DE10036007B4

DE10036007B4 - Magnetotransistor assembly, method of fabricating a magnetotransistor assembly, and method of measuring a magnetic field

Info

Publication number: DE10036007B4
Application number: DE2000136007
Authority: DE
Inventors: Dr. Qu Ning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: DE10036007A1; WO2002009193A1

Abstract

Anordnung mit einem Magnetotransistor mit einem dotierten Halbleitersubstrat (10) und einer auf dem dotierten Halbleitersubstrat (10) aufbauenden Schichtenfolge dotierter Halbleiterschichten (12, 14, 16, 18), wobei an der Oberfläche der Anordnung elektrische Kontakte zur Verfügung stehen, so dass mit der Anordnung mindestens zwei Transistoren realisierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erster Bereich (16) an der Oberfläche der Anordnung mit einer ersten Dotierungsart (p) in einem zweiten Bereich (18) an der Oberfläche der Anordnung mit einer zweiten Dotierungsart (n) als Wanne eingebettet ist, und – der zweite Bereich (18) mit der zweiten Dotierungsart (n) in einem dritten Bereich (14) mit der ersten Dotierungsart (p) als Wanne an der Oberfläche der Anordnung eingebettet ist, und – der dritte Bereich (14) mit der ersten Dotierungsart (p) in einer vierten Wanne (12) mit der zweiten Dotierungsart (n) als Wanne eingebettet ist und – der vierte Bereich (12) mit der zweiten Dotierungsart (n) in dem Halbleitersubstrat (10) mit der ersten Dotierungsart (p) als Wanne eingebettet ist, und – sich die erste Dotierungsart (p) von der zweiten Dotierungsart (n) unterscheidet.Arrangement with a magnetotransistor having a doped semiconductor substrate (10) and a layer sequence of doped semiconductor layers (12, 14, 16, 18) which is formed on the doped semiconductor substrate (10), electrical contacts being available on the surface of the arrangement, so that the Arrangement at least two transistors can be realized, characterized in that - a first region (16) on the surface of the arrangement with a first doping (p) in a second region (18) on the surface of the arrangement with a second doping (n) as Embedded in the well, and - the second region (18) with the second doping mode (n) is embedded in a third region (14) with the first doping mode (p) as a well on the surface of the device, and - the third region (14 ) is embedded with the first doping (p) in a fourth well (12) with the second doping (n) as a trough and - the fourth region (12) with the z wide doping mode (n) is embedded in the semiconductor substrate (10) having the first doping mode (p) as a well, and - the first doping mode (p) is different from the second doping mode (s).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Magnetotransistor mit einem dotierten Halbleitersubstrat und einer auf dem dotierten Halbleitersubstrat aufbauenden Schichtenfolge dotierter Halbleiterschichten, wobei an der Oberfläche der Anordnung elektrische Kontakte zur Verfügung stehen, so dass mit der Anordnung mindestens zwei Transistoren realisierbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung mit einem Magnetotransistor. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes.The invention relates to an arrangement comprising a magnetotransistor with a doped semiconductor substrate and a layer sequence doped on the doped semiconductor substrate doped semiconductor layers, wherein on the surface of the arrangement, electrical contacts are available, so that with the arrangement at least two transistors can be realized. The invention further relates to a method for producing an arrangement with a magnetotransistor. The invention further relates to a method for measuring a magnetic field.

Stand der TechnikState of the art

Gattungsgemäße Magnetotransistoren können zum Messen eines Magnetfeldes verwendet werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die in den beiden Transistoren der Anordnung fließenden Ströme in ihrer Stärke von der Stärke des Magnetfeldes parallel zur Oberfläche der Anordnung abhängig sind. Der Grund für diese Abhängigkeit liegt in der Ablenkung der sich bewegenden Ladungsträger innerhalb der Halbleiterstruktur durch die Lorentzkraft.Generic magnetotransistors can be used to measure a magnetic field. It is exploited that the currents flowing in the two transistors of the arrangement are dependent on the strength of the magnetic field parallel to the surface of the arrangement in their strength. The reason for this dependence lies in the deflection of the moving charge carriers within the semiconductor structure by the Lorentz force.

