DE102008051949B4 - Integrierte Schaltung mit Belastungserfassungselement - Google Patents

Abstract

Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400), die folgende Merkmale aufweist:
einen Halbleiterchip;
ein Belastungserfassungselement, das einen ersten lateralen Widerstand (110) und einen ersten vertikalen Widerstand (108) aufweist, wobei das Verhältnis des Widerstandswerts des ersten lateralen Widerstands und des Widerstandswerts des ersten vertikalen Widerstands von einer mechanischen Belastung abhängt,
wobei das Belastungserfassungselement in dem Halbleiterchip gebildet ist und konfiguriert ist, um basierend auf dem Verhältnis der Widerstandswerte des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands einen Pegel von zumindest einer mechanischen Belastungskomponente innerhalb des Halbleiterchips anzugeben.

Description

• Integrierte Schaltungen (ICs, ICs = Integrated Circuits) sind typischerweise in Gehäusen befestigt, um die empfindlichen integrierten Schaltungsanordnungen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Eine nachteilige Nebenwirkung jedoch, die beobachtet werden kann, besteht darin, dass das Befestigen der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse eine mechanische Belastung auf das Halbleitermaterial ausübt. Eine mechanische Belastung auf integrierte Schaltungen ändert elektronische Parameter, wie beispielsweise die magnetische Empfindlichkeit von Hall-Platten oder den Widerstandswert von Widerständen. Eine mechanische Belastung ändert die Beweglichkeit und den Streufaktor von Ladungsträgern, was eine Lebensdauerdrift von Widerstandswerten, Transistorparametern und der magnetischen Empfindlichkeit von Hall-Platten bewirkt (als Piezowiderstandseffekt, Piezo-MOS-Effekt, Piezo-Übergangseffekt und Piezo-Hall-Effekt bekannt).
• Eine Lebensdauerdrift einer mechanischen Belastung stammt von Veränderungen der thermomechanischen Eigenschaften der Gehäusebestandteile (z. B. Alterung oder chemische Reaktionen in der Vergussmasse oder Anschwellen der Vergussmasse aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit) und kann typischerweise nicht vermieden werden. Silizium-Hall-Sensoren leiden bekanntlich unter einer Langzeitdrift der magnetischen Empfindlichkeit von zwischen 1 % und 4 % abhängig von dem Grad an Feuchtigkeit in der Vergussmasse des Gehäuses.
• Aus der DE 10 2005 029 464 A1 ist ein Konzept zum Kompensieren von Piezo-Einflüssen auf eine integrierte Halbleiterschaltung bekannt, bei dem Teilkompensationssignale, die von Halbleiterelementen mit unterschiedlichen Stresscharakteristiken erzeugt werden, verwendet werden. Ferner wird eine Temperaturabhängigkeit eines Verhältnisses der Teilkompensationssignale berücksichtigt.
• Aus der DE 10 2004 003 853 A1 ist ein Konzept zur Kompensation von Piezo-Einflüssen auf eine integrierte Schaltungsanordnung bekannt, bei dem die Auswirkungen eines Piezo-Effekts auf einen elektronischen Funktionsparameter eines Halbleiterbauelements kompensiert wird, indem der elektronische Funktionsparameter des Halbleiterbauelements mit einem weiteren elektronischen Funktionsparameter eines weiteren Halbleiterbauelements, der einem weiteren Piezo-Einfluss unterliegt, kombiniert wird.
• Aus der DE 101 54 497 A1 sind Halbleitermaterialien bekannt, die integrierte Widerstände, die senkrecht zueinander angeordnet sind, aufweisen.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung, ein Verfahren zum Kompensieren einer Belastung in einer integrierten Schaltung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Kalibrierungsparameters für eine Verwendung bei einem Kompensieren einer lateralen Belastung in einer integrierten Schaltung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 und Anspruch 20 gelöst.
• Ein Ausführungsbeispiel sieht eine integrierte Schaltung vor, die einen Halbleiterchip und ein Belastungserfassungselement umfasst. Das Belastungserfassungselement weist einen ersten lateralen Widerstand und einen ersten vertikalen Widerstandauf, wobei das Verhältnis des Widerstandswerts des ersten lateralen Widerstands und des Widerstandswerts des ersten vertikalen Widerstands von einer mechanischen Belastung abhängt, wobei das Belastungserfassungselement in dem Halbleiterchip gebildet ist und konfiguriert ist, um basierend auf dem Verhältnis der Widerstandswerte des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands einen Pegel von zumindest einer mechanischen Belastungskomponente innerhalb des Halbleiterchips anzugeben.
• Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sind in diese Beschreibung integriert und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Gleichartige Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1A und 1B Diagramme, die Richtungsbezeichnungen darstellen, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 2 ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
• 3 ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt;
• 4 ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt;
• 5 ein Blockdiagramm, das eine integrierte Belastungssensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
• 6 ein Diagramm, das den Aufbau eines vertikalen Widerstands gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
• 7 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Berechnen eines wirksamen Piezokoeffizienten (EPC, EPC = Effective Piezo Coefficient) einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
• 8 ein Diagramm, das einen Graphen einer Belastungssensorausgabe und einer normierten Magnetempfindlichkeit einer integrierten Hall-Sensorschaltung bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Druckpegeln gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt; und
• 9 ein Diagramm, das einen Graphen einer normierten Magnetempfindlichkeit über einer Belastungssensorausgabe unter Verwendung der Daten aus 8 darstellt.
• In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen durch eine Darstellung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „Vorder-“, „Hinter-“ etc., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen, und der Schutzbereich, der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
• Ein Ausführungsbeispiel sieht eine integrierte Schaltung vor, die konfiguriert ist, um eine mechanische Belastung zu messen, und auf der Basis dieser Messung dem Einfluss einer Belastung auf Schaltungsparameter entgegenwirkt. Ein anderes Ausführungsbeispiel sieht eine integrierte Schaltung vor, die für eine mechanische Belastung unempfindlich ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die integrierte Schaltung zwei ähnliche elektronische Komponenten in einem Halbleiterchip (z. B. einen lateralen Widerstand in einem L-Layout und einen vertikalen Widerstand) mit identischem oder im Wesentlichen identischem Temperaturverhalten und stark korrelierten Prozessstreuungen, aber mit unterschiedlicher Belastungsabhängigkeit (d. h. die Komponenten reagieren sehr unterschiedlich auf mechanische Belastung). Bei einem Ausführungsbeispiel werden die zwei elektronischen Komponenten durch die integrierte Schaltung verwendet, um die Gesamtbelastungswirkungen in der integrierten Schaltung aufzuheben. Ein Ausführungsbeispiel sieht eine integrierte Hall-Sensorschaltung vor, die kontinuierlich relevante Belastungskomponenten misst, die Empfindlichkeitsdrift schätzt und die Empfindlichkeitsdrift digital korrigiert.
• 1A und 1B sind Diagramme, die Richtungsbezeichnungen darstellen, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Da die Piezowirkungen, die in dem Hintergrundabschnitt erwähnt sind, direktional sind, was bedeutet, dass dieselben von der relativen Ausrichtung eines Halbleiterelements mit Bezug auf die Kristallstruktur eines Halbleitersubstrats abhängen, werden die kristallografischen Ausrichtungen, die bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen relevant sind, unten mit Bezug auf 1A und 1B beschrieben.
• Zum Herstellen integrierter Schaltungen werden die Halbleiterwafer (z. B. Siliziumwafer oder Siliziumscheiben) aus einer Einkristallstange gesägt, derart, dass die Waferoberfläche einer kristallografischen Ebene zugeordnet ist. Um die jeweilige Ebene bei einem kubischen Kristall zu bestimmen, werden die so genannten „Miller-Indizes“ verwendet, die unten in runden Klammern angegeben sind. 1A zeigt beispielsweise eine Draufsicht eines Halbleiterwafers, der in der (100)-Ebene geschnitten ist.
• Die Hauptkristallographierichtungen in der Waferebene sind in 1A und 1B angegeben, wobei die Hersteller dieser Siliziumwafer einen so genannten „Primäranschliff“ an der Siliziumscheibe vorsehen. Normalerweise verlaufen die Kanten der Quadratgeometrien der Schaltungsstrukturen an dem Halbleiterchip parallel oder senkrecht zu den Primäranschliffen. In 1A sind die Kristallografierichtungen oder -achsen in der Ebene des Halbleiterwafers dargestellt, wobei dieselben unten in eckigen Klammern angegeben sind. Das Koordinatensystem wird für gewöhnlich verwendet, derart, dass die [110]-Richtung senkrecht zu dem Primäranschliff verläuft, während die [110]-Richtung parallel zu dem Primäranschliff verläuft. Die Richtungen [010] und [100] verlaufen in einem Winkel von +/-45° zu der [110]-Richtung.
• Ferner ist ein Winkel φ mit Bezug auf die [110]-Richtung definiert, wobei in der Draufsicht auf die Waferoberflache der Winkel φ ausgehend von der [110]-Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gezählt wird. Normalerweise sind die einzelnen Chips in dem Wafer positioniert, derart, dass die Richtungen φ = 0° und φ = 90° der vertikalen bzw. horizontalen Richtung der IC entsprechen, wobei diese Richtungen abhängig davon, ob die IC auf einer Kante oder horizontal liegt, ausgetauscht werden können. Ferner wird die Richtung φ = 90° unten als x-Achse ([110]-Richtung) bezeichnet und die Richtung φ = 0° als negative y-Achse ([110]-Richtung).
• Eine Belastung ist kein Skalar, sondern ein Tensor mit 6 Komponenten: 3 normalen Belastungen und 3 Scherbelastungen. Unter Bezugnahme auf die Messung einer Belastung oder eine Unempfindlichkeit für eine Belastung sollte klargestellt werden, ob die Belastung alle Belastungskomponenten umfasst, oder lediglich eine spezielle Belastungskomponente oder eine bestimmte Kombination von Belastungskomponenten. Es scheint keine integrierten Schaltungen zu geben, die alle Belastungskomponenten chipintern messen. Es ist möglich, alle Belastungskomponenten über Rosetten von Widerständen mit einer p-Typ- und n-Typ-Dotierung und zumindest drei unterschiedlichen Richtungen in der (111)-Si-Ebene zu messen. Die Messung wird jedoch nicht vollständig chipintern vorgenommen, da die Messung ein Vergleichen dieser Widerstandswerte mit einem Referenzwiderstandswert betrifft, der von einer Belastung unabhängig ist (z. B. einem Ohmmeter).
• Es ist jedoch typischerweise nicht ausreichend, lediglich eine einzige Belastungskomponente zu messen, weil alle Schaltungselemente typischerweise durch zumindest zwei Belastungskomponenten betroffen sind. Beispielsweise hängt die strombezogene Magnetempfindlichkeit von planaren Hall-Sensoren in (100)-Si (das häufig bei modernen CMOS-Technologien (CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor = Komplementär-Metalloxid-Halbleiter) verwendet wird) von einer linearen Kombination der Summe der normalen Belastungskomponenten in der Waferebene und der vertikalen Belastungskomponente ab, wie es in der folgenden Gleichung I gezeigt ist (wobei die x- und die y-Achse parallel zu den Kanten des Chips sind und eine z-Achse senkrecht zu dem Chip ist): $$S_t=S_{t\mathrm{,0}}\left(1+P_{12}^n\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+P_{11}^n{\sigma }_{zz}\right)$$

