻在机械应力张量和压阻系数的影响下如何表现。在集成电路装置(IC)中，相应的电流I(例如控制电流、参考电流等)通过半导体芯片上的集成电路装置的电路元件产生。在这种情况下，基本上在集成电阻(具有电阻值R)上产生定义电压U，并且断开电流I。因此，通常可以在每个电阻元件上产生电流I，例如在处于线性工作范围的MOS场效应晶体管上。

例如，可以通过已知的带隙原理产生与半导体材料中的机械应力相关的相对恒定的电压U(除了相对较小的压电结效应外在产生的带隙电压上)。然而，电阻R受到压阻效应的影响。由于半导体材料中的机械应力通过集成电路装置的壳体仅以不良可控的方式影响半导体电路芯片，因此用于产生电流I的电阻值R以及因此产生的电流I以无意和不可预测的方式发生改变。

相比之下，压电霍尔效应描述了霍尔常数对半导体材料中的机械应力状态的相关性。在集成电路装置(特别是传感器装置，例如包括控制和评估电子装置的集成霍尔传感器)的操作中，压阻效应和压电霍尔效应是非常干扰的。

通过由于集成电路装置的半导体芯片的半导体材料中的机械应力而产生的压电霍尔效应，在霍尔传感器装置中，例如霍尔传感器的电流相关灵敏度S_i,Hall发生变化。此外，由于在霍尔传感器装置的半导体材料中施加机械应力时的压阻效应，通过霍尔传感器的霍尔供电电流也会发生变化，因为霍尔供电电流(控制电流)仅通过一个集成电阻R_Hall定义，在该集成电阻R_Hall上可能通过控制回路降低电压U。由于压阻效应导致的电阻变化δR_Hall引起的霍尔电流的变化因此导致霍尔传感器的灵敏度S_i,Hall的变化。

霍尔传感器的磁灵敏度S_i,Hall可以定义(如上所述)作为霍尔传感器的输出电压U_Hall与施加的磁场分量B的比率。因此，霍尔传感器装置的半导体材料中的机械应力影响霍尔传感器的电流相关磁灵敏度S_i,Hall。通常试图保持霍尔传感器的磁灵敏度S_i,Hall尽可能恒定，特别地由于上述压阻效应和压电霍尔效应引起的机械应力的影响是干扰的。

基于集成霍尔传感器电路装置，产生取决于作用磁场分量B的开关信号，应该注意，磁开关阈值B_S总是可以归纳为以下的形式：B_S∝R_Hall/S_i,Hall。因此，通常可以说电流相关磁灵敏度S_i,Hall与电阻值R_Hall的比率决定了霍尔传感器装置的磁参数(例如灵敏度或开关阈值)。

因此，集成电路装置的半导体材料中的机械应力最终可能对由霍尔传感器装置构成的整个系统的磁灵敏度或开关阈值产生不利影响。

实际上，磁性开关传感器可以在封装工艺(即晶片级)之前显示出开关阈值，与在封装在壳体中之后的那些阈值相差大约10％。原因是上面提到的压电效应。因此，特别地，在封装在壳体中之后，将确定以磁滞回线(在1％至4％之间打开)形式的“磁开关阈值相对于温度”的不期望的曲线，其中特别地需要注意的是，当IC封装在封装过程之前或期间吸收了大量水分，并且半导体电路芯片在高于100℃的温度下的停留时间大于约10分钟(这通常是集成电路的较小壳体的扩散时间常数)。原因又是上述压电效应。

关于上述压电效应，应该注意的是，在半导体材料中发生的机械应力定义的系数是所谓的“张量”，即霍尔元件的电流相关的磁灵敏度S_i,Hall和电阻元件的电阻值R不仅通过半导体材料中的机械应力的强度而且通过半导体材料中的应力方向而发生改变。半导体材料中的机械应力的方向相关性适用于对于p和n掺杂电阻R^p、Rⁿ的主要使用的{100}硅材料。还应注意，出于对称的原因，{100}晶片和{001}晶片在立方晶体中彼此对应。