Ein Beispiel eines lateralen bipolaren Magnetotransistors (LMT) des Standes der Technik ist in 4 im Querschnitt dargestellt. Die Darstellung verwendet das Beispiel eines pnp-Magnetotransistors, wobei sämtliche Aussagen jedoch unter Umkehrung der Ladungsvorzeichen auch für einen npn-Magnetotransistor gelten. Die Anordnung basiert auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 110. In dieses p-dotierte Halbleitersubstrat 110 ist eine n-dotierte Wanne 112 eindiffundiert. In die n-dotierte Wanne 112 sind wiederum drei p-dotierte Wannen 114, 116, 118 eindiffundiert. An der Unterseite des p-dotierten Substrats 110 befindet sich ein Metallkontakt 120. Ebenfalls sind die drei p-dotierten Wannen 114, 116, 118 jeweils mit drei Metallkontakten 122, 124, 126 versehen. An der Oberfläche der n-dotierten Wanne 112 sind zwei Metallkontakte 128, 130 angeordnet. Die Anordnung ist symmetrisch zu einer Symmetrieebene 132, welche senkrecht zu der Schichtenfolge verläuft. Diese Symmetrie bezieht sich sowohl auf die Geometrie der Anordnung als auch auf die jeweiligen Dotierungskonzentrationen der p- beziehungsweise n-dotierten Bereiche. Im Betrieb der Anordnung wird die Elektrode 124 als Emitterelektrode verwendet. Die außenliegenden Elektroden 128, 130 sind als Basiselektroden geschaltet, und die Elektroden 122 und 126 arbeiten als Kollektorelektroden der beiden pnp-Transistoren links und rechts der Symmetrieebene 132. Insgesamt liegt so ein linker lateraler pnp-Transistor vor, welcher einen Emitterkontakt 124 an der Emitterzone 116, einen Basiskontakt 128 an der Basiszone 112 und einen Kollektorkontakt 122 an der Kollektorzone 114 aufweist, sowie ein rechter pnp-Transistor, welcher einen Emitterkontakt 124 an der Emitterzone 116, einen Basiskontakt 130 an der Basiszone 112 und einen Kollektorkontakt 126 an der Kollektorzone 118 aufweist. Ferner kommt es bei der Anordnung zu einem parasitären vertikalen pnp-Transistor, welcher aus der Emitterzone 116, der Basiszone 112 und dem als Kollektorzone wirkenden p-Substrat 110 besteht. Werden negative Spannungen gleicher Größe an die linke Kollektorelektrode 122 und die rechte Kollektorelektrode 126 gegenüber der Emitterelektrode 124 angelegt und negative Ströme gleicher Größe an der linken Basiselektrode 128 und der rechten Basiselektrode 130 eingespeist, so werden Ladungsträger (hier: Löcher) von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone 112 injiziert. Man erhält so einen Kollektorstrom 134 zur linken p-dotierten Kollektorzone 114 und einen Kollektorstrom 136 zur rechten p-dotierten Kollektorzone 118. Diese Kollektorströme 134, 136 sind ohne äußere Einflüsse aufgrund der symmetrischen Anordnung exakt gleich groß. Befindet sich die Anordnung jedoch in einem Magnetfeld, welches eine Komponente parallel zur Chipoberfläche und aufweist, so werden die Ladungsträger, die von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone 112 injiziert worden sind, von dem Magnetfeld in Abhängigkeit seiner Richtung nach links oder nach rechts abgelenkt. Somit erhält man Kollektorströme 134, 136, welche unterschiedlich sind, wobei der Unterschied von der Stärke der genannten Magnetfeldkomponenten abhängt. Die Stromdifferenz zwischen den Strömen, welche an der rechten Kollektorelektrode 122 beziehungsweise der linken Kollektorelektrode 126 abgegriffen werden, kann als Ausgangssignal für die Messung des Magnetfeldes verwendet werden. Derartige Magnetotransistoren zeigen bei ihrer Verwendung als Magnetfeldsensor eine hohe Empfindlichkeit, eine gute Linearität und ein geringes Rauschen. Ferner ist es möglich, mit der Anordnung nicht nur die Größe des Magnetfeldes zu messen, sondern auch die Richtung des Feldes. Nachteilig an der in 4 dargestellten Anordnung ist jedoch, dass auch bereits im Bereich der Oberfläche der Anordnung ein lateraler Strom vorliegt, welcher aus Ladungsträgern resultiert, welche von der Emitterzone 116 direkt seitlich in die p-dotierte Basiszone emittiert wurden. Da diese Ladungsträger von einer parallel zu ihrer Bewegungsrichtung verlaufenden Magnetfeldkomponente unbeeinflusst bleiben, liefern diese keinen Beitrag zur magnetischen Empfindlichkeit des Bauelementes.An example of a prior art lateral bipolar magnetotransistor (LMT) is disclosed in U.S. Pat 4 shown in cross section. The diagram uses the example of a pnp magnetotransistor, wherein all statements, however, also apply to an npn magnetotransistor, reversing the charge sign. The device is based on a p-doped semiconductor substrate 110 , In this p-doped semiconductor substrate 110 is an n-doped tub 112 diffused. In the n-doped tub 112 again three p-doped wells 114 . 116 . 118 diffused. At the bottom of the p-doped substrate 110 there is a metal contact 120 , Likewise, the three p-doped tubs 114 . 116 . 118 each with three metal contacts 122 . 124 . 126 Mistake. At the surface of the n-doped tub 112 are two metal contacts 128 . 130 arranged. The arrangement is symmetrical to a plane of symmetry 132 which runs perpendicular to the layer sequence. This symmetry relates both to the geometry of the arrangement and to the respective doping concentrations of the p- or n-doped regions. In operation of the assembly becomes the electrode 124 used as emitter electrode. The external electrodes 128 . 130 are connected as base electrodes, and the electrodes 122 and 126 work as collector electrodes of the two pnp transistors left and right of the plane of symmetry 132 , Overall, there is a left lateral pnp transistor which emitters a contact 124 at the emitter zone 116 , a basic contact 128 at the base zone 112 and a collector contact 122 at the collector zone 114 and a right pnp transistor having an emitter contact 124 at the emitter zone 116 , a basic contact 130 at the base zone 112 and a collector contact 126 at the collector zone 118 having. Furthermore, the arrangement results in a parasitic vertical pnp transistor which emits from the emitter zone 116 , the base zone 112 and the p-type substrate acting as a collector zone 110 consists. Be negative voltages of the same size to the left collector electrode 122 and the right collector electrode 126 opposite the emitter electrode 124 applied and negative currents of equal size at the left base electrode 128 and the right base electrode 130 fed, so charge carriers (here: holes) from the p-doped emitter zone 116 into the n-doped base zone 112 injected. This gives a collector current 134 to the left p-doped collector zone 114 and a collector current 136 to the right p-doped collector zone 118 , These collector currents 134 . 136 are without external influences due to the symmetrical arrangement exactly the same size. However, if the arrangement is in a magnetic field which has a component parallel to the chip surface and, then the charge carriers coming from the p-doped emitter zone become 116 into the n-doped base zone 112 are deflected by the magnetic field depending on its direction to the left or to the right. Thus one obtains collector currents 134 . 136 which are different, the difference depending on the strength of said magnetic field components. The current difference between the currents, which at the right collector electrode 122 or the left collector electrode 126 can be used as an output signal for the measurement of the magnetic field. Such magnetotransistors, when used as a magnetic field sensor, exhibit high sensitivity, good linearity and low noise. Further, with the arrangement, it is possible to measure not only the magnitude of the magnetic field but also the direction of the field. Disadvantageous in the 4 However, the arrangement shown is that even in the region of the surface of the arrangement, a lateral current is present, which results from charge carriers, which from the emitter zone 116 were emitted directly laterally into the p-doped base region. Since these charge carriers remain uninfluenced by a magnetic field component running parallel to their direction of movement, they do not contribute to the magnetic sensitivity of the component.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Magnetotransistors des Standes der Technik im Querschnitt, bei welchem diese lateralen Ströme in der Nähe der Chipoberfläche wirkungsvoll unterdrückt werden. Die Anordnung gemäß 5 entspricht weitgehend derjenigen aus 4, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Zusätzlich ist um die Emitterzone 116 ein n-dotierter Ring 138 vorgesehen, welcher die Löcher-Injektion von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone in der Nähe der Chipoberfläche unterdrückt. Durch diese Verringerung des lateralen Stromflusses entlang der Chipoberfläche kann die Empfindlichkeit des Bauelementes erheblich verbessert werden. Ein solcher ”Supressed Sidewall Injection Magnetotransistor” (SSIMT) wird beispielsweise beschrieben in R. Gottfried-Gottfried et al., ”Monolithische Integration von Magnetfeld-Sensorelementen und Auswerteschaltungen in CMOS-Technologie”, PTB-Bericht ”Fertigungsmesstechnik/Sensorsystem” 1994, Seiten 257–261. Es werden relative Empfindlichkeiten von circa 30%/Tesla erreicht. 5 shows a further embodiment of a prior art magnetotransistor in cross-section, in which these lateral currents are effectively suppressed in the vicinity of the chip surface. The arrangement according to 5 corresponds largely to those from 4 , wherein like reference numerals designate like elements. In addition, around the emitter zone 116 an n-doped ring 138 providing the hole injection from the p-doped emitter zone 116 India- doped base zone in the vicinity of the chip surface suppressed. By reducing the lateral current flow along the chip surface, the sensitivity of the device can be significantly improved. Such a "Supressed Sidewall Injection Magnetotransistor" (SSIMT) is described for example in R. Gottfried Gottfried et al., "Monolithic integration of magnetic field sensor elements and evaluation circuits in CMOS technology", PTB report "Production Metrology / Sensor System" 1994, pages 257-261. Relative sensitivities of about 30% / tesla are achieved.