  
• Wobei:
• S₁ = strombezogene Magnetempfindlichkeit von Hall-Sensor;
• S₁,₀ = strombezogene Magnetempfindlichkeit von Hall-Sensor bei null Belastung;
• Pⁿ ₁₁ und Pⁿ ₁₂ = Piezo-Hall-Koeffizienten für einen n-dotierten Hall-Sensor;
• σ_xx = normale Belastungskomponente entlang der x-Achse;
• σ_yy = normale Belastungskomponente entlang der y-Achse; und
• σ_zz = normale Belastungskomponente entlang der z-Achse.
• Die strombezogene Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors ist als das Verhältnis von Ausgangsspannungsveränderung über Magnetfeldänderung und Hall-Eingangsstrom definiert, wie es in der folgenden Gleichung II gezeigt ist: $$S_{t\mathrm{,0}}=\frac{1}{I_H}\frac{\partial V_{out}}{\partial B_z}$$

  
• Wobei:
• S_1,0 = strombezogene Magnetempfindlichkeit von Hall-Sensor bei null Belastung;
• I_H = durch die Hall-Platte fließender Strom;
• V_out = Ausgangsspannung der Hall-Platte; und
• B_z = z-Komponente der Magnetflussdichte, die auf den Hall-Sensor wirkt.
• Die Piezo-Hall-Koeffizienten (z. B. Pⁿ ₁₁ und Pⁿ ₁₂) geben an, um wie viel sich die strombezogene Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors ändert, falls eine mechanische Belastung auf denselben wirkt. Bei einem n-dotierten Hall-Sensor beträgt Pⁿ ₁₁ = -88 %/GPa und Pⁿ ₁₂ = 44 %/GPa, wobei 1 GPa = 10⁹ Pa (Pascal).
• Bei Widerständen ist die Belastungsabhängigkeit komplizierter als bei Hall-Sensoren, weil bei lateralen Widerständen (d. h. der Strom fließt in der Waferebene) die exakte Ausrichtung des Widerstands eine Rolle spielt und auch Scherbelastungskomponenten den Widerstandswert beeinflussen. In dem Koordinatensystem eines Siliziumkristalls kann der belastungsbezogene Widerstandswert geschrieben werden, wie es in der folgenden Gleichung III gezeigt ist: $$\frac{1}{{\rho }_0}\left(\begin{array}{l}\mathrm{\Delta }{\rho }_{xx}\\ \mathrm{\Delta }{\rho }_{yy}\\ \mathrm{\Delta }{\rho }_{zz}\\ \mathrm{\Delta }{\rho }_{xz}\\ \mathrm{\Delta }{\rho }_{yz}\\ \mathrm{\Delta }{\rho }_{xy}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccccc}{\pi }_{11}& {\pi }_{12}& {\pi }_{12}& 0& 0& 0\\ {\pi }_{12}& {\pi }_{11}& {\pi }_{12}& 0& 0& 0\\ {\pi }_{12}& {\pi }_{12}& {\pi }_{11}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\pi }_{44}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& {\pi }_{44}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& {\pi }_{44}\end{array}\right)\left(\begin{array}{l}{\sigma }_{xx}\\ {\sigma }_{yy}\\ {\sigma }_{zz}\\ {\sigma }_{xz}\\ {\sigma }_{yz}\\ {\sigma }_{xy}\end{array}\right)$$

  
• Wobei:
• ρ0 = spezifischer elektrischer Widerstand des Materials bei null Belastung:
• Δρ = spezifischer elektrischer Wiederstand bei Belastung minus des spezifischen elektrischen Widerstands bei null Belastung, ρ0;
• n = Piezowiderstandskoeffizienten;
• σ_xx σ_yy und σ_zz = normale Belastungskomponenten; und
• σ_xz, σ_yz und σ_xy = Scherbelastungskomponenten.
• Aufgrund der kubischen Symmetrie des Kristalls werden lediglich drei Piezokoeffizienten benötigt (d. h. π_11, π₁₂ und π₄₄) . Bei n-dotierten Widerständen lauten die Werte dieser Koeffizienten wie folgt: πⁿ ₁₁ = -102,2 %/GPa, πⁿ ₁₂ = 53,4 %/GPa und πⁿ ₄₄ = -13,6 %/GPa. Bei p-dotierten Widerständen lauten diese Koeffizienten wie folgt: π^p ₁₁ = 6,6 %/GPa, π^p ₁₂ = -1,1 %/GPa, π^p ₄₄ = 138,1 %/GPa.
• Entlang der drei Hauptachsen (x, y und z) kann die Matrixgleichung, die in der obigen Gleichung III gegeben ist, umgeschrieben werden, wie es in den folgenden Gleichungen IV, V und VI gezeigt ist: $$\frac{\mathrm{\Delta }{\rho }_{xx}}{{\rho }_0}={\pi }_{11}{\sigma }_{xx}+{\pi }_{12}\left({\sigma }_{yy}+{\sigma }_{zz}\right)$$

  

  $$\frac{\mathrm{\Delta }{\rho }_{yy}}{{\rho }_0}={\pi }_{11}{\sigma }_{yy}+{\pi }_{12}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{zz}\right)$$

  

  $$\frac{\mathrm{\Delta }{\rho }_{zz}}{{\rho }_0}={\pi }_{11}{\sigma }_{zz}+{\pi }_{12}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)$$

  
• Bei zwei lateralen Widerstandsstreifen mit senkrechter Richtung, die in Reihe geschaltet sind (d. h. ein L-Layout), hängt der Gesamtwiderstandswert von der mechanischen Belastung ab, wie es in der folgenden Gleichung VII gezeigt ist: $$R_{I.}=R_{L0}\left(1+\frac{{\pi }_{11}+{\pi }_{12}}{2}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+{\pi }_{12}{\sigma }_{zz}\right)$$