现在将在下文中简要解释，如何根据现有技术尝试减少上述干扰的压电影响。在本领域中已知的是，在{100}硅材料中可以通过使用p掺杂电阻代替n掺杂电阻来减小集成电阻的机械应力相关性，因为p掺杂集成电阻通常具有较小的压电系数。

此外，在现有技术中已知这样的装置，其中两个名义上相等的电阻彼此垂直地在布局中并且彼此间隔很小的距离，并且串联或并联电连接(所谓的L布局)。因此，半导体材料中机械应力方向的总电阻尽可能独立并且因此可以再现。同时，对于机械应力的任何方向，这种装置的压电灵敏度也是最小的。

此外，在现有技术中做出了努力，从而如此制造IC封装使得半导体电路芯片上的机械应力(机械应力)更好地再现。为此目的，在现有技术中使用更昂贵的陶瓷壳体，或者将壳体部件的机械参数(即半导体电路芯片、引线框架、浇铸化合物、粘合材料或焊接材料)彼此匹配，使得各种壳体部件的影响尽可能得到补偿或者在操作期间相对于集成电路装置的准备安装和应力负载至少尽可能是恒定的。然而，应该清楚的是，壳体部件的机械参数的匹配非常昂贵，并且工艺流程的微小变化还再次导致不同壳体部件的影响的变化。

根据前述内容可以看出，由于半导体材料中的机械应力，通过不同的压电效应可能引起半导体电路芯片上的集成电路装置的半导体器件的物理功能参数的不希望的和难以控制的影响。在这种情况下，补偿压电效应对半导体元件的物理和电子功能参数的影响是有问题的，因为半导体材料中出现的应力分量通常既不是预先知道的，也不是在生命周期内保持不变的，使得到壳体中安装集成电路装置时，这些机械参数(即例如半导体芯片的材料、引线框架、浇铸化合物、粘合剂或焊接材料)很难或不可能匹配，为了适当地控制对半导体材料以及因此对半导体元件的电子和物理功能参数的上述压电影响。

基于此，需要用于补偿集成电路装置上的压电影响的改进方案。

发明内容

根据第一方面，提出了一种半导体电路装置。该半导体电路装置具有半导体衬底。霍尔传感器电路被集成在半导体衬底中，该霍尔传感器电路被构造为，在霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间传导霍尔供电电流，霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过霍尔效应区域。霍尔供电电流具有对半导体衬底的机械应力的第一相关性。此外，与霍尔效应区域不同的电阻装置集成在半导体衬底中，该电阻装置被构造为在电阻装置的第一端子和第二端子之间传导电流。通过电阻装置的电流具有对半导体衬底的机械应力的第二相关性。该半导体电路装置还包括补偿电路，该补偿电路被构造为，根据霍尔效应区域的第一端子和电阻装置的第一端子之间的信号差来校正在霍尔效应区域的第三端子和第四端子之间测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

在一些示例性实施例中，电阻装置可以被构造为集成在半导体衬底中的垂直电阻装置，使得电阻装置的第一端子和第二端子之间的电流垂直地被传导通过半导体衬底。

在一些示例性实施例中，补偿电路可以被构造为基于信号差乘法地校正霍尔电压。

在一些示例性实施例中，半导体电路还可以包括至少一个可调节电流源，被构造为在信号补偿期间调节霍尔供电电流和/或调节通过电阻装置的电流，使得霍尔效应区域的第一端子与电阻装置的第一端子之间的信号差基本上是零。

在一些示例性实施例中，霍尔效应区域和电阻装置可以具有相同的掺杂类型。

在一些示例性实施例中，霍尔效应区域和电阻装置可以是n掺杂的。

在一些示例性实施例中，霍尔效应区域可以是扩散形成或注入形成的，并且电阻装置可以包括至少一个外延电阻或n阱电阻。

在一些示例性实施例中，半导体衬底可以是{100}半导体衬底，并且霍尔传感器电路可以被构造为，在霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间传导霍尔电流，该霍尔电流在[100]、[010]、