Ein Nachteil der Anordnungen des Standes der Technik gemäß 4 und 5 besteht in der hohen Leistungsaufnahme der Anordnungen, welche aus dem großen Substratstrom 140 resultiert. Im normalen Betrieb des Magnetotransistors liegt die Emitterelektrode 124 auf Masse, und an die Basiselektroden 128, 130 beziehungsweise an die Kollektorelektroden 122, 126 werden negative Spannungen angelegt. Wird an die Substratelektrode 120 ebenfalls eine negative Spannung angelegt, so wird der vertikale parasitäre pnp-Transistor 116, 112, 110 in die Lage versetzt, Strom zu verstärken, und es fließt ein Kollektorstrom 140 zur Substratelektrode 120. Legt man eine positive Spannung an die Substratelektrode 120 an, so wird der Übergang zwischen dem p-Substrat 110 und der n-dotierten Basiszone 112 in Flussrichtung gepolt, und der Substratstrom fließt von dem p-Substrat 110 zur n-dotierten Basiszone 112. Die Größe dieses in die eine oder die andere Richtung fließenden Substratstroms 140 des Magnetotransistors ist von der Struktur des Magnetotransistors und den Betriebsbedingungen abhängig. Er kann Werte erreichen, welche um eine Größenordnung höher liegen als die für die Messung wesentlichen Kollektorströme 134, 136, welche als Nutzströme zu betrachten sind. Beispiele für das Verhältnis des Substratstroms zu den Kollektorströmen sind angegeben in C. Riccobene et al., ”Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substrate”, IEDM 1992, Seiten 19.4.1-4 und M. Schneider et al., ”Integrated flux concentrator improves CMOS magnetotransistors”, 1995 IEEE Micro Electro Mechanical Systems, Seiten 151–156. Derartig hohe Substratströme führen nicht nur zu einer Reduktion der effektiven Empfindlichkeit, sondern auch zu einer hohen Verlustleistung beziehungsweise Instabilität des Bauelementes, zum Beispiel durch Eigenerwärmung. Um diesem Problem zu begegnen, wurden Magnetotransistoren beispielsweise durch SOI-Technik hergestellt. Die Problematik des großen Substratstroms wird durch SOI-Techniken ausgeschaltet, da ohne Substrat kein Substratstrom fließen kann. Ein Beispiel für die Fertigung von Magnetotransistoren durch SOI-Technik ist in R. Castagnetti, ”Magnetotransistor in SOI-Technology”, IEDM 1994, Seiten 147–150 angegeben. Allerdings sind SOI-Techniken aufwendig und insofern kostenintensiv. In der Veröffentlichung C. Riccobene etc., ”Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substrate”, IEDM 1992, Seiten 19.4.1-4 wurde vorgeschlagen, das Substrat durch einen selektiven Ätzprozess zu entfernen, um so wiederum den Substratstrom im Verhältnis zu den Kollektorströmen zu reduzieren. Dabei soll das Substrat direkt unterhalb des aktiven lateralen Magnetotransistors weggeätzt werden, so dass der Substratstrom auf circa 10% des Kollektorstroms bei Raumtemperatur reduziert werden kann. Jedoch ist auch dieser Herstellungsprozess aufwendig und im Hinblick auf die Zuverlässigkeit mit Risiken behaftet.A disadvantage of the arrangements of the prior art according to 4 and 5 consists in the high power consumption of the arrangements, which consists of the large substrate current 140 results. During normal operation of the magnetotransistor, the emitter electrode is located 124 to ground, and to the base electrodes 128 . 130 or to the collector electrodes 122 . 126 Negative voltages are applied. Is attached to the substrate electrode 120 also applied a negative voltage, so is the vertical parasitic pnp transistor 116 . 112 . 110 capable of amplifying power, and a collector current flows 140 to the substrate electrode 120 , If a positive voltage is applied to the substrate electrode 120 on, so does the transition between the p substrate 110 and the n-doped base zone 112 poled in the flow direction, and the substrate current flows from the p-substrate 110 to the n-doped base zone 112 , The size of this substrate current flowing in one direction or the other 140 of the magnetotransistor is dependent on the structure of the magnetotransistor and the operating conditions. It can reach values which are an order of magnitude higher than the collector currents that are essential for the measurement 134 . 136 , which are to be regarded as utility streams. Examples of the ratio of the substrate current to the collector currents are given in C. Riccobene et al., "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substrate", IEDM 1992, pages 19.4.1-4 and M. Schneider et al. , "Integrated flux concentrator CMOS magnetotransistors", 1995 IEEE Micro Electro Mechanical Systems, pages 151-156. Such high substrate currents lead not only to a reduction of the effective sensitivity, but also to a high power loss or instability of the component, for example by self-heating. To address this problem, magnetotransistors have been made, for example, by SOI technique. The problem of the large substrate current is eliminated by SOI techniques, since no substrate current can flow without a substrate. An example of the fabrication of magnetotransistors by SOI technique is given in R. Castagnetti, "Magnetotransistor in SOI Technology", IEDM 1994, pages 147-150. However, SOI techniques are complex and thus expensive. In the publication C. Riccobene etc., "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substrate", IEDM 1992, pages 19.4.1-4, it has been proposed to remove the substrate by a selective etching process, in turn, the substrate current in proportion to the collector currents. In this case, the substrate should be etched away directly below the active lateral magnetotransistor, so that the substrate current can be reduced to about 10% of the collector current at room temperature. However, this manufacturing process is complex and fraught with risks in terms of reliability.

Aus der Schrift JP 04-320 065 A ist ein Magnetsensor zur Erfassung des magnetischen Flusses mittels eines in ein Halbleitersubstrat integrierten Transistors bekannt. Durch die Anordnung des Kollektors, der Basis und des Emitters in dem Halbleitersubstrat wird erreicht, dass sich der Stromfluss durch den Transistor in Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld ändert, wodurch auf die magnetischen Fluss geschlossen werden kann.From the Scriptures JP 04-320 065 A For example, a magnetic sensor for detecting the magnetic flux by means of a transistor integrated in a semiconductor substrate is known. The arrangement of the collector, the base and the emitter in the semiconductor substrate is achieved that the current flow through the transistor changes in response to an external magnetic field, whereby the magnetic flux can be closed.

Aus der Schrift S. Kordic, „SENSITIVITY OF THE SILICON HIGH-RESOLUTION 3-DIMENSIONAL MAGNETIC FIELD VECTOR SENSOR“, TECHNICAL DIGEST OF THE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING; LOS ANGELES; 7–10 DEC 1986, NEW YORK, IEEE, US, Seiten 186–191 ist ebenfalls ein in ein Halbleitersubstrat integrierter Magnetsensor bekannt. Durch Verwendung einer Multikollektor-Anordnung ist es möglich, die unterschiedlichen Komponenten des Magnetfelds mit einer einzigen Transistoranordnung zu erfassen.From the book S. Kordic, "SENSITIVITY OF THE SILICON HIGH-RESOLUTION 3-DIMENSIONAL MAGNETIC FIELD VECTOR SENSOR", TECHNICAL DIGEST OF THE INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING; LOS ANGELES; 7-10 DEC 1986, NEW YORK, IEEE, US, pages 186-191, a magnetic sensor integrated in a semiconductor substrate is also known. By using a multi-collector arrangement, it is possible to detect the different components of the magnetic field with a single transistor arrangement.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Anordnung gemäß Anspruch 1 dadurch auf, dass ein erster Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit einer ersten Dotierungsart (n oder p) in einem zweiten Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit einer zweiten Dotierungsart (p oder n) eingebettet ist, dass der zweite Bereich mit der zweiten Dotierungsart (p oder n) in einem dritten Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit der ersten Dotierungsart (n oder p) eingebettet ist und dass sich die erste Dotierungsart (n oder p) von der zweiten Dotierungsart (p oder n) unterscheidet. Auf der Grundlage dieser Anordnung ist es möglich, die Empfindlichkeit im Hinblick auf eine Magnetfeldmessung deutlich zu erhöhen, indem an die einzelnen Bereiche an geeigneten Stellen geeignete Potentiale angelegt werden. Diese Empfindlichkeitserhöhung resultiert, wie bei der SSIMT-Struktur, aus der Reduzierung eines lateralen Stromes im Bereich der Chipoberfläche. Anders als bei der SSIMT-Struktur ist jedoch keine Ringstruktur erforderlich. Vielmehr wird der laterale Strom im Bereich der Chipoberfläche dadurch reduziert, dass sich die Emitterzone und die Kollektorzone nicht wie bei einem konventionellen Magnetotransistor (siehe 4 und 5) in der gleichen Basiswanne befinden. Aus diesem Grund müssen die Elektronen zunächst vertikal von dem ersten Bereich in den dritten Bereich fließen. Erst dann kann der Strom seitlich abfließen. Der ausgeprägte vertikale Strom ist für die Erhöhung der Empfindlichkeit verantwortlich. Ebenfalls ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, die Stärke des Substratstroms durch geeignete Potentiale an den jeweiligen Bereichen erheblich zu verringern.The invention is based on the generic arrangement according to claim 1 in that a first region on the surface of the device with a first doping (n or p) in a second region at the surface of the device with a second doping (p or n) embedded in that the second region with the second doping mode (p or n) is embedded in a third region on the surface of the device with the first doping mode (n or p), and in that the first doping mode (n or p) is of the second doping type (p or n) is different. On the basis of this arrangement, it is possible to significantly increase the sensitivity with respect to a magnetic field measurement by applying suitable potentials to the individual areas at suitable locations. This sensitivity increase, as with the SSIMT structure, results from the reduction of a lateral current in the area of the chip surface. Unlike the SSIMT structure, however, no ring structure is required. Rather, the lateral current in the area of the chip surface is reduced by the emitter zone and the collector zone are not as in a conventional magnetotransistor (see 4 and 5 ) are in the same base tray. For this reason, the electrons must first flow vertically from the first region to the third region. Only then can the current flow off to the side. The pronounced vertical current is responsible for increasing the sensitivity. It is likewise possible with the arrangement according to the invention to considerably reduce the strength of the substrate current by means of suitable potentials at the respective regions.