  
• Wobei:
• R_L = Gesamtwiderstandswert von zwei lateralen Widerstandsstreifen;
• R_L0 = Gesamtwiderstandswert von zwei lateralen Widerstandsstreifen bei null Belastung;
• π₁₁ und π₁₂ = Piezowiderstandskoeffizienten; und
• σ_xx, σ_yy und σ_zz = normale Belastungskomponenten.
• Bei n-dotierten Widerständen gilt (πⁿ ₁₁ + πⁿ ₁₂ / 2 = -24,4 %/GPa und bei p-dotierten Widerständen gilt (π^p ₁₁ + π^p ₁₂) / 2 = 2,75 %/GPa.
• Eine vertikale Belastung (σ_zz) an einem Halbleiterchip in typischen Gehäusen ist aufgrund der flachen Schichtstruktur eines typischen Gehäuses vernachlässigbar. Die Summe der normalen Belastungskomponenten in der Ebene (σ_xx + σ_yy) ist für praktische Belastungskompensationszwecke bedeutsamer. Somit ist ein Ausführungsbeispiel auf ein Messen und Kompensieren von lediglich den normalen Belastungskomponenten in der Ebene gerichtet.
• Durch ein Verwenden von sowohl p-Typ- als auch n-Typ-Widerständen in einer integrierten Schaltung kann ein Gesamtwiderstandswert mit null Belastungsabhängigkeit erzeugt werden. Die p-Typ- und n-Typ-Widerstände umfassen jeweils zwei Widerstände oder Widerstandsstreifen der gleichen Größe, die in Reihe geschaltet sind und eine senkrechte Ausrichtung mit Bezug aufeinander aufweisen, so dass dieselben ein hierin so bezeichnetes L-Layout oder ein „Widerstand-L“ bilden. Eine Spannung, U, ist auf die zwei Widerstand-Ls kopiert, die in Reihe geschaltet sind. Mit jeder Art von Widerstand-L (d. h. n-Typ und p-Typ) kann man einen Strom (I = U / R) erzeugen, derart, dass der Strom, I, nach oben geht, falls der Widerstandswert, R, aufgrund von einer Belastung nach unten geht. Durch ein Addieren oder Subtrahieren derartiger ordnungsgemäß skalierter Ströme kann man einen jeglichen Strom mit einer jeglichen Art von Belastungsabhängigkeit erhalten. Man kann auch einen Strom konstruieren, der die inverse Belastungsabhängigkeit wie die Hall-Platte aufweist, so dass das Hall-Ausgangssignal von einer Belastung unabhängig ist, falls man die Hall-Platte mit diesem Strom versorgt. Man kann auch eine Art von Widerstand-L (z. B. p-Typ) verwenden, um einen Strom zu erzeugen, und diesen Strom der entgegengesetzten Art von Widerstand-L (z. B. n-Typ) einprägen und dadurch einen Belastungssensor herstellen (z. B. hängt die Ausgangsspannung von einer Belastung ab). Die sich ergebende Spannung weist eine starke Belastungsabhängigkeit von -24,4 - 2,75 = -27,15 %/GPa auf.
• Es gibt Probleme bei einem Verwenden von sowohl p-Typ- als auch n-Typ-Widerständen für eine Belastungsmessung und Belastungskompensation. Jeder Widerstand kann eine Prozessstreuung von +/-20 % aufweisen, falls die Dotierungskonzentration nicht sorgfältig gesteuert ist oder falls die Tiefe und die Streuungen der n-Typ- und p-Typ-Widerstände nicht korreliert sind, da n-Typ- und p-Typ-Widerstände in unterschiedlichen Prozessschritten hergestellt werden. Zusätzlich weisen n-Typ- und p-Typ-Widerstände ein unterschiedliches Temperaturverhalten auf, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung des Belastungssensors nicht nur von einer Belastung, sondern auch von einer Temperatur abhängt. Tatsächlich kann die Temperaturabhängigkeit viel größer als die Belastungsabhängigkeit sein.
• Das unterschiedliche Temperaturverhalten von n-Typ- und p-Typ-Widerständen kann für Belastungssensoren ein Problem sein. Unter der Annahme, dass beispielsweise der p-Typ-Widerstand einen Temperaturkoeffizienten von 3,3 * 10^-3/°C aufweist und der n-Typ-Widerstand einen Temperaturkoeffizienten von 5,5 * 10^-3/°C aufweist, dann weist der Belastungssensor einen Temperaturkoeffizienten von 5,5 - 3,3 = 2,2 * 10^-3/°C auf. Falls die Temperatur um bloß um 1°C steigt, erhöht sich die Ausgangsspannung um 0,22 %. Wie es oben erwähnt ist, beträgt die Belastungsabhängigkeit des Belastungssensors -27,15 %/GPa. Also erhöht eine Belastungsreduzierung von 8 MPa die Ausgabe des Belastungssensors um 0,22 %. Ein Temperatursensor kann in Kombination mit dem Belastungssensor verwendet werden, um die Temperaturabhängigkeit des Sensors zu kompensieren. Dies erhöht jedoch eine Gesamtsystemkomplexität, einen Verbrauch von Chipraum und eine Testzeit für präzise Mehrtemperaturkalibrierungsprozeduren. Da es zusätzlich sehr schwierig ist, die Übergangstemperatur mit einer Genauigkeit von 1°C zu messen, ist es auch schwierig, Belastungsveränderungen unter 8 MPa aufzulösen.
• Anstelle eines Verwendens von lateralen p-Typ- und lateralen n-Typ-Widerstand-Ls sieht ein Ausführungsbeispiel einen integrierten Belastungssensor oder ein Belastungserfassungselement vor, das ein laterales n-Typ-Widerstand-L (d. h. zwei n-Typ-Widerstandsstreifen, die in einer Ausrichtung von 90 Grad mit Bezug aufeinander positioniert und in Reihe geschaltet sind) und einen vertikalen n-Typ-Widerstand umfasst, die in einem Halbleiterchip gebildet sind. Ein vertikaler Widerstand gemäß einem Ausführungsbeispiel bedeutet einen Widerstand, bei dem der Strom vorherrschend in eine Richtung senkrecht zu der Waferebene oder Ebene des Halbleiterchips fließt. Durch Verwenden der gleichen Art von Dotierung (z. B. n-Typ) für die Widerstände werden die Temperaturprobleme von Belastungssensoren, die unterschiedliche Arten einer Widerstandsdotierungverwenden, vermieden. Die lateralen und vertikalen Widerstände wirken ansprechend auf eine Belastung unterschiedlich, da die Stromrichtung unterschiedlich ist.
• 2 ist ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Die Schaltung 100 umfasst eine Spannungsquelle 102, einen Operationsverstärker 104, einen Transistor 106, einen vertikalen n-Typ-Widerstand 108, ein laterales n-Typ-Widerstand-L 110, einen Stromspiegel 116 und eine Hall-Platte 118. Das laterale n-Typ-Widerstand-L 110 umfasst zwei laterale n-Typ-Widerstandsabschnitte oder Widerstände 112 und 114, die senkrecht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind und die miteinander und mit dem vertikalen n-Typ-Widerstand 108 in Reihe geschaltet sind.
• Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Transistor 106 ein NMOS-FET (n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor = n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Die Spannungsquelle 102 liefert eine Spannung, U, an den positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 104. Die Spannung, U, kann unter Verwendung bekannter Bandlückenprinzipien auf eine Weise erzeugt werden, die relativ konstant bezüglich einer mechanischen Belastung in dem Halbleitermaterial ist. Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 104 ist zwischen den Widerstand 108 und die Source des Transistors 106 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 104 ist mit dem Gate des Transistors 106 verbunden. Das Drain des Transistors 106 ist mit dem Eingang des Stromspiegels 116 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stromspiegel 116 ein PMOS-Stromspiegel (PMOS = p-channel metal oxide semiconductor = p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter). Der Operationsverstärker 104 und der Transistor 106 bewirken, dass die Spannung, U, auf die Source des Transistors 106 kopiert wird. Somit ist der Gesamtspannungsabfall über die Widerstände 108 und 110 gleich U. Der Spannungsabfall über den vertikalen n-Typ-Widerstand 108 ist durch V1 dargestellt und der Spannungsabfall über das laterale n-Typ-Widerstand-L 110 ist durch V2 dargestellt, also ist U gleich V1 plus V2.
• Die Schaltung 100 erzeugt einen Strom, I_H, der durch den Transistor 106 und die Widerstände 108 und 110 fließt. Der Stromspiegel 116 bewirkt, dass der Strom I_H an dem Ausgang desselben reproduziert wird, wodurch bewirkt wird, dass der Strom I_H auch durch die Hall-Platte 118 fließt. Die Hall-Platte 118 erzeugt eine Ausgangsspannung, V_H, die an Ausgangsanschlüssen 120A und 120B gemessen wird und die basierend auf der Stärke eines Magnetfelds variiert, das an die Hall-Platte 118 angelegt ist.
• Bei einem Ausführungsbeispiel ist einer oder sind mehrere der Widerstände 108 und 110 in einer n-Wanne gebildet. Da die Tiefe der n-Wanne eine Prozessstreuung aufweisen kann, wird bei einem Ausführungsbeispiel zumindest einer der zwei Widerstände 108 und 110 abgegriffen bzw. angezapft, um denselben zu trimmen. Der Pfeil über dem Widerstand 108, der in 2 gezeigt ist, gibt an, dass der Widerstandswert des Widerstands 108 variabel ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 108 getrimmt, um ein V1/V2-Verhältnis zu erreichen, das in der folgenden Gleichung VIII gegeben ist. $$\frac{V_1}{V_2}=\frac{R_{n,V}}{R_{n,L}}=\frac{P_{12}^n-\left({\pi }_{11}^n+{\pi }_{12}^n\right)\text{/}2}{{\pi }_{12}^n-P_{12}^n}\cong \frac{44-\left(-24.4\right)}{53.4-44}=7.28$$