或

方向上横向地通过霍尔效应区域。

在一些示例性实施例中，半导体衬底可以是硅半导体衬底。

根据另一方面，提出一种用于补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力的方法。该方法包括在霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间产生霍尔供电电流，霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过霍尔效应区域。霍尔供电电流具有对半导体衬底的机械应力的第一相关性。该方法还包括在集成在半导体衬底中并且与霍尔效应区域不同的电阻装置的第一端子和第二端子之间产生电流。通过电阻装置的电流具有对半导体衬底的机械应力的第二相关性。该方法还包括基于霍尔效应区域的第一端子和电阻装置的第一端子之间的信号差，校正在霍尔效应区域的第三端子和第四端子之间测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

本领域技术人员将理解，对应于立方晶体中45°的角度是指，根据晶体结构，在某些情况下也可以从45°稍微偏离(例如至±3°)。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图更详细地解释装置和/或方法的一些示例。其中：

图1A-1C示出了半导体材料的平面(晶片平面)中的晶体方向的一般定义；

图2示出了传统半导体电路装置的示意图，用于补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力；

图3示出了L电阻装置；

图4示出了半导体电路装置的示意图，用于补偿根据实施例的集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力；

图5示出了霍尔板的电阻等效电路图；

图6示出了半导体电路装置的示意图，用于补偿根据实施例的具有垂直电阻装置的集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力；

图7示出了垂直电阻装置的可能实施方式；和

图8示出了一种方法的流程图，用于补偿根据实施例的集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力。

具体实施方式

现在将参考附图更详细地描述各种示例，其中示出了一些示例。在附图中，为了清楚起见，可能夸大线、层和/或区域的厚度。

因此，尽管其他示例适合各种修改和替代形式，但是某些特定示例在附图中示出并且将在下面详细描述。然而，该详细描述不将其他示例限制于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替代物。在整个附图的描述中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件，这些元件可以相同或以修改的形式实施，同时提供相同或相似的功能。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，元件可以直接连接或耦合，或者通过一个或多个中间元件连接或耦合。当使用“或”组合两个元素A和B时，应理解公开了所有可能的组合，即仅A、仅B和A和B，除非另有明确或隐含的定义。用于相同组合的替代形式是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于两种以上元素的组合。

用于描述某些示例的术语不旨在限制其他示例。当使用单数形式时(例如“一个”和“所述”)以及仅使用单个元素并不明确地或隐含地定义为强制性，其他示例也可以使用多个元素来实现相同的功能。如果以下将功能描述为使用多个元件实现，则其他示例可以使用单个元件或单个处理实体来实现相同的功能。还应理解，术语“包含”、“包括”、“具有”和/或“具有…”在使用中包括指定特征、整数、步骤、操作、过程、元素、组件和/或组等。但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、元素、组件和/或组等。

除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在本文中以其在示例所属领域中的普通含义使用。

为了便于理解用于补偿各种压电效应的半导体电路装置的以下详细描述，首先将参考图1A至图1C，示出了关于所使用的半导体材料和其上关于半导体材料的晶体方向的预定方向的以下使用的定义。

为了制造集成电路，将半导体晶片(例如硅晶片或硅晶片)从单晶棒上切下，晶片表面被分配给晶面。为了在立方晶体中确定相应的平面，使用所谓的“米勒指数”。例如图1A示出了在(100)平面中切割的半导体晶片的俯视图。

此外，在图1A至图1C中，晶体的主方向表示在晶片平面中，其中硅晶片的制造商通常在硅晶片上提供所谓的“主平面”。同样地也可以使用凹口作为标志。因此，在本公开的上下文中，这种凹口应当理解为同样如主平面。通常，半导体芯片上的电路结构的矩形几何形状的边缘与主平面平行或垂直。特别地，图1A示出了半导体晶片平面中的晶片方向或轴，这些在下面的方括号中示出。通常以下列方式使用坐标系，[110]方向与主平面垂直或法向，而