Die Erfindung ist besonders dadurch vorteilhaft, dass der dritte Bereich Kollektoreigenschaften für die Transistoren zur Verfügung stellt, dass der zweite Bereich Basiseigenschaften für die Transistoren zur Verfügung stellt und dass der erste Bereich Emittereigenschaften für die Transistoren zur Verfügung stellt. Durch die Einbettung der Bereiche ineinander und die entsprechenden Eigenschaften der Bereiche ist es in einfacher Weise möglich, die für eine Magnetfeldmessung erforderlichen zwei Transistoren zu realisieren.The invention is particularly advantageous in that the third region provides collector characteristics for the transistors, the second region provides base characteristics for the transistors, and the first region provides emitter characteristics for the transistors. By embedding the regions into each other and the corresponding properties of the regions, it is possible in a simple manner to realize the two transistors required for a magnetic field measurement.

Es ist bevorzugt, dass der erste Bereich einen Emitterkontakt zur Verfügung stellt, dass der zweite Bereich zwei Basiskontakte zur Verfügung stellt und dass der dritte Bereich zwei Kollektorkontakte zur Verfügung stellt. Somit sind zwei Transistoren mit einem gemeinsamen Emitterkontakt realisiert. Daher können die Kollektorströme der beiden Transistoren als Messsignale für eine Magnetfeldmessung verwendet werden.It is preferred that the first region provides emitter contact, that the second region provides two base contacts, and that the third region provides two collector contacts. Thus, two transistors are realized with a common emitter contact. Therefore, the collector currents of the two transistors can be used as measurement signals for a magnetic field measurement.

Bevorzugt weist das Substrat einen Kontakt auf. Durch Anlegen eines geeigneten Potentials an dem Substrat relativ zu den Potentialen an den anderen Kontakten lässt sich der unerwünschte Substratstrom erheblich verringern. Durch geeignete Potentiale ist es vermeidbar, dass ein vertikaler parasitärer Transistor wie in einem konventionellen Magnetotransistor entsteht, so dass es möglich ist, dass bei geeigneter Beschaltung nur ein Sperrstrom als Substratstrom fließt. Dieser ist dann in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der Kollektorstrom, welcher der eigentliche Nutzstrom für das Messsignal ist.Preferably, the substrate has a contact. By applying a suitable potential to the substrate relative to the potentials at the other contacts, the unwanted substrate current can be significantly reduced. By suitable potentials, it is avoidable that a vertical parasitic transistor arises as in a conventional magnetotransistor, so that it is possible that with a suitable wiring only a reverse current flows as a substrate current. This is then in a wide temperature range smaller than the collector current, which is the actual useful current for the measurement signal.

Vorzugsweise ist der Übergang zwischen dem dritten Bereich und der darunter liegenden Schicht in Sperrrichtung gepolt. Diese Polung wird durch Anlegen der geeigneten Potentiale an dem Substrat und an den sonstigen Kontakten der Anordnung zur Verfügung gestellt. Durch die Sperrschicht entsteht eine Isolationswirkung im Hinblick auf einen parasitären vertikalen Substratstrom.Preferably, the transition between the third region and the underlying layer is reversely poled. This polarity is provided by applying the appropriate potentials to the substrate and to the other contacts of the device. The barrier layer creates an insulating effect with regard to a parasitic vertical substrate current.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung eine pnpnp-Schichtenfolge auf. Es liegt also eine Anordnung aus fünf Schichten vor, so dass man durch geeignete Dotierung der Schichten und durch die geeignete Wahl der angelegten Potentiale eine Anordnung von hoher Flexibilität bereitstellt.In a preferred embodiment, the arrangement has a pnpnp layer sequence. Thus, there is an arrangement of five layers, so that one provides an arrangement of high flexibility by suitable doping of the layers and by the appropriate choice of the applied potentials.

Die Erfindung ist besonders dadurch vorteilhaft, dass in einem p-dotierten Halbleitersubstrat eine erste n-dotierte Wanne vorgesehen ist, dass in der ersten n-dotierten Wanne der dritte Bereich als p-dotierte Wanne vorgesehen ist, dass in dem dritten Bereich der zweite Bereich als n-dotierte Wanne vorgesehen ist und dass in dem zweiten Bereich der erste Bereich als p-dotierte Wanne vorgesehen ist. Diese Struktur aus sukzessiv in einem Halbleitersubstrat angeordneten Wannen hat sich bei Magnetotransistoren bewährt. Man erhält eine Anordnung mit Kontaktstellen an einer Chipoberfläche, welche im Hinblick auf die mechanische und die elektrische Stabilität zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Die geometrische Anordnung mit einer wohldefinierten Lage der Kontakte an der Chipoberfläche ist vor allem für die Magnetfeldmessung von Vorteil.The invention is particularly advantageous in that a first n-doped well is provided in a p-doped semiconductor substrate, that in the first n-doped well the third region is provided as a p-doped well, that in the third region of the second region is provided as an n-doped well and that in the second region, the first region is provided as a p-doped well. This structure of successively arranged in a semiconductor substrate wells has been proven in magnetotransistors. This gives an arrangement with contact points on a chip surface, which provides satisfactory results in terms of mechanical and electrical stability. The geometric arrangement with a well-defined position of the contacts on the chip surface is above all advantageous for the magnetic field measurement.

Es ist besonders bevorzugt, dass die erste n-dotierte Wanne eine Isolationsschicht zur Verfügung stellt. Durch die Isolationseigenschaft der ersten n-dotierten Wanne kommt es zu der vorteilhaften Reduktion des Substratstroms. Die lateralen Ströme, deren Differenz als Messsignal bei der Messung eines Magnetfeldes verwendet werden, fließen oberhalb der Isolationsschicht, und sie stellen aufgrund des stark verringerten Substratstroms eine stabile Messgröße für das Magnetfeld zur Verfügung.It is particularly preferred that the first n-doped well provide an isolation layer. The insulating property of the first n-doped well results in the advantageous reduction of the substrate current. The lateral currents whose difference is used as a measurement signal in the measurement of a magnetic field, flow above the insulating layer, and they provide a stable measure of the magnetic field due to the greatly reduced substrate current.

Es ist bevorzugt, wenn die Isolationsschicht zwei Kontakte aufweist. Durch Anlegen geeigneter Potentiale an der Isolationsschicht lassen sich die Verhältnisse innerhalb der dotierten Halbleiterschichten beeinflussen, beispielsweise durch Ausbildung von Sperrschichten.It is preferred if the insulation layer has two contacts. By applying suitable potentials to the insulating layer, the conditions within the doped semiconductor layers can be influenced, for example by forming barrier layers.

Vorzugsweise sind die Kontakte Metallkontakte. Metallkontakte haben sich für die Beschaltung von Halbleiterchips bewährt.Preferably, the contacts are metal contacts. Metal contacts have proven themselves for the wiring of semiconductor chips.

Es ist vorteilhaft, wenn der Übergang zwischen der ersten n-dotierten Wanne und dem p-Substrat in Sperrrichtung gepolt ist. Dies wird durch Anlegen der geeigneten Potentiale an den Elektroden der ersten n-dotierten Wanne und der Elektrode des p-dotierten Substrats erreicht. Liegen die Elektroden der ersten n-dotierten Wanne auf Masse, so kommt es durch eine negative Spannung an der Substratelektrode zu der vorteilhaften Sperrschicht, welche die Ausbildung eines vertikalen parasitären Substratstroms unterdrückt.It is advantageous if the transition between the first n-doped well and the p-substrate is poled in the reverse direction. This is achieved by applying the appropriate potentials at the electrodes of the first n-doped well and the electrode of the p-doped substrate. If the electrodes of the first n-doped well are grounded, a negative voltage on the substrate electrode results in the advantageous barrier layer, which suppresses the formation of a vertical parasitic substrate current.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine npnp-Schichtenfolge auf. Es ist also auch möglich, die Erfindung mit vier Schichten zu realisieren, so dass es auch mit dieser einfacheren Struktur möglich ist, die Empfindlichkeit im Hinblick auf eine Magnetfeldmessung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich zu erhöhen. Insbesondere lässt sich der vertikale parasitäre Substratstrom auch ohne das Bereitstellen einer separaten Isolationsschicht realisieren.In another advantageous embodiment of the invention, the arrangement has an npnp layer sequence. It is also possible, the To realize the invention with four layers, so that it is possible even with this simpler structure, the sensitivity with respect to a magnetic field measurement in comparison to the prior art to increase significantly. In particular, the vertical parasitic substrate current can also be realized without the provision of a separate insulation layer.