  
• Wobei:
• R_n,V = Widerstandswert von vertikalem n-Typ-Widerstand 108;
• R_n,L = Widerstandswert von lateralem n-Typ-Widerstand-L 110;
• Pⁿ ₁₂ = Piezo-Hall-Koeffizient für einen n-dotierten Hall-Sensor; und
• πⁿ ₁₁ und πⁿ ₁₂ = Piezowiderstandskoeffizienten eines n-Typ-Widerstands.
• Wie es durch Gleichung VIII angegeben ist, weist somit der vertikale Widerstand 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Widerstandswert auf, der 7,3-Mal größer als dieser des lateralen Widerstands 108 ist. Bei diesem Verhältnis erzeugt die Schaltung 100 einen Strom I_H, der mit einer Belastung auf eine derartige Weise variiert, um die Belastungsabhängigkeit der Hall-Platte 118 aufzuheben (d. h. die Hall-Platte 118 erzeugt eine Hall- Ausgangsspannung, die unabhängig von einer Belastung ist), und die Gesamtmagnetempfindlichkeit des Hall-Sensors 100 ist bezüglich einer mechanischen Belastung konstant. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel liegt das in Gleichung VIII angegebene Verhältnis in dem Bereich von 7 bis 8,5. Das Verhältnis hängt von den numerischen Werten ab, die für die Piezokoeffizienten verwendet werden.
• Anstelle eines Schaltens des vertikalen Widerstands 108 in Reihe mit dem lateralen Widerstand-L 110, wie es in 2 gezeigt ist, sind bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Widerstände 108 und 110 parallelgeschaltet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das in Gleichung VIII angegebene Verhältnis unterschiedlich. Bei einer Form dieses Ausführungsbeispiels liegt das Verhältnis des Widerstandswerts des Widerstands 110 zu dem Widerstandswert des Widerstands 108 in dem Bereich von 4 bis 7. Das Verhältnis hängt von der lateralen Belastung (σ_xx + σ_yy) ab, die auf den Chip wirkt und hier zwischen 0 und -300 MPa angenommen wird. Eine exakte Lösung kann durch ein Nullsetzen der Ableitung der Gesamtmagnetempfindlichkeit des Hall-Sensors 100 bezüglich σ_xx + σ_yy erhalten werden. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist das laterale Widerstand-L 110 durch einen einzigen Widerstandsstreifen ersetzt, der entlang der [100]- oder [010]-Richtung an einer Position in dem Chip ausgerichtet ist, bei der eine Scherbelastung verschwindet (z. B. bei oder nahe der Mitte des Chips). Bei einer Form dieses Ausführungsbeispiels ist der einzige Widerstandsstreifen in einem Abstand von T oder mehr von der nächsten. Kante des Chips positioniert, wobei T die Dicke des Chips ist.
• 3 ist ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung 200 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt. Die Schaltung 200 umfasst eine erste Spannungsquelle 202, einen ersten Operationsverstärker 204, einen ersten Transistor 206, ein laterales n-Typ-Widerstand-L 208, einen Stromspiegel 214, eine zweite Spannungsquelle 216, einen zweiten Operationsverstärker 218, einen zweiten Transistor 220, einen vertikalen n-Typ-Widerstand 222 und eine Hall-Platte 224. Das laterale n-Typ-Widerstand-L 208 umfasst zwei laterale n-Typ-Widerstandsabschnitte oder Widerstände 210 und 212, die senkrecht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind und die miteinander in Reihe geschaltet sind.
• Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 206 und 220 NMOS-FETs. Die Spannungsquelle 202 liefert eine Spannung, U, an den positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 204. Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 204 ist zwischen den Widerstand 208 und die Source des Transistors 206 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 204 ist mit dem Gate des Transistors 206 verbunden. Das Drain des Transistors 206 ist mit einem ersten Eingang (Input1 = Eingang1) des Stromspiegels 214 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stromspiegel 214 ein PMOS-Stromspiegel. Der Operationsverstärker 204 und der Transistor 206 bewirken, dass die Spannung, U, zu der Source des Transistors 206 kopiert wird. Somit ist der Gesamtspannungsabfall über den Widerstand 208 gleich U.
• Die Spannungsquelle 216 liefert eine Spannung, U, zu dem positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 218. Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 218 ist zwischen den Widerstand 222 und die Source des Transistors 220 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 218 ist mit dem Gate des Transistors 220 verbunden. Das Drain des Transistors 220 ist mit einem zweiten Eingang (Input2 = Eingang2) des Stromspiegels 214 verbunden. Der Operationsverstärker 218 und der Transistor 220 bewirken, dass die Spannung, U, zu der Source des Transistors 220 kopiert wird. Somit ist der Gesamtspannungsabfall über den Widerstand 222 gleich U.
• Die Schaltung 200 erzeugt einen ersten Strom, I1, der durch den Transistor 206 und den Widerstand 208 fließt. Der Betrag des ersten Stroms, I1, ist gleich der Spannung, U, geteilt durch die Widerstandswerte der Widerstände 210 und 212. Die Schaltung 200 erzeugt einen zweiten Strom, I2, der durch den Transistor 220 und den Widerstand 222 fließt. Der Betrag des zweiten Stroms, I2, ist gleich der Spannung, U, geteilt durch den Widerstandswert des Widerstands 222. Der Stromspiegel 214 bewirkt, dass ein Strom I_H an dem Ausgang desselben erzeugt wird, der durch die Hall-Platte 224 fließt. Der Strom I_H gemäß einem Ausführungsbeispiel ist gleich der Summe der ersten zwei Ströme I1 und I2. Die Hall-Platte 224 erzeugt eine Ausgangsspannung, V_H, die an Ausgangsanschlüssen 226A und 226B gemessen wird und die basierend auf der Stärke eines Magnetfelds variiert, das an die Hall-Platte 224 angelegt ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Strom I_H durch die folgende Gleichung IX gegeben: $${\text{I}}_{\text{H}}=\text{I}1+\text{x*I}2$$