方向与主平面平行。方向[010]和[100]与[110]方向成+/-45°，[110]方向定义了主平面的法线。方向

和

与

方向成+/-45°，

也定义了主平面的法线(与[110]的方向相反)。

此外，相对于[110]方向定义角度φ，其中在晶片顶部的俯视图中，角度φ从[110]方向开始逆时针计算。通常，单个芯片定位于晶片上，方向φ＝0°和φ＝90°分别对应于IC垂直和水平方向，其中上述方向可以互换，这取决于IC是直立还是水平的。以下方向φ＝90°表示x轴(

方向)并且方向φ＝0°表示负y轴([110]方向)。

假设x轴与晶向

相同并且y轴与晶向

相同，这尤其意味着半导体电路芯片由{100}半导体材料制成(例如{100}硅)制成。通常，主平面平行于x轴，使得半导体电路芯片的边缘平行于x轴和y轴。然后晶体方向[100]和[010]与半导体电路芯片的对角线相同(见图1B)。

由于在大多数的集成半导体电路装置的实施例中使用{100}硅材料，以下实施为了简化说明并且由于特定的实际意义，主要涉及{100}硅材料的数值，该数值与{100}硅材料相关。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以相应地使用其他半导体材料或其他硅材料。

现在将参考图2描述传统的半导体电路装置20，用于补偿半导体衬底中的霍尔传感器集成电路的机械应力。

示意性示出的半导体电路装置20包括集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路21。该霍尔传感器电路21被构造为，在第一时钟间隔PH1期间，在霍尔效应区域或霍尔板24的第一端子22和第二端子23之间传导霍尔供电电流，该霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成90°并横向通过霍尔效应区域24(例如在

方向上)。在这种情况下，在第一时钟间隔PH1期间，例如第一电压Vph1在霍尔效应区域24的第一端子22处被测量并且通过模数转换器(ADC)27数字化。这里示例性示出的

方向作为第一电流方向，对于机械应力的n型扩散电阻，应力方向相关的电阻变化由下列等式得出：

霍尔传感器电路21被构造为，在第二时钟间隔PH2期间，在霍尔效应区域24的第三端子25和第四端子26之间传导霍尔供电电流，该霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成0°并横向通过霍尔效应区24(例如，在[110]方向上)。在这种情况下，在第二时钟间隔PH2期间，例如，第二霍尔电压Vph2在霍尔效应区24的第一端22处被测量并且通过ADC 27数字化。这里示例性示出的的[110]方向作为第二电流方向，对于机械应力的n型扩散电阻，应力方向相关的电阻变化由下列等式得出：δR[110]＝-17.6σ_xx–31.2σ_yy+53.4σ_zz。

本领域技术人员将理解，两个时钟相位PH1和PH2的电流方向当然也可以交换。

通过半导体电路装置20，可以消除压阻效应的方向相关性，其中，在第一时钟间隔PH1中，电流以与主平面的法线成90°(或0°)通过霍尔效应区域24，并且在第二时钟间隔中以正交方向通过，并进行两个时钟间隔的时间平均。霍尔效应区域24在所谓的L布局(参见图3)中通过两个平均时钟间隔表现得像两个横向正交电阻，该L布局这与整个装置的旋转无关，相对于机械应变为+/-45°。在示例性{100}硅半导体材料中，压阻系数π₁₁、π₁₂以及芯片表面平面中的正应力分量σ_xx、σ_yy与压阻效应是相关的。对于根据图3的横向L布局中的n掺杂电阻：δRⁿ _L＝-24.4％/GPa(σ_xx+σ_yy)。

半导体电路装置20还包括集成在半导体衬底中并且与霍尔效应区域24不同的电阻装置28，被构造为在电阻装置28的第一端子29和第二端子30之间传导电流。在这种情况下，电阻装置28具有取决于半导体衬底的机械应力的电阻变化(与霍尔效应区域24不同)，使得在给定的机械应力下，在霍尔效应区域24的时间平均且因此与方向无关的信号(例如电压)和电阻装置28的第一端子29之间产生非消失的差分信号。

未示出的补偿电路被构造为，基于差分信号(在端子29和端子22、25之间)，乘法地纠正在霍尔效应区域24处测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