Es ist bevorzugt, dass in einem n-dotierten Halbleitersubstrat der dritte Bereich als p-dotierte Wanne vorgesehen ist, dass in dem dritten Bereich der zweite Bereich als n-dotierte Wanne vorgesehen ist und dass in dem zweiten Bereich der erste Bereich als p-dotierte Wanne vorgesehen ist. Es ist also wiederum eine Struktur aus sukzessiv in einem Halbleitersubstrat angeordneten Wannen möglich, welche sich bei Magnetotransistoren bewährt hat. Eine solche Struktur ist besonders im Hinblick auf die Stabilität, die Fertigung und die einfache Kontaktierbarkeit vorteilhaft.It is preferred that in an n-doped semiconductor substrate the third region is provided as a p-doped well, that in the third region the second region is provided as n-doped well and that in the second region the first region is p-doped Pan is provided. It is therefore again a structure of successively arranged in a semiconductor substrate wells possible, which has been proven in magnetotransistors. Such a structure is particularly advantageous in terms of stability, manufacturing and ease of contactability.

Vorzugsweise ist der dritte Bereich teilweise von einem Isolationsbereich umgeben. Dieser Isolationsbereich definiert somit den Kollektorbereich der Transistoren. Es ist also nicht erforderlich, den Kollektorbereich von vornherein in einer angemessenen Größe in ein Substrat einzudefundieren. Vielmehr kann die Größe des Kollektorbereiches durch den Isolationsbereich festgelegt werden.Preferably, the third area is partially surrounded by an isolation area. This isolation region thus defines the collector region of the transistors. It is therefore not necessary to mold the collector region into a substrate from the outset in an appropriate size. Rather, the size of the collector region can be determined by the isolation range.

Es ist bevorzugt, wenn der Isolationsbereich eine p-dotierte Wanne ist. Auf diese Weise bildet der Isolationsbereich, welcher an das Substrat angrenzt, mit diesem ein ”kurzgeschlossenes” p-Gebiet.It is preferred if the isolation region is a p-doped well. In this way, the isolation region adjacent to the substrate forms with this a "shorted" p-type region.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn der Isolationsbereich durch eine SiO₂-Isolation realisiert ist. Somit kann die Anordnung flexibel gestaltet werden, wodurch auf die Fertigungsmöglichkeiten und die Anwendungsbereiche Rücksicht genommen werden kann.But it may also be useful if the isolation region is realized by a SiO ₂ insulation. Thus, the arrangement can be made flexible, whereby the manufacturing capabilities and applications can be taken into account.

Es ist vorteilhaft, wenn der Übergang zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich in Sperrrichtung gepolt ist. Hierdurch erreicht man die vorteilhafte Verminderung des Substratstroms bei dieser Ausführungsform mit einer npnp-Schichtenfolge auch ohne eine zusätzliche an das Substrat angrenzende Isolationsschicht.It is advantageous if the transition between the second region and the third region is reverse-biased. This achieves the advantageous reduction of the substrate current in this embodiment with an npnp layer sequence even without an additional insulating layer adjacent to the substrate.

Es ist vorteilhaft, wenn wenigstens einige der Bereiche eindiffundiert sind. Durch Diffusion erhält man zuverlässige Ergebnisse, sowohl im Hinblick auf die Genauigkeit der Geometrie der Anordnung als auch im Hinblick auf die Dotierungskonzentrationen.It is advantageous if at least some of the areas are diffused. Diffusion gives reliable results, both in terms of the accuracy of the geometry of the device and in terms of doping concentrations.

Vorzugsweise ist die Anordnung symmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht zu der Schichtenfolge ist. Die Genauigkeit dieser Symmetrie wird, wie oben erwähnt, besonders gut durch einen Diffusionsprozess zur Verfügung gestellt. Sie ist nützlich, da bei fehlendem Magnetfeld identische laterale Ströme in beiden pnp-Transistoren fließen, während es bei einem wirksamen Magnetfeld zu einer Störung der Symmetrie des Stromflusses kommt. Folglich lassen sich unterschiedliche Kollektorströme messen, wobei diese Differenz dann als Messsignal für die Magnetfeldmessung dient.Preferably, the arrangement is symmetrical to a plane that is perpendicular to the layer sequence. The accuracy of this symmetry is provided, as mentioned above, particularly well by a diffusion process. It is useful because in the absence of magnetic field identical lateral currents flow in both pnp transistors, while in an effective magnetic field disturbing the symmetry of the current flow occurs. Consequently, different collector currents can be measured, this difference then serving as a measurement signal for the magnetic field measurement.

Die Anordnung ist gleichermaßen vorteilhaft, wenn alle n-Dotierungen durch p-Dotierungen und alle p-Dotierungen durch n-Dotierungen ersetzt sind. Dabei gelten sämtliche Ausführungen entsprechend unter Ladungsumkehr.The arrangement is equally advantageous if all n-dopants are replaced by p-type dopants and all p-type dopants by n-type dopants. All versions apply accordingly under charge reversal.

Vorzugsweise ist die Anordnung mit einer Auswerteschaltung monolithisch integriert. Hierdurch entsteht ein kompaktes Bauteil, welches kostengünstig herstellbar ist.Preferably, the arrangement is monolithically integrated with an evaluation circuit. This results in a compact component, which is inexpensive to produce.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei welchem von einem Standard-Rohwafer ausgegangen wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die monolithische Integration zusammen mit einer Auswerteschaltung nützlich. Ferner ist die Verwendung von Standard-Rohwafern effizient, da diese käuflich zu erwerben sind.The invention further consists in a method for producing an arrangement according to the invention in which a standard raw wafer is used. This is particularly useful in terms of monolithic integration along with an evaluation circuit. Furthermore, the use of standard raw wafers is efficient as they are purchasable.