  
• Wobei:
• x = Skalierungsfaktor.
• Wie es durch die Linie über den zweiten Eingang des Stromspiegels 214 angegeben ist, ist der Strom I2 variabel. Der Skalierungsfaktor, x, kann durch Parallelschalten eines PMOS-Eingangstransistors mit dem zweiten Eingang des Stromspiegels 214 fein getrimmt werden, um den Strom I2 einzustellen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann anstelle des Trimmens des Stromspiegels 214 die Spannung an dem positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 204 oder 218 getrimmt werden.
• Bei einem Ausführungsbeispiel wird der zweite Strom, I2, getrimmt, um einen Strom I_H zu erzeugen, der mit einer Belastung auf eine derartige Weise variiert, um die Belastungsabhängigkeit der Hall-Platte 224 aufzuheben, und derart, dass die Gesamtmagnetempfindlichkeit des Hall-Sensors 200 mit Bezug auf eine mechanische Belastung konstant ist. Das Kopieren von Spannungen aus zwei unterschiedlichen Spannungsquellen 202 und 216 auf die zwei unterschiedlichen Widerstände 208 und 222 und ein Mischen der zwei Ströme I1 und I2, um den Hall-Strom, I_H, zu erzeugen, wie es in 3 gezeigt und oben beschrieben ist, ist ähnlich dem Parallelschalten der Widerstände 108 und 110 (in 2 gezeigt).
• 4 ist ein Blockdiagramm, das eine belastungsunempfindliche integrierte Hall-Sensorschaltung 300 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel darstellt. Die Schaltung 300 umfasst eine Spannungsquelle 302, einen Operationsverstärker 304, einen Transistor 306, ein laterales n-Typ-Widerstand-L 308, einen Stromspiegel 314, einen vertikalen n-Typ-Widerstand 318, eine Hall-Platte 320 und eine Steuerung 324. Das laterale n-Typ-Widerstand-L 308 umfasst zwei laterale n-Typ-Widerstandsabschnitte oder Widerstände 310 und 312, die senkrecht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind und die miteinander in Reihe geschaltet sind.
• Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Transistor 306 ein NMOS-FET. Die Spannungsquelle 302 liefert eine Spannung, U, an den positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 304. Der negative Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 304 ist zwischen den Widerstand und die Source des Transistors 306 geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 304 ist mit dem Gate des Transistors 306 verbunden. Das Drain des Transistors 306 ist mit dem Eingang des Stromspiegels 314 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Stromspiegel 314 ein PMOS-Stromspiegel. Der Operationsverstärker 304 und der Transistor 306 bewirken, dass die Spannung, U, zu der Source des Transistors 306 kopiert wird. Somit ist der Gesamtspannungsabfall über den Widerstand 308 gleich U.
• Die Schaltung 300 erzeugt einen ersten Strom, I1, der durch den Transistor 306 und den Widerstand 308 fließt. Der Betrag des ersten Stroms, I1,ist gleich der Spannung, U, geteilt durch die Widerstandswerte der Widerstände 310 und 312. Der Stromspiegel 314 bewirkt, dass ein Strom I2 an dem ersten Ausgang (Outputl = Ausgang1) desselben erzeugt wird, der durch den Widerstand 318 fließt. Der Stromspiegel 314 bewirkt, dass ein Strom I_H an dem zweiten Ausgang (Output2 = Ausgang2) desselben erzeugt wird, der durch die Hall-Platte 320 fließt. Die Hall-Platte 320 erzeugt eine Ausgangsspannung, V_H, die an Ausganganschlüssen 322A und 322B gemessen wird und die basierend auf der Stärke eines Magnetfelds variiert, das an die Hall-Platte 320 angelegt ist.
• Der Strom I2, der durch den Widerstand 318 fließt, führt zu einem Spannungsabfall, Vstress (VBelastung), über den Widerstand 318. Die Spannung, Vstress, ist nicht sehr empfindlich für eine Temperatur, aber ist empfindlich für eine mechanische Belastung. Somit gibt die Spannung, Vstress, den Pegel einer Belastung an der Schaltung 300 an. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Ausgangsanschluss 316 mit einer Steuerung 324 verbunden, die die Spannung, Vstress, kontinuierlich misst und digitalisiert, um digitale Belastungswerte zu liefern, die den Pegel einer mechanischen Belastung an der Schaltung 300 angeben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerung 324 auch mit den Ausgangsanschlüssen 322A und 322B der Hall-Platte gekoppelt, und die Steuerung 324 misst und digitalisiert die Hall-Ausgangsspannung, VH, kontinuierlich. Die Steuerung 324 kompensiert dann die digitalen Hall-Ausgangswerte basierend auf den digitalen Belastungswerten und gibt kompensierte Hall-Ausgangswerte 326 aus. Die Belastungskompensation hebt die Belastungsabhängigkeit der Hall-Platte 320 auf, derart, dass die Gesamtmagnetempfindlichkeit des Hall-Sensors 300 mit Bezug auf eine mechanische Belastung konstant ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerung 324 einen Speicher 328, der Kalibrierungsdaten 330 speichert. Bei einem Ausführungsbeispiel führt die Steuerung 324 die Belastungskompensation basierend auf den gespeicherten Kalibrierungsdaten 330 durch. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Speicher 328 ein EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory = elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher).
• Falls die Temperaturabhängigkeit der lateralen Widerstände 310 und 312 und des vertikalen Widerstands 318 unterschiedlich ist (z. B. möglicherweise, weil keine identischen Wannen verwendet werden oder die Widerstände unterschiedliche Kontaktwiderstandswerte aufweisen), kann die unterschiedliche Temperaturabhängigkeit durch ein Entwerfen des Temperaturkoeffizienten der Eingangsspannung, U, in entsprechender Weise kompensiert werden. Ferner kann der Stromspiegel 314 an dem ersten Ausgang (wie es durch die Linie über den ersten Ausgang in 4 gezeigt ist) oder an dem Eingang getrimmt werden.
• Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Widerstand-L 308 für die Stromvorspannung der Hall-Platte 320 verwendet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der vertikale n-Typ-Widerstand 318 verwendet, um den Strom durch die Hall-Platte 320 zu definieren (z. B. durch ein Austauschen der Widerstände 308 und 318).
• 5 ist ein Blockdiagramm, das eine integrierte Belastungssensorschaltung 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Die Schaltung 400 umfasst eine Spannungsquelle 402, vertikale n-Typ-Widerstände 404 und 422, laterale n-Typ-Widerstand-Ls 408 und 414 und eine Steuerung 424. Das laterale n-Typ-Widerstand-L 408 umfasst zwei laterale n-Typ-Widerstandsabschnitte oder Widerstände 410 und 412, die senkrecht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind und die miteinander und mit dem vertikalen n-Typ-Widerstand 404 in Reihe geschaltet sind. Das laterale n-Typ-Widerstand-L 414 umfasst zwei laterale n-Typ-Widerstandsabschnitte oder Widerstände 416 und 418, die senkrecht mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind und die miteinander und mit dem vertikalen n-Typ-Widerstand 422 in Reihe geschaltet sind. Die Konfiguration der Schaltung 400 wird als eine H-Brücke bezeichnet.
• Die Widerstände 404 und 408 sind mit den Widerständen 414 und 422 parallel geschaltet. Die Spannungsquelle 402 erzeugt eine Spannung, U, die über die Widerstände 404 und 408 sowie über die Widerstände 414 und 422 abfällt. Der Strom, der durch die Widerstände 404, 408, 414 und 422 fließt, führt zu einer Spannungsdifferenz, V_stress, zwischen Ausgangsanschlüssen 406 und 420. Die Spannung, V_stress, ist nicht sehr empfindlich für eine Temperatur, aber ist empfindlich für eine mechanische Belastung. Somit gibt die Spannung, V_stress, den Pegel an Belastung an der Schaltung 400 an. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausgangsanschlüsse 406 und 420 mit einer Steuerung 424 verbunden, die die Spannung, V_stress, kontinuierlich misst und digitalisiert, um digitale Belastungswerte zu liefern, die den Pegel einer mechanischen Belastung an der Schaltung 400 angeben. Bei einem Ausführungsbeispiel ist vor einem normalen Betrieb die Schaltung 400 konfiguriert, um eine Ausgangsspannung, V_stress, von null bei einem Referenzbelastungspegel zu erzeugen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Steuerung 424 einen Speicher 426, der Kalibrierungsdaten 428 speichert. Bei einem Ausführungsbeispiel führt die Steuerung 424 eine digitale Belastungskompensation, wie beispielsweise eine Kompensation von Hall-Ausgangsspannungen, basierend auf den gespeicherten Kalibrierungsdaten 428 durch. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Speicher 426 ein EEPROM.
• 6 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines vertikalen Widerstands 500 gemäß, einem Ausführungsbeispiel darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der vertikale Widerstand 500 unter Verwendung einer BiCMOS-Technologie (BiCMOS = Bipolar-CMOS) hergestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die vertikalen Widerstände 108, 222, 318, 404 und 422 auf die gleiche Weise wie der vertikale Widerstand 500 aufgebaut. Der vertikale Widerstand 500 umfasst N+-Source/Drain-Diffusionsregionen 502 und 506 (N+/S/D-Diffusionsregionen), eine p-dotierte Isolationsregion 504, n-dotierte Epitaxieschichten 508 und 510 (n-epi-Schichten), eine N-dotierte vergrabene Schicht 512 (N-BL-Schicht; BL = buried layer) und Gräben 514 und 516. Die Pfeile in 6 zeigen die Richtung eines Stromflusses durch den Widerstand 500. Der Strom beginnt in der N+/S/D 502 und fließt vertikal nach unten durch die n-epi-Schicht 508 hindurch und tritt in die N-BL-Schicht 512 ein. Der Strom fließt horizontal in der N-BL-Schicht 512 und tritt in die n-epi-Schicht 510 ein. Der Strom fließt dann vertikal nach oben durch die n-epi-Schicht 510 und tritt in die N+/S/D 506 ein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die N-BL-Schicht 512 stark dotiert und weist deshalb einen geringen Widerstandswert und kleine Piezokoeffizienten auf und wirkt im Wesentlichen wie eine Masseebene. Da die N-BL-Schicht 512 einen geringen Widerstandswert aufweist, trägt dieser laterale Weg für den Strom nicht viel zu der Belastungsabhängigkeit des vertikalen Widerstands 500 bei und beinahe die gesamte Belastungsabhängigkeit kommt von dem vertikalen Weg des Stroms. Die Gräben 514 und 516 liefern eine laterale Isolation der N-BL-Schicht 512. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Gräben 514 und 516 tiefe Polysiliziumgräben oder tiefe p-Diffusionen.
• Viele der Widerstandsstrukturen 500 können in Reihe geschaltet sein, um den Gesamtwiderstandswert auf irgendeinen erwünschten Wert zu erhöhen. Anstelle der n-epi-Schichten 508 und 510, die bei einem Ausführungsbeispiel verwendet werden, wird bei einem anderen Ausführungsbeispiel eine spezielle n-Hall-Dotierung oder eine Standard-n-CMOS-Mulde verwendet.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Belastungserfassungstechniken. Ein Ausführungsbeispiel erfasst eine mechanische Belastung unter Verwendung zumindest eines leteralen n-Typ-Widerstand-L und zumindest eines vertikalen n-Typ-Widerstands. Der Widerstandswert des lateralen Widerstand-L wird mit dem Widerstandswert des vertikalen Widerstandswerts verglichen. Das Verhältnis hängt primär von einer mechanischen Belastung und lediglich zu einem minimalen Betrag von einer Temperatur ab. Vertikale und laterale n-Typ-Widerstände weisen das gleiche Temperaturverhalten auf, falls die gleichen Mulden verwendet werden. Falls die Dotierungskonzentration der Mulden leicht unterschiedlich ist, verändert dies den Temperaturkoeffizienten lediglich mäßig. Falls identische Mulden für beide Widerstände verwendet werden, weist der Belastungssensor eine konstante Ausgangsspannung bei null Belastung auf.
• Ein vertikaler Widerstand ist viel empfindlicher für eine mechanische Belastung als ein laterales Widerstand-L und viel empfindlicher als eine Hall-Platte. Der Widerstandswert eines vertikalen Widerstands hängt von einer mechanischen Belastung ab, wie es in der folgenden Gleichung X gezeigt ist: $$R_V=R_{V0}\left(1+{\pi }_{12}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+{\pi }_{11}{\sigma }_{zz}\right)$$