示例性的半导体电路装置20包括至少一个可调节电流源31，被构造为，在信号补偿期间(例如，在封装半导体电路装置之前的零机械应力情况下)，调节时钟间隔PH1和PH2的两个霍尔供电电流，使得霍尔效应区24的第一端子22(或第三端子25)与电阻装置28的第一端子29之间的相应信号差近似为零。通过霍尔效应区域24和电阻装置28的取决于机械应力的不同的电阻变化，因此在机械应力中产生(平均)差分信号(例如差分电压)。

图2的设计的缺点是需要至少两个时钟间隔，一次与主平面的法线(在[110]方向上)成90°角，另一次成0°角(或反之亦然)并横向通过霍尔效应区域24传导霍尔供电电流。这一方面需要更多时间，另一方面需要更多硬件(芯片面积)。

因此，本公开提出了另一方面改进的设计，仅需要一个时钟间隔并且可以降低硬件成本。在图4中示意性地示出了相应的半导体电路装置40。

与图2相反，半导体电路40包括集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路41，被构造为在霍尔效应区域44的第一端子42和第二端子43之间传导霍尔供电电流，该霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过霍尔效应区44。从图1A中可以看出，对于示例性{100}硅半导体材料，该45°角对应于方向[100]、[010]、

或

在这种情况下，霍尔效应区域44以及因此霍尔供电电流具有对半导体衬底的机械应力的第一相关性。对于所述方向[100]、[010]、

或

作为霍尔供电电流方向，对于n型扩散电阻，很大程度上与机械应力无关，电阻变化从下列式子得出：δRⁿ _Hall[010]＝-24.4σ_xx–24.4σ_yy，即δRⁿ _Hall[010]～1-24.4％/GPa*(σ_xx+σ_yy)(见图5)。因此已经认识到，霍尔供电电流方向与半导体衬底的主平面的法线大致成45°并横向通过霍尔效应区域。所产生的与应力相关的电阻变化对应于扩散或注入电阻的L电阻电路，这与机械应力的方向无关。这在图5中示出。

半导体电路装置40还包括集成在半导体衬底中并且与霍尔效应区域44不同的电阻装置48，电阻装置48被构造为在电阻装置48的第一端子49和第二端子50(这里：接地端子)之间传导电流。这里，电阻装置48以及因此通过电阻装置48的电流具有对半导体衬底的机械应力的第二相关性。可以以不同方式实现该第二相关性。例如，与霍尔效应区域44相比，电阻装置48可以被不同地掺杂。在一个示例中，可以将n掺杂的霍尔效应区域44与p掺杂的电阻装置48进行比较。在另一示例中，可以将较低的n掺杂的型霍尔效应区域44与较高的n掺杂的电阻48进行比较。替代地，可以将作为横向作用的电阻的霍尔效应区域44与至少一个垂直作用的电阻48进行比较。在这种情况下，横向作用的电阻44基本上具有平行于芯片表面的电流，并且垂直作用的电阻48基本上具有垂直于芯片表面的电流。垂直作用的电阻Rⁿ _v 48的示例在图6和图7中示出。

图7示出了垂直电阻Rⁿ _v的示意性横截面。从图7中可以看出，主要垂直电流在垂直电阻Rⁿ _v内产生。该电流在触点71处注入到垂直电阻Rⁿ _v中并在触点72处被提取。由于存在导电掩埋层73，该电流基本上垂直地横穿n阱(n阱电阻)或外延区(外延电阻)74，直到它到达掩埋层73。然后，该电流在掩埋层73内基本上横向向左流动，从而再次基本上垂直地横穿n阱或外延层74，直到它到达触点72。应注意，与n阱或外延层74相比，掩埋层73的电阻通常相对较低，使得掩埋层73的可能电压相关性对垂直电阻Rⁿ _v的瞬时电阻没有很大影响。该掩埋层可以用作附加触点，与表面触点71、72垂直地间隔开。p阱75布置在触点71和72之间的n阱或外延层74的表面上。该垂直电阻Rⁿ _v可以通过沟槽76与其周围隔离。