Die Erfindung besteht ebenfalls in einem Verfahren, bei dem von einem Standard-Rohwafer mit einer ersten Dotierungsart mit Epitaxieschicht der entgegengesetzten Dotierungsart ausgegangen wird. Die Epitaxieschicht der entgegengesetzten Dotierungsart kann also die Rolle des Kollektorbereiches übernehmen, ohne dass diese am Anfang des Herstellungsprozesses in das Substrat eindiffundiert werden müsste. Der Kollektorbereich kann entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Isolationsbereich definiert werden.The invention likewise consists of a method in which a standard raw wafer with a first doping type with epitaxial layer of the opposite doping type is assumed. The epitaxial layer of the opposite doping type can thus take over the role of the collector region without it having to be diffused into the substrate at the beginning of the production process. The collector region can be defined by an isolation region according to a preferred embodiment.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Das Verfahren ist besonders aus dem Grunde vorteilhaft, da der Substratstrom im Vergleich zu dem Kollektorströmen weitgehend vernachlässigbar ist, und dies in einem breiten Temperaturbereich, welcher nachweislich bis mindestens 125°C reicht. Insofern kommt es nicht zu den Störungen aufgrund des Substratstroms im Hinblick auf die Empfindlichkeit und die Stabilität des Bauelementes, zum Beispiel durch Eigenerwärmung. Ferner ist das Verfahren vorteilhaft, da die Empfindlichkeit durch Vermeidung lateraler Oberflächenströme vergrößert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind daher besonders kleine Magnetfelder beziehungsweise besonders kleine Magnetfeldänderungen zuverlässig messbar.The invention further consists in a method for measuring a magnetic field using an arrangement according to the invention. The method is particularly advantageous for the reason that the substrate current is largely negligible compared to the collector currents, and this in a wide temperature range, which is proven to reach at least 125 ° C. In this respect, it does not come to the disturbances due to the substrate current in terms of sensitivity and stability of the device, for example by self-heating. Furthermore, the method is advantageous because the sensitivity is increased by avoiding lateral surface currents. The method according to the invention therefore makes it possible to measure particularly small magnetic fields or particularly small magnetic field changes reliably.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die erfindungsgemäße Einbettung der dotierten Bereiche ineinander ein kostengünstig herstellbarer Magnetotransistor zur Verfügung gestellt wird, welcher sich durch eine hohe Empfindlichkeit und eine gute Stabilität auszeichnet. Man ist in der Lage, den Substratstrom im Vergleich zu bekannten Bauelementstrukturen stark zu reduzieren, ohne eine SOI-Technik oder ein selektives Ätzen des Substrates zu verwenden. Die Empfindlichkeit der Anordnung liegt ohne eine aufwendige SSIMT-Struktur in derselben Größenordnung oder sogar noch höher als bei derartigen Strukturen. The invention is based on the surprising finding that the embedding of the doped regions into one another according to the invention provides a magnetotransistor which can be produced cost-effectively and which is distinguished by high sensitivity and good stability. One is able to greatly reduce the substrate current compared to known device structures without using an SOI technique or selective etching of the substrate. The sensitivity of the arrangement is without a complex SSIMT structure in the same order of magnitude or even higher than in such structures.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.The invention will now be described by way of example with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigt:Showing:

1 eine erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht; 1 an inventive arrangement in sectional view;

2 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht; 2 a further inventive arrangement in sectional view;

3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht; 3 a further inventive arrangement in sectional view;

4 eine Anordnung des Standes der Technik in Schnittansicht und 4 an arrangement of the prior art in sectional view and

5 eine weitere Anordnung des Standes der Technik in Schnittansicht. 5 another arrangement of the prior art in sectional view.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht. Die Anordnung basiert auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 10. Als Ausgangspunkt für die Herstellung dieser Anordnung kann ein p-Rohwafer verwendet werden, welcher aus einem p-Substrat ohne n-Epitaxieschicht besteht. In dieses p-dotierte Halbleitersubstrat 10 ist eine erste n-dotierte Wanne 12 eindiffundiert. In die erste n-dotierte Wanne 12 ist eine erste p-dotierte Wanne 14 eindiffundiert. In die erste p-dotierte Wanne 14 ist eine zweite n-dotierte Wanne 18 eindiffundiert. In diese zweite n-dotierte Wanne 18 ist eine zweite p-dotierte Wanne 16 eindiffundiert. Die zweite p-dotierte Wanne 16 dient als Emitterzone. Die zweite n-dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die erste p-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kollektorelektroden verwendet werden. An der zweiten n-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Basiselektroden verwendet werden. An der zweiten p-dotierten Wanne 16 befindet sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelektrode verwendet wird. Somit stehen zwei pnp-Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Die erste n-dotierte Wanne 12 dient als Isolationsschicht. Diese Isolationsschicht weist zwei Metallkontakte 42, 44 auf. Ferner ist auch an dem p-dotierten Substrat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. Durch das Anlegen geeigneter Potentiale an die Kollektorelektroden 22, 26, die Elektroden 42, 44 der Isolationsschicht 12 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass die jeweiligen Halbleiterübergänge 14, 12 beziehungsweise 12, 10 in Sperrrichtung gepolt sind, lässt sich der parasitäre vertikale Substratstrom 40 erheblich reduzieren. Legt man an die Kollektorelektroden 22, 26 negative Spannungen an und legt man die Elektroden 42, 44 der Isolationsschicht 12 auf Masse, so befindet sich der Übergang zwischen der p-dotierten Kollektorzone 14 und der n-dotierten Isolationsschicht 12 im Sperrbetrieb. Legt man an die Elektrode 20 des p-dotierten Substrates 10 eine bezüglich Masse negative Spannung an, so befindet sich auch der Übergang zwischen der n-dotierten Isolationsschicht 12 und dem p-dotierten Substrat 10 in Sperrbetrieb. Es entsteht daher kein vertikaler parasitärer Transistor, und es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom als Substratstrom 40, der in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der als Nutzstrom zu bezeichnende Kollektorstrom 34, 36 ist. 1 shows an inventive arrangement in sectional view. The device is based on a p-doped semiconductor substrate 10 , As a starting point for the production of this arrangement, a p-type raw wafer can be used, which consists of a p-substrate without n-epitaxial layer. In this p-doped semiconductor substrate 10 is a first n-doped tub 12 diffused. In the first n-doped tub 12 is a first p-doped well 14 diffused. In the first p-doped tub 14 is a second n-doped tub 18 diffused. In this second n-doped tub 18 is a second p-doped well 16 diffused. The second p-doped tub 16 serves as emitter zone. The second n-doped tub 18 serves as a base zone. The first p-doped tub 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 There are two metal contacts 22 . 26 , which are used as collector electrodes. At the second n-doped tub 18 There are two metal contacts 28 . 30 , which are used as base electrodes. At the second p-doped tub 16 there is a metal contact 24 , which is used as emitter electrode. Thus, there are two pnp transistors 16 . 18 . 14 on both the left and the right side of the arrangement available. The first n-doped tub 12 serves as an insulation layer. This insulation layer has two metal contacts 42 . 44 on. Further, also on the p-doped substrate 10 a metal contact 20 arranged. By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 . 26 , the electrodes 42 . 44 the insulation layer 12 and the electrode 20 of the p-substrate 10 so that the respective semiconductor junctions 14 . 12 respectively 12 . 10 poled in the reverse direction, can be the parasitic vertical substrate current 40 reduce considerably. Put it on the collector electrodes 22 . 26 negative voltages and put the electrodes 42 . 44 the insulation layer 12 to ground, so is the transition between the p-doped collector zone 14 and the n-type isolation layer 12 in lock mode. Put it on the electrode 20 of the p-doped substrate 10 a voltage negative with respect to ground, so there is also the transition between the n-doped insulating layer 12 and the p-doped substrate 10 in lock mode. Therefore, there is no vertical parasitic transistor, and only a very small reverse current flows as the substrate current 40 , which in a wide temperature range smaller than the collector current to be designated as the useful current 34 . 36 is.

Die Anordnung gemäß 1 kann wie nachfolgend beschrieben als Magnetfeldsensor verwendet werden. An die linke Kollektorelektrode 22 und die rechte Kollektorelektrode 26 werden gegenüber der Emitterelektrode 24 negative Spannungen gleicher Höhe angelegt. In die linke Basiselektrode 28 und in die rechte Basiselektrode 30 werden Ströme gleicher Höhe eingespeist. Folglich werden Ladungsträger (hier: Löcher) von der p-dotierten Emitterzone 16 in die n-dotierte Basiszone 18 injiziert. Während ein kleiner Teil der injizierten Löcher in der n-dotierten Basiszone 18 mit Elektronen rekombiniert, fließt der größte Teil der Löcher weiter zur p-dotierten Kollektorzone 14. Da sich die p-dotierte Emitterzone 16 und die p-dotierte Kollektorzone 14 nicht in der gleichen n-dotierten Basiswanne befinden, wie bei einem Magnetotransistor des Standes der Technik (siehe 4 und 5), müssen die Löcher zuerst vertikal in die p-dotierte Kollektorzone 14 fließen und dann lateral weiter zu der linken Kollektorelektrode 22 beziehungsweise zur rechten Kollektorelektrode 26. Man vermeidet daher einen lateralen Stromfluss im Bereich der Chipoberfläche. Der ”ordentliche” vertikale Stromfluss der Löcher von der Emitterzone 16 durch die Basiszone 18 in die Kollektorzone 14 führt zur hohen Empfindlichkeit gegen ein Magnetfeld parallel zur Chipoberfläche, ohne dass SSIMT-Strukturen erforderlich wären. Die relative Empfindlichkeit kann bei Raumtemperatur größer sein als 40%/Tesla.The arrangement according to 1 can be used as a magnetic field sensor as described below. To the left collector electrode 22 and the right collector electrode 26 are opposite to the emitter electrode 24 applied negative voltages of the same height. Into the left base electrode 28 and into the right base electrode 30 are fed currents of the same height. Consequently, carriers (here: holes) from the p-doped emitter zone 16 into the n-doped base zone 18 injected. While a small portion of the injected holes in the n-doped base zone 18 recombined with electrons, most of the holes continue to flow to the p-doped collector zone 14 , Since the p-doped emitter zone 16 and the p-doped collector region 14 not in the same n-type base well, as in a prior art magnetotransistor (see 4 and 5 ), the holes must first pass vertically into the p-doped collector zone 14 flow and then laterally to the left collector electrode 22 or to the right collector electrode 26 , Therefore, one avoids a lateral current flow in the area of the chip surface. The "ordinary" vertical current flow of the holes from the emitter zone 16 through the base zone 18 in the collector zone 14 results in high sensitivity to a magnetic field parallel to the chip surface without the need for SSIMT structures. The relative sensitivity can be greater than 40% / Tesla at room temperature.