  
• Wobei:
• Rv = Widerstandswert von vertikalem Widerstand;
• R_v0 = Widerstandswert von vertikalem Widerstand bei null Belastung;
• π₁₁ und π₁₂ = Piezowiderstandskoeffizienten; und
• σ_xx, σ_yy und σ_zz = normale Belastungskomponenten.
• Ein laterales Widerstand-L weist eine Belastungsabhängigkeit von -24,4 %/GPa auf, während ein vertikaler Widerstand eine Belastungsabhängigkeit von 53,4 %/GPa aufweist, beinahe das Doppelte der Belastungsabhängigkeit des lateralen Widerstand-L. Durch ein Kopieren einer Spannung auf ein laterales n-Typ-Widerstand-L, um einen Strom zu erzeugen, und ein Injizieren dieses Stroms in einen vertikalen n-Typ-Widerstand (siehe z. B. 4 und entsprechende Beschreibung) weist somit die Ausgangsspannung (V_stress) eine Belastungsempfindlichkeit von 24,4 + 53,4 = 77,8 %/GPa auf, was beinahe dreimal größer als bei einigen bekannten Belastungssensoren ist. Ein Ausführungsbeispiel sieht eine integrierte Hall-Sensorschaltung mit einer stabilen Magnetempfindlichkeit vor, die besser als 1 % ist, wenn in einem Standardgehäuse mit einer Umgebungsfeuchtigkeit gemessen und verglichen mit einem trockenen Gehäuse (d. h. nach einem Ausbacken in einem Ofen bei mehr als 100°C für eine Stunde).
• Zusätzlich verwenden sowohl die lateralen als auch die vertikalen Widerstände gemäß einem Ausführungsbeispiel die gleiche Art von Leitern (d. h. Elektronen im Gegensatz zu Löchern). Die zwei Arten von Widerständen verwenden bei einem Ausführungsbeispiel auch die gleichen oder zumindest sehr ähnlichen Mulden, die durch die gleichen Herstellungsschritte hergestellt sind. Falls deshalb die Dotierungskonzentration etwas zu hoch oder zu niedrig ist, beeinflusst dieselbe beide Widerstände auf identische Weise und lässt das Verhältnis derselben unverändert.
• Um einen ordnungsgemäßen Betrieb vor Ort sicherstellen zu helfen, sollte ein Belastungssensor vor einem normalen Betrieb kalibriert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine Belastungskompensation bei einer integrierten Hall-Sensorschaltung gemäß der folgenden Gleichung XI durchgeführt: $$H_c\left(T,\sigma \right)=\frac{H\left(T,\sigma \right)}{1+EPC\left(T,{\sigma }_{ref}\right)\left(S\left(T,\sigma \right)-S\left(T,{\sigma }_{ref}\right)\right)}$$

  
• Wobei:
• H_c = Hall-Signal nach Belastungskompensation;
• T = Temperatur;
• σ = Belastung;
• H = unkompensiertes (rohes) Hall-Signal;
• EPC = wirksamer Piezokoeffizient;
• σ_ref = Referenzbelastung; und
• S = Belastungssensorsignal.
• Wenn die drei normalen Belastungskomponenten (σ_xx, σ_yy und σ_zz) einbezogen werden, wird Gleichung XI zu der folgenden Gleichung XII: $$\begin{array}{l}{H}_c\left(T,{\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy},{\sigma }_{zz}\right)=\\ \frac{H\left(T,{\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy},{\sigma }_{zz}\right)}{1+EPC\left(T,{\sigma }_{xx,ref}+{\sigma }_{yy,ref},{\sigma }_{zz,ref}\right)\left(S\left(T,{\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy},{\sigma }_{zz}\right)-S\left(T,{\sigma }_{xx,ref}+{\sigma }_{yy,ref},{\sigma }_{zz,ref}\right)\right)}\end{array}$$

  
• Um Gleichung XI (oder Gleichung XII) auszuwerten, muss sich die integrierte Schaltung zu der Zeit einer Kalibrierung (d. h. die Referenzbelastung über den gesamten Temperaturbereich) an das Belastungssignal S(T, σ_ref) „erinnern“. Bei einem Ausführungsbeispiel wird, nachdem die integrierte Schaltung gehäust ist, der Chip über den gesamten Temperaturbereich geprüft und wird eine Anpassung zweiter Ordnung des Belastungssignals als ein Teil der Kalibrierungsdaten 330 oder 428 in dem chipinternen Speicher 328 oder 426 gespeichert.
• Der wirksame Piezokoeffizient (EPC) in Gleichungen XI und XII ist ein Kalibrierungsparameter, der von den Piezokoeffizienten der Hall-Platte und der Widerstände des Belastungssensors und von der Referenzbelastung abhängt. Es ist erwünscht, einen genauen Wert für den EPC zu haben, um eine hohe Qualität einer Belastungskompensation sicherstellen zu helfen. Ein Verfahren zum Bestimmen des EPC für eine integrierte Schaltung ist unten detaillierter beschrieben.
• Das Signal eines Belastungssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine Belastungsabhängigkeit auf, wie es in der folgenden Gleichung XIII angegeben ist: $$\frac{R_V^{\left(n\right)}}{R_L^{\left(n\right)}}=\frac{R_V^{\left(n\right)}}{R_{L1}^{\left(n\right)}+R_{L2}^{\left(n\right)}}\propto \frac{1+{\pi }_{12}^{\left(n\right)}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+{\pi }_{11}^{\left(n\right)}{\sigma }_{zz}}{1+\frac{{\pi }_{11}^{\left(n\right)}+{\pi }_{12}^{\left(n\right)}}{2}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+{\pi }_{12}^{\left(n\right)}{\sigma }_{zz}}\approx 1+q_1\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)-q_2{\sigma }_{zz}$$

  
• Wobei:
• R_V ⁽ⁿ⁾ = Widerstandswert von vertikalem n-Typ-Widerstand;
• R_L ⁽ⁿ⁾ = Widerstandswert von lateralem n-Typ-Widerstand-L;
• R_L,1 ⁽ⁿ⁾ = Widerstandswert von erstem Widerstand oder Widerstandsabschnitt des lateralen n-Typ-Widerstand-L, R_L ⁽ⁿ⁾;
• R_L,2 ⁽ⁿ⁾ = Widerstandswert von zweitem Widerstand oder Widerstandsabschnitt des lateralen n-Typ-Widerstand-L, R_L ⁽ⁿ⁾;
• πⁿ ₁₁ und πⁿ ₁₂ = Piezowiderstandskoeffizienten von n-Typ-Widerstand;
• σ_xx, σ_yy und σ_zz = normale Belastungskomponenten;
• q₁ = 77,8 %/GPa; und
• q₂ = 155,6 %/GPa.
• Die Magnetempfindlichkeit der Hall-Platte gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine Belastungsabhängigkeit auf, wie es in der folgenden Gleichung XIV gegeben ist: $$\frac{S_I^{\left(n\right)}}{R_{I.}^{\left(n\right)}}\propto \frac{1+P_{12}^{\left(n\right)}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+P_{11}^{\left(n\right)}{\sigma }_{zz}}{1+\frac{{\pi }_{11}^{\left(n\right)}+{\pi }_{12}^{\left(n\right)}}{2}\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)+{\pi }_{12}^{\left(n\right)}{\sigma }_{zz}}\approx 1+q_3\left({\sigma }_{xx}+{\sigma }_{yy}\right)-q_4{\sigma }_{zz}$$