半导体电路装置40或60的补偿电路(图中未示出)被构造为，基于霍尔效应区域44的第一端子42与电阻装置48的第一端子49之间的信号差，校正在霍尔效应区域44的第三端子45和第四端子46之间测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。为此目的提供ADC 47，从而将霍尔效应区域44的第一端子42和电阻装置48的第一端子49之间的信号及其信号差数字化，并且提供数字信号处理电路，利用该电路可以乘法地校正霍尔电压。

在此，半导体电路装置40还可包括至少一个可调节电流源51，被构造为在信号补偿期间调节霍尔供电电流和/或调节通过电阻装置48的电流，使得霍尔效应区域的第一端子42与电阻装置的第一端子49之间的信号差(例如，电压差)基本为零。通过霍尔效应区域44和电阻装置48的取决于机械应力的不同的电阻变化，然后在ADC 47的输入处在机械应力中产生差分信号(例如差分电压)，通过ADC 47能够以本身已知的方式多次校正霍尔电压。

综上，参考图8的流程图再次示出了所建议的方案。

所示的用于补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路的机械应力的方法80包括在霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间产生81霍尔供电电流，霍尔供电电流与半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过霍尔效应区域。在这种情况下，霍尔供电电流具有对半导体衬底的机械应力的第一相关性。该方法还包括在集成在半导体衬底中并且与霍尔效应区域不同的电阻装置的第一端子和第二端子之间产生82电流。通过电阻装置的电流具有对半导体衬底的机械应力的第二相关性。在步骤83中，基于霍尔效应区域的第一端子和电阻装置的第一端子之间的信号差，校正在霍尔效应区域的第三端子和第四端子之间测量并且取决于半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

通过所提出的方案，其中霍尔板44既用于测量磁场又用于应力测量，一个时钟间隔或旋转电流相位已经足够用于补偿应力。在空闲的时钟间隔中，ADC 47因此可用于测量其他测量值(例如用于温度补偿)。

结合一个或多个先前详细的示例和附图描述的方面和特征也可以与一个或多个其他示例组合，从而替换其他示例的相同特征或者另外将该特征引入其他示例中。

说明书和附图仅描绘了本公开的原理。此外，原则上，本文给出的所有实施例仅用于说明以帮助读者理解本公开的原理和发明人为推进本领域而开发的方案。本文关于公开的原理、方面和示例的所有陈述以及其具体示例包括它们的等同物。

被称为执行特定功能的“(用于)...装置”的功能块可以指代电路，被构造为执行特定功能，因此“用于某物的装置”可以实施为“构造或适合于某物的装置”，例如，构造或适合于该特定任务的装置或电路。

图中所示的各种元件的功能(包括被称为“装置”、“用于提供信号的装置”、“用于产生信号的装置”等的任何功能块)可以实施为专用硬件的形式(例如“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”和“控制器”等)以及能够结合相关软件一起执行软件的硬件。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，部分或全部可以集体使用。然而，术语“处理器”或“控制器”决不限于能够仅执行软件的硬件，而可以是数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。也可以包括其他常规和/或定制的硬件。

框图例如可以表示实现本公开的原理的粗略电路图。类似地，流程图、工艺流程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，其例如基本上呈现在计算机可读介质中并且因此由计算机或处理器执行，无论是否明确显示这样的计算机或处理器。在说明书或权利要求中公开的方法可以通过组件来实现，该组件具有用于执行这些方法的每个相应步骤的装置。

应当理解，在说明书或权利要求中公开的若干步骤、过程、操作或功能的公开不应被解释为以任何特定顺序，除非明确或隐含地另有说明，例如出于技术原因。因此，多个步骤或功能的公开不将它们限制于任何特定顺序，除非由于技术原因这些步骤或功能不可互换。此外，在一些示例中，单个步骤、功能、过程或操作可以包括和/或分成多个子步骤、功能、过程或操作。除非明确排除，否则可以包括这些子步骤并且是该单个步骤的公开内容的一部分。