2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht. Die Anordnung basiert auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 10. Auf diesem p-dotierten Halbleitersubstrat 10 ist eine n-dotierte Epitaxieschicht 14, 14' angeordnet. Als Ausgangspunkt für die Herstellung dieser Anordnung kann daher ein Standard-IC-Rohwafer verwendet werden, welcher aus einem p-Substrat und einer n-Epitaxieschicht besteht. In die n-Epitaxieschicht 14, 14' ist eine erste p-dotierte Wanne als Isolationsschicht 46 eindiffundiert. Diese umschließt den Bereich 14 und trennt den restlichen Bereich 14' der n-Epitaxieschicht ab. Die Isolationsschicht 46 bildet zusammen mit dem p-dotierten Substrat 10 ein ”kurzgeschlossenes” p-Gebiet. In den n-dotierten Bereich 14 ist eine p-dotierter Bereich 18 als Wanne eindiffundiert. In diese p-dotierte Wanne 18 ist eine n-dotierte Wanne 16 eindiffundiert. Diese dient als Emitterzone. Die zweite p-dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die n-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kollektorelektroden verwendet werden. An der p-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Basiselektroden verwendet werden. An der n-dotierten Wanne 16 befindet sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelektrode verwendet wird. Somit stehen zwei npn-Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Ferner ist auch an dem p-dotierten Substrat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. 2 shows a further arrangement according to the invention in sectional view. The device is based on a p-doped semiconductor substrate 10 , On this p-doped semiconductor substrate 10 is an n-doped epitaxial layer 14 . 14 ' arranged. As a starting point for the production of this arrangement, therefore, a standard IC Rohwafer can be used, which consists of a p-type substrate and an n-epitaxial layer. Into the n-epitaxial layer 14 . 14 ' is a first p-doped well as insulation layer 46 diffused. This encloses the area 14 and separates the rest of the area 14 ' the n-epitaxial layer. The insulation layer 46 forms together with the p-doped substrate 10 a "shorted" p-region. In the n-doped area 14 is a p-doped region 18 as a well diffused. In this p-doped tub 18 is an n-doped tub 16 diffused. This serves as an emitter zone. The second p-doped tub 18 serves as a base zone. The n-doped tub 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 There are two metal contacts 22 . 26 , which are used as collector electrodes. At the p-doped tub 18 There are two metal contacts 28 . 30 , which are used as base electrodes. At the n-doped tub 16 there is a metal contact 24 , which is used as emitter electrode. Thus, there are two npn transistors 16 . 18 . 14 on both the left and the right side of the arrangement available. Further, also on the p-doped substrate 10 a metal contact 20 arranged.

Durch das Anlegen geeigneter Potentiale an die Kollektorelektroden 22, 26 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass der Halbleiterübergang 14, 10 in Sperrrichtung gepolt ist, lässt sich der parasitäre vertikale Substratstrom 40 erheblich reduzieren.By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 . 26 and the electrode 20 of the p-substrate 10 , so that the semiconductor junction 14 . 10 poled in the reverse direction, can be the parasitic vertical substrate current 40 reduce considerably.

3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht. Die Anordnung basiert ebenfalls auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 10. Als Ausgangspunkt für die Herstellung dieser Anordnung kann daher ein p-Rohwafer verwendet werden, welcher aus einem p-Substrat ohne n-Epitaxieschicht besteht. In dieses p-dotierten Halbleitersubstrat 10 ist eine n-dotierte Wanne 14 eindiffundiert. In den n-dotierten Bereich 14 ist eine p-dotierter Bereich 18 als Wanne eindiffundiert. In diese p-dotierte Wanne 18 ist eine n-dotierte Wanne 16 eindiffundiert. Diese dient als Emitterzone. Die zweite p-dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die n-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kollektorelektroden verwendet werden. An der p-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Basiselektroden verwendet werden. An der n-dotierten Wanne 16 befindet sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelektrode verwendet wird. Somit stehen zwei npn-Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Ferner ist auch an dem p-dotierten Substrat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. Durch das Anlegen geeigneter Potentiale an die Kollektorelektroden 22, 26 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass der Halbleiterübergang 14, 10 in Sperrrichtung gepolt ist, lässt sich der parasitäre vertikale Substratstrom 40 erheblich reduzieren. 3 shows a further arrangement according to the invention in sectional view. The arrangement is also based on a p-doped semiconductor substrate 10 , As a starting point for the production of this arrangement, therefore, a p-raw wafer can be used, which consists of a p-substrate without n-epitaxial layer. In this p-doped semiconductor substrate 10 is an n-doped tub 14 diffused. In the n-doped area 14 is a p-doped region 18 as a well diffused. In this p-doped tub 18 is an n-doped tub 16 diffused. This serves as an emitter zone. The second p-doped tub 18 serves as a base zone. The n-doped tub 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 There are two metal contacts 22 . 26 , which are used as collector electrodes. At the p-doped tub 18 There are two metal contacts 28 . 30 , which are used as base electrodes. At the n-doped tub 16 there is a metal contact 24 , which is used as emitter electrode. Thus, there are two npn transistors 16 . 18 . 14 on both the left and the right side of the arrangement available. Further, also on the p-doped substrate 10 a metal contact 20 arranged. By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 . 26 and the electrode 20 of the p-substrate 10 , so that the semiconductor junction 14 . 10 poled in the reverse direction, can be the parasitic vertical substrate current 40 reduce considerably.

Beim Betrieb der Anordnungen gemäß 2 und 3 wird das niedrigste Potential an die Elektrode 20 des p-dotierten Substrates 10 angelegt. Legt man an die Elektroden 22, 26 des Kollektorbereiches 14 eine diesbezüglich positives Potential, so ist der Übergang zwischen dem n-Kollektorbereich 14 und dem p-Substrat 10 in Sperrrichtung gepolt. Wird an die Elektroden 22, 26 des Kollektorbereiches 14 ein höheres Potential angelegt als an die Elektroden 28, 30 des Basisbereiches 18, so sind die Übergänge zwischen dem n-Kollektorbereich 14 und dem p-Basisbereich 18 ebenfalls in Sperrrichtung gepolt. Es entsteht daher kein vertikaler parasitärer Transistor, und es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom als Substratstrom 40, der in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der als Nutzstrom zu bezeichnende Kollektorstrom 34, 36 ist.In the operation of the arrangements according to 2 and 3 becomes the lowest potential to the electrode 20 of the p-doped substrate 10 created. Lying on the electrodes 22 . 26 of the collector area 14 a positive potential in this respect, so is the transition between the n-collector region 14 and the p-substrate 10 Poled in the reverse direction. Will be to the electrodes 22 . 26 of the collector area 14 applied a higher potential than to the electrodes 28 . 30 of the base area 18 , so are the transitions between the n-collector region 14 and the p-base area 18 also poled in the reverse direction. Therefore, there is no vertical parasitic transistor, and only a very small reverse current flows as the substrate current 40 , which in a wide temperature range smaller than the collector current to be designated as the useful current 34 . 36 is.