  
• Wobei:
• S_i ⁽ⁿ⁾ = strombezogene Magnetempfindlichkeit von n-dotiertem Hall-Sensor;
• R_L ⁽ⁿ⁾ = Widerstandswert von lateralem n-Typ-Widerstand-L;
• P⁽ⁿ⁾ ₁₁ und P⁽ⁿ⁾ ₁₂ = Piezo-Hall-Koeffizienten für einen n-dotierten Hall-Sensor;
• π⁽ⁿ⁾ ₁₁ und π⁽ⁿ⁾ ₁₂ = Piezowiderstandskoeffizienten eines n-Typ-Widerstands;
• σ_xx, σ_yy und σ_zz = normale Belastungskomponenten;
• q₃ = -69,0 %/GPa; und
• q₄ = -141,4 %/GPa.
• In den Gleichungen XIII und XIV weisen die q-Koeffizienten die folgenden Werte auf: q₁ = 77,8 %/GPa, q₂ = 155,6 %/GPa, q₃ = -69,0 %/GPa, und q₄ = -141,4 %/GPa. Somit gilt bei einem Fehler von lediglich 2,5 % die Näherung in der folgenden Gleichung XV: $$q_3\text{/}{q}_1\cong q_4\text{/}{q}_2$$

  
• Wie es die obigen Gleichungen angeben, ist die Beziehung zwischen einer Belastungssensorausgabe und einer Magnetempfindlichkeit der Hall-Platte die gleiche für eine normale Belastung in der Ebene (σ_xx + σ_yy) und eine normale Belastung außerhalb der Ebene (d. h. vertikal) (σ_zz). Somit kann der EPC, der in Gleichung XII gegeben ist, durch ein Ausüben zweier unterschiedlicher Druckpegel normal zu der Gehäuseoberfläche der integrierten Schaltung und ein Anlegen eines Magnetfelds an die integrierte Schaltung während des Tests berechnet werden, während der Belastungssensor und der Hall-Sensor ausgelesen werden. Dieser Prozess ist unten mit Bezug auf 7 - 9 detaillierter beschrieben.
• Wie es oben erwähnt ist, ist eine vertikale Belastung (σ_zz) an einem Halbleiterchip bei typischen Gehäusen aufgrund der flachen Schichtstruktur eines typischen Gehäuses vernachlässigbar, und deshalb misst und kompensiert ein Ausführungsbeispiel lediglich die normale Belastungskomponenten in der Ebene (σ_xx + σ_yy). Der EPC-Wert hängt von den Referenzwerten für diese Belastungskomponenten ab. Es ist jedoch schwierig, einen Druck in der Ebene an ein Gehäuse anzulegen, ohne der Zuverlässigkeit oder Unversehrtheit des Gehäuses Schaden zuzufügen. Aufgrund der Beziehung zwischen Belastung in der Ebene und einer vertikalen Belastung, wie es oben erörtert ist, kann ein EPC-Wert durch ein Anlegen einer (vertikalen) Belastung außerhalb der Ebene bestimmt werden und dieser EPC-Wert kann dann verwendet werden, um eine Belastung in der Ebene zu kompensieren.
• 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 zum Berechnen eines wirksamen Piezokoeffizienten (EPC) einer integrieren Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Das Verfahren 600 wird mit Bezug auf eine integrierte Hall-Sensorschaltung beschrieben, die einen Belastungssensor umfasst, obwohl das Verfahren 600 auch auf andere Arten integrierter Schaltungen anwendbar ist. Bei 602 des Verfahrens 600 wird ein Magnetfeld an die integrierte Schaltung angelegt. Schritte 604 - 610 des Verfahrens 600 werden dann durchgeführt, während das Magnetfeld angelegt ist. Bei 604 wird ein erster Druckpegel extern an die integrierte Schaltung normal zu der Ebene der integrierten Schaltung (z. B. auf die Vorder- oder Rückseite des Gehäuses der integrierten Schaltung) angelegt. Es kann erwünscht sein, bei 604 einen Druck von 0 anzulegen, da es nützlich ist, Messungen bei einer normalen Referenzbelastung von null (d. h. σ_zz = 0) durchzuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird somit der Schritt 604 übersprungen. In bestimmten Fällen jedoch muss eventuell ein geringer Druck angelegt werden (z. B. um die Position des Abtastwerts mit Bezug auf ein Magnetfeld zu definieren).
• Bei 606 werden die Ausgabe (S1) des Belastungssensors und die Magnetempfindlichkeit (H1) der integrierten Schaltung gemessen, während der erste Druckpegel angelegt wird. Bei 608 wird ein zweiter Druckpegel extern an die integrierte Schaltung normal zu der Ebene der integrierten Schaltung angelegt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Druckpegel groß genug, um eine erhebliche Veränderung einer Magnetempfindlichkeit zu erzeugen (um dieselbe präzise messen zu können), doch niedrig genug, um die mechanische Unversehrtheit des Gehäuses der integrierten Schaltung nicht zu gefährden. Da die Hall-Platte bei einem Ausführungsbeispiel mit zumindest 88 %/GPa anspricht, ist es vernünftig, 23 MPa bei 608 anzulegen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse der integrierten Schaltung Abmessungen von 4 mm × 4 mm × 1 mm auf. Somit weist die integrierte Schaltung eine Querschnittsfläche von 16 mm² auf, und die externe Kraft, die bei 608 angelegt wird, beträgt 368 N. Es ist erwünscht, eine homogene Belastung an das Sensorgehäuse bei 604 und 608 anzulegen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird somit der externe Druck bei 604 und 608 mit einem Stempel mit einer flachen Oberfläche angelegt, der auf die Gehäuseoberfläche gedrückt wird, um eine Kraft zu erzeugen, die senkrecht zu der Oberfläche ist. Der Stempel bedeckt bei einem Ausführungsbeispiel die vollständige Oberfläche des Gehäuses oder zumindest diesen Teil des Chips, der alle relevanten Bauelemente für die Belastungskompensationsschaltung umfasst.
• Bei 610 werden die Ausgabe (S2) des Belastungssensors und die Magnetempfindlichkeit (H2) der integrierten Schaltung gemessen, während der zweite Druckpegel angelegt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur während der Messungen bei 606 und 610 konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten.
• Bei 612 wird der EPC der integrierten Schaltung basierend auf den Werten von H1, H2, S1 und S2 bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der EPC gemäß der folgenden Gleichung XVI berechnet: $$\text{EPC}=\left(\text{H2/H}1-1\right)\text{/}\left(\text{S}2-\text{S}1\right)$$