此外，权利要求在此并入到详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的示例单独存在。尽管每个权利要求可以作为单独的示例独立存在，但是应当理解，虽然从属权利要求可以在权利要求中提及与一个或多个其他权利要求的特定组合，其他示例还可以包括从属权利要求与任何其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非声明特定组合不是预期的，否则本文明确提出了这种组合。此外，还应包括对任何其他独立权利要求的权利要求的特征，即使该权利要求不是直接依赖于独立权利要求。

Claims

1.一种半导体电路装置(40)，具有以下特征：

半导体衬底；

集成在所述半导体衬底中的霍尔传感器电路(41)，所述霍尔传感器电路被构造为，在霍尔效应区域(44)的第一端子(42)和第二端子(43)之间传导霍尔供电电流，所述霍尔供电电流与所述半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过所述霍尔效应区域(44)，其中所述霍尔供电电流具有对所述半导体衬底的机械应力的第一相关性；

电阻装置(48)，集成在所述半导体衬底中并且与所述霍尔效应区域(44)不同，所述电阻装置被构造为，在所述电阻装置(48)的第一端子(49)和第二端子(50)之间传导电流，其中通过所述电阻装置(48)的电流具有对所述半导体衬底的机械应力的第二相关性；

补偿电路，被构造为，基于所述霍尔效应区域(44)的第一端子(42)与所述电阻装置(48)的第一端子(49)之间的信号差，校正在所述霍尔效应区域(44)的第三端子和第四端子之间测量并且取决于所述半导体衬底的机械应力的霍尔电压。

2.根据权利要求1所述的半导体电路装置(40)，其中所述电阻装置(48)被构造为集成在所述半导体衬底中的垂直电阻装置，使得所述电阻装置的第一端子(49)和第二端子(50)之间的电流垂直地被传导通过所述半导体衬底。

3.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置(40)，其中所述补偿电路被构造为基于所述信号差乘法地校正所述霍尔电压。

4.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置(40)，还包括：

至少一个可调节电流源(51)，被构造为在信号补偿期间调节所述霍尔供电电流和/或调节通过所述电阻装置(48)的电流，使得所述霍尔效应区域的第一端子(42)和所述电阻装置的第一端子(49)之间的信号差为零。

5.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置(40)，其中所述霍尔效应区域(44)和所述电阻装置(48)具有相同的掺杂类型。

6.根据权利要求5所述的半导体电路装置，其中所述霍尔效应区域(44)和所述电阻装置(48)是n型掺杂的。

7.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置，其中所述霍尔效应区域(44)是扩散形成或注入形成的，并且所述电阻装置(48)包括至少一个外延电阻或n阱电阻。

8.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置(40)，其中所述半导体衬底是{100}半导体衬底，并且所述霍尔传感器电路(41)被构造为，在所述霍尔效应区域的第一端子和第二端子之间传导霍尔电流，所述霍尔电流在[100]、[010]、[ī00]或[0ī0]方向上横向地通过所述霍尔效应区域(44)。

9.根据权利要求1或2所述的半导体电路装置(40)，其中所述半导体衬底是硅半导体衬底。

10.一种用于补偿集成在半导体衬底中的霍尔传感器电路(41 )的机械应力的方法(80)，包括：

在霍尔效应区域(44)的第一端子(42)和第二端子(43)之间生成(81)霍尔供电电流，所述霍尔供电电流与所述半导体衬底的主平面的法线成45°并横向通过所述霍尔效应区域(44)，其中所述霍尔供电电流具有对所述半导体衬底的机械应力的第一相关性；

在电阻装置(48)的第一端子和第二端子之间生成(82)电流，所述电阻装置集成在所述半导体衬底中并且与所述霍尔效应区不同，其中通过所述电阻装置(48)的电流具有对所述半导体衬底的机械应力的第二相关性；和

基于所述霍尔效应区域(44)的第一端子和所述电阻装置(48)的第一端子之间的信号差，校正(83)所述霍尔效应区域(44)的第三端子和第四端子之间测量并且取决于所述半导体衬底的机械应力的霍尔电压。