Die Anordnungen gemäß 2 und 3 können wie nachfolgend beschrieben als Magnetfeldsensor verwendet werden. An die linke Kollektorelektrode 22 und die rechte Kollektorelektrode 26 werden gegenüber der Emitterelektrode 24 positive Spannungen gleicher Höhe angelegt. In die linke Basiselektrode 28 und in die rechte Basiselektrode 30 werden positive Ströme gleicher Höhe eingespeist. Folglich werden Ladungsträger (hier: Elektronen) von der n-dotierten Emitterzone 16 in die p-dotierte Basiszone 18 injiziert. Während ein kleiner Teil der injizierten Elektronen in der p-dotierten Basiszone 18 mit Löchern rekombiniert, fließt der größte Teil der Elektronen weiter zur n-dotierten Kollektorzone 14. Da sich die n-dotierte Emitterzone 16 und die n-dotierte Kollektorzone 14 nicht in der gleichen p-dotierten Basiswanne befinden, wie bei einem Magnetotransistor des Standes der Technik (siehe 4 und 5), müssen die Elektronen zuerst vertikal in die n-dotierte Kollektorzone 14 fließen und dann lateral weiter zu der linken Kollektorelektrode 22 beziehungsweise zur rechten Kollektorelektrode 26. Man vermeidet daher einen lateralen Stromfluss im Bereich der Chipoberfläche. Der ”ordentliche” vertikale Stromfluss der Elektronen von der Emitterzone 16 durch die Basiszone 18 in die Kollektorzone 14 führt zur hohen Empfindlichkeit gegen ein Magnetfeld parallel zur Chipoberfläche, ohne dass SSIMT-Strukturen erforderlich wären. Auch hier kann die relative Empfindlichkeit bei Raumtemperatur größer sein als 40%/Tesla.The arrangements according to 2 and 3 can be used as a magnetic field sensor as described below. To the left collector electrode 22 and the right collector electrode 26 are opposite to the emitter electrode 24 applied positive voltages of the same height. Into the left base electrode 28 and into the right base electrode 30 positive currents of the same amount are fed in. Consequently, charge carriers (here: electrons) from the n-doped emitter zone 16 into the p-doped base zone 18 injected. While a small portion of the injected electrons in the p-doped base zone 18 recombined with holes, most of the electrons continue to flow to the n-doped collector zone 14 , Since the n-doped emitter zone 16 and the n-doped collector zone 14 not in the same p-type base well as in a prior art magnetotransistor (see 4 and 5 ), the electrons must first vertically into the n-doped collector zone 14 flow and then laterally to the left collector electrode 22 or to the right collector electrode 26 , Therefore, one avoids a lateral current flow in the area of the chip surface. The "ordinary" vertical current flow of the electrons from the emitter zone 16 through the base zone 18 in the collector zone 14 results in high sensitivity to a magnetic field parallel to the chip surface without the need for SSIMT structures. Again, the relative sensitivity at room temperature may be greater than 40% / Tesla.

Die Anordnungen gemäß 1, 2 und 3 sind bezüglich einer Symmetrieebene 32 symmetrisch, sowohl was ihre Geometrie angeht als auch im Hinblick auf die Dotierungskonzentrationen. Dies hat zur Folge, dass die Ströme 34, 36 bei fehlender Magnetfeldkomponente parallel zur Chipoberfläche vom Betrag her identisch sind. Die aufgrund eines Magnetfeldes entstehende Differenz der lateralen Ströme 34, 36 und die daraus resultierende Differenz der Kollektorströme kann daher als Messsignal für ein Magnetfeld verwendet werden.The arrangements according to 1 . 2 and 3 are with respect to a plane of symmetry 32 symmetric, both in terms of geometry and in terms of doping concentrations. As a result, the currents 34 . 36 in the absence of magnetic field component parallel to the chip surface are the same amount. The difference of the lateral currents due to a magnetic field 34 . 36 and the resulting difference in the collector currents can therefore be used as a measurement signal for a magnetic field.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele 30 gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of embodiments 30 according to the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Claims

Arrangement with a magnetotransistor with a doped semiconductor substrate ( 10 ) and one on the doped semiconductor substrate ( 10 ) layer sequence of doped semiconductor layers ( 12 . 14 . 16 . 18 ), wherein at the surface of the arrangement electrical contacts are available, so that with the arrangement at least two transistors can be realized, characterized in that - a first area ( 16 ) on the surface of the arrangement with a first doping type (p) in a second region ( 18 ) is embedded on the surface of the device with a second doping type (s) as a well, and - the second region ( 18 ) with the second doping type (s) in a third region ( 14 ) is embedded with the first doping type (p) as a well on the surface of the device, and - the third region ( 14 ) with the first doping type (p) in a fourth well ( 12 ) is embedded as a well with the second doping type (s) and - the fourth region ( 12 ) with the second doping (n) in the semiconductor substrate ( 10 ) is embedded as a well with the first doping mode (p), and - the first doping mode (p) differs from the second doping mode (s).

Arrangement with a magnetotransistor with a doped semiconductor substrate ( 10 ) and one on the doped semiconductor substrate ( 10 ) layer sequence of doped semiconductor layers ( 12 . 14 . 16 . 18 ), wherein on the surface of the arrangement electrical contacts are available, so that with the arrangement at least two transistors can be realized, wherein - a first area ( 16 ) on the surface of the arrangement with a second doping type (p) in a second region ( 18 ) is embedded on the surface of the arrangement with a first doping type (s) as a well, and - the second area ( 18 ) with the first doping type (s) in a third region ( 14 ) is embedded with the second doping type (p) as a well on the surface of the arrangement and - the third area ( 14 ) with the second doping (p) in the semiconductor substrate ( 10 ) is provided with the first doping as a well, and - the first type of doping is different from the second type of doping.

Arrangement according to claim 1, characterized in that - the third area ( 14 ) Provides collector characteristics for the transistors, that the second region ( 18 ) Provides basic properties for the transistors and that - the first region ( 16 ) Provides emitter characteristics for the transistors.

Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that - the first region ( 16 ) an emitter contact ( 24 ), that the second area ( 18 ) two basic contacts ( 28 . 30 ) and - that the third area ( 14 ) two collector contacts ( 22 . 26 ).

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 10 ) a contact ( 20 ) having.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the third region ( 14 ) and the underlying layer ( 12 . 10 ) is poled in the reverse direction.

Arrangement according to one of claims 1 or 3 to 6, characterized in that the fourth region ( 12 ) represents a first n-doped well that provides an isolation layer.

Arrangement according to claim 7, characterized in that the insulation layer ( 12 ) two contacts ( 42 . 44 ) having.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the contacts ( 20 . 22 . 24 . 26 . 28 . 42 . 44 ) Metal contacts are.

Arrangement according to one of claims 1 or 3 to 9, characterized in that the transition between a through the fourth area ( 12 ) defined first n-doped well and the p-doped substrate ( 10 ) is poled in the reverse direction.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the third area ( 14 ) partly from an isolation area ( 46 ) is surrounded.

Arrangement according to claim 11, characterized in that the isolation area ( 46 ) Is realized by a SiO ₂ insulation.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the second region ( 18 ) and the third area ( 14 ) is poled in the reverse direction.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the regions are diffused.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement is symmetrical to a plane ( 32 ) which is perpendicular to the surface of the assembly.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is monolithically integrated together with an evaluation circuit.

Method for producing an arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that it is assumed that a standard raw wafer and with the arrangement of a magnetotransistor is produced.

Method for producing an arrangement according to one of Claims 1 to 16, characterized in that a standard raw wafer having a first doping type with an epitaxial layer of the opposite doping type is used, and a magnetotransistor is produced with the arrangement.

A method of measuring a magnetic field using a device according to claims 1 to 16.