  
• Bei 614 wird der EPC-Wert, der bei 612 berechnet wurde, in einem chipinternen Speicher innerhalb der integrierten Schaltung gespeichert und wird durch die integrierte Schaltung verwendet, um eine mechanische Belastung in der Ebene in der integrierten Schaltung zu kompensieren.
• Zusätzlich dazu, dass dasselbe auf eine integrierte Hall-Sensorschaltung mit einem lateralen Widerstand-L und einem vertikalen Widerstand anwendbar ist, wie es beispielsweise in 4 gezeigt ist, ist das Verfahren 600 auch auf andere Arten von Sensoren oder Schaltungen anwendbar, die für eine mechanische Belastung empfindlich sind, und mit Belastungsempfindlichkeiten, die der in Gleichung XV oben angegebenen Regel folgen. Einige wenige Beispiele umfassen Konstantstromreferenzen, Temperatursensoren, Bandlückenschaltungen und chipinterne Oszillatoren.
• 8 ist ein Diagramm, das einen Graphen 700 einer Belastungssensorausgabe und einer normierten Magnetempfindlichkeit einer integrierten Hall-Sensorschaltung bei einer Mehrzahl von unterschiedlichen Druckpegeln gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Die in dem Graphen 700 gezeigten Daten wurden bei Raumtemperatur gemessen. Die horizontale Achse des Graphen 700 stellt die Zeit (in Minuten) dar. Die linke vertikale Achse stellt die negative Veränderung der Belastungssensorausgabe (in Einheiten eines niederstwertigen Bits (LSB, LSB = Least Significant Bit)) dar und die rechte vertikale Achse stellt eine normierte Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors dar. Ein Druck wurde an die integrierte Schaltung in Schritten von Null bis zu einem Maximalwert angelegt und in Schritten herunter zu Null verringert, und die Belastungssensorausgabe veränderte sich entsprechend, wie es durch eine Kurve 702 gezeigt ist. Der Belastungssensor sprach auf den angelegten Druck durch eine Veränderung in einem Ausgangscode zwischen 0 und -730 LSB an. Wie es durch eine Kurve 704 gezeigt ist, veränderte sich die Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors während des Tests um etwa 7 %.
• 9 ist ein Diagramm, das einen Graphen 800 einer normierten Magnetempfindlichkeit über einer Belastungssensorausgabe unter Verwendung der Daten aus 8 darstellt. Die vertikale Achse stellt eine normierte Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors dar und die horizontale Achse stellt die negative Veränderung der Belastungssensorausgabe (in Einheiten von niederstwertigen Bits (LSB)) dar. Der Graph 800 zeigt, dass es eine hervorragende Korrelation zwischen Belastungssensorausgabe und Magnetempfindlichkeit gibt. Wie es in dem Graphen 800 gezeigt ist, liegen die Daten entlang einer Linie 802. Die Gleichung für die Linie lautet y = 9,49E-05x + 9,92E-01. Die Steigung der Linie 802 ist der EPC der integrierten Hall-Sensorschaltung (d. h. der EPC ist gleich etwa -95 ppm/LSB).

Claims (23)

1. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400), die folgende Merkmale aufweist: einen Halbleiterchip; ein Belastungserfassungselement, das einen ersten lateralen Widerstand (110) und einen ersten vertikalen Widerstand (108) aufweist, wobei das Verhältnis des Widerstandswerts des ersten lateralen Widerstands und des Widerstandswerts des ersten vertikalen Widerstands von einer mechanischen Belastung abhängt, wobei das Belastungserfassungselement in dem Halbleiterchip gebildet ist und konfiguriert ist, um basierend auf dem Verhältnis der Widerstandswerte des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands einen Pegel von zumindest einer mechanischen Belastungskomponente innerhalb des Halbleiterchips anzugeben.
2. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, bei der der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand beides n-Typ-Widerstände sind, und wobei der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand eine gleiche Dotierungskonzentration aufweisen.
3. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 2, bei der der erste laterale Widerstand in einem L-Layout konfiguriert ist.
4. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand in Reihe geschaltet sind.
5. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand parallel geschaltet sind.
6. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) eine integrierte Hall-Sensorschaltung ist.
7. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Belastungserfassungselement ein Belastungssignal erzeugt, das den Pegel der zumindest einen Belastungskomponente angibt.
8. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 7, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Steuerung (324) zum Kompensieren eines Ausgangssignals der integrierten Schaltung basierend auf dem Belastungssignal.
9. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 8, bei der die Steuerung konfiguriert ist, um das Ausgangssignal digital zu kompensieren.
10. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Operationsverstärker (104) und einen Transistor (106), die verschaltet sind, um eine Source-Spannung des Transistors an zumindest einen des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands anzulegen.
11. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 10, bei der der erste laterale Widerstand (110) und der erste vertikale Widerstand (108) miteinander in Reihe geschaltet sind und bei der eine Summe eines Spannungsabfalls über den ersten lateralen Widerstand und eines Spannungsabfalls über den ersten vertikalen Widerstand gleich der Source-Spannung des Transistors ist.
12. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Operationsverstärker (204) und einen ersten Transistor (206), die verschaltet sind, um eine erste Source-Spannung des ersten Transistors an den ersten lateralen Widerstand anzulegen; und einen zweiten Operationsverstärker (218) und einen zweiten Transistor (220), die verschaltet sind, um eine zweite Source-Spannung des zweiten Transistors an den ersten vertikalen Widerstand anzulegen.
13. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen Operationsverstärker (304) und einen Transistor (306), die verschaltet sind, um eine Source-Spannung des Transistors an den ersten lateralen Widerstand anzulegen; und einen Strornspiegel (314), der konfiguriert ist, um einen Strom durch den ersten lateralen Widerstand auf den ersten vertikalen Widerstand zu spiegeln.
14. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten lateralen Widerstand (414) und einen zweiten vertikalen Widerstand (422).
15. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 14, bei der der erste laterale Widerstand mit dem ersten vertikalen Widerstand in Reihe geschaltet ist und bei der der zweite laterale Widerstand mit dem zweiten vertikalen Widerstand in Reihe geschaltet ist.
16. Integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) gemäß Anspruch 15, bei der der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand mit dem zweiten lateralen Widerstand und dem zweiten vertikalen Widerstand parallel geschaltet sind.
17. Verfahren zum Kompensieren einer mechanischen Belastung in einer integrierten Hall-Sensor-Schaltung (100; 200; 300; 400), die einen Hall-Sensor aufweist, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines integrierten Belastungserfassungselements in der integrierten Schaltung (100; 200; 300; 400), wobei das Belastungserfassungselement einen ersten lateralen Widerstand (110) und einen ersten vertikalen Widerstand (108) aufweist, wobei das Verhältnis des Widerstandswerts des ersten lateralen Widerstands und des Widerstandswerts des ersten vertikalen Widerstands von einer mechanischen Belastung abhängt; Anlegen einer Spannung über zumindest einen des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands, wodurch zumindest ein Strom durch zumindest einen des ersten lateralen Widerstands und des ersten vertikalen Widerstands erzeugt wird; und Erzeugen eines belastungsunempfindlichen Ausgangssignals des Hall-Sensors basierend auf dem zumindest einen Strom.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem der erste laterale Widerstand und der erste vertikale Widerstand beides n-Typ-Widerstände sind.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die integrierte Schaltung (100; 200; 300; 400) eine integrierte Hall-Sensorschaltung ist.
20. Verfahren zum Bestimmen eines Kalibrierungsparameters für eine Verwendung bei einem Kompensieren einer lateralen mechanischen Belastung auf das Ausgangssignal eines Hall-Sensors in einer integrierten Hall-Sensor-Schaltung (100; 200; 300; 400), das folgende Schritte aufweist: Anlegen eines Magnetfelds an die integrierte Hall-Sensor-Schaltung (100; 200; 300; 400), wobei die integriert Hall-Sensor-Schaltung einen Belastungssensor aufweist, der einen ersten lateralen Widerstand (110) und einen ersten vertikalen Widerstand (108) aufweist, wobei das Verhältnis des Widerstandswerts des ersten lateralen Widerstands und des Widerstandswerts des ersten vertikalen Widerstands von einer mechanischen Belastung abhängt; Anlegen eines ersten vertikalen Druckpegels normal zu einer Ebene der integrierten Hall-Sensor-Schaltung (100; 200; 300; 400) zum Erzeugen einer ersten mechanischen Belastung auf die integrierte Hall-Sensor-Schaltung; Messen eines ersten Belastungssensorausgangswerts und einer ersten Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors, während das Magnetfeld und der erste Druckpegel angelegt werden; Anlegen eines zweiten vertikalen Druckpegels normal zu der Ebene der integrierten Hall-Sensor-Schaltung (100; 200; 300; 400) zum Erzeugen einer zweiten mechanischen Belastung auf die integrierte Hall-Sensor-Schaltung; Messen eines zweiten Belastungssensorausgangswerts und einer zweiten Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors , während das Magnetfeld und der zweite Druckpegel angelegt werden; und Berechnen des Kalibrierungsparameters basierend auf dem ersten und dem zweiten Ausgangswert des Belastungssensors und der ersten und der zweiten Magnetempfindlichkeit des Hall-Sensors.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem der Kalibrierungsparameter ein wirksamer Piezokoeffizient ist, der von den Piezokoeffizienten des Hall-Sensors, von den Widerständen des lateralen und vertikalen Widerstands und dem Pegel der erzeugten ersten und zweiten mechanischen Belastungen abhängt.
22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, das ferner folgenden Schritt aufweist: Speichern des berechneten Kalibrierungsparameters in einem Speicher der integrierten Schaltung (100; 200; 300; 400).
23. Verfahren gemäß Anspruch 21 oder 22, bei dem der Kalibrierungsparameter basierend auf der folgenden Gleichung berechnet wird: $$\text{Kalibrierungsparameter}=\left(\text{H2/H}1-1\right)\text{/}\left(\text{S}2-\text{S}1\right)$$

    

    wobei: H1 = die erste Magnetempfindlichkeit; H2 = die zweite Magnetempfindlichkeit; S1 = der erste Belastungssensorausgangswert; und S2 = der zweite Belastungssensorausgangswert.

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