DE102011086034B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102011086034B4
DE102011086034B4 DE102011086034.7A DE102011086034A DE102011086034B4 DE 102011086034 B4 DE102011086034 B4 DE 102011086034B4 DE 102011086034 A DE102011086034 A DE 102011086034A DE 102011086034 B4 DE102011086034 B4 DE 102011086034B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic resistance
resistance element
semiconductor device
electrode
current sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102011086034.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102011086034A1 (de
Inventor
Hajime Akiyama
Akira Okada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE102011086034A1 publication Critical patent/DE102011086034A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102011086034B4 publication Critical patent/DE102011086034B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2884Testing of integrated circuits [IC] using dedicated test connectors, test elements or test circuits on the IC under test
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/091Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/093Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/096Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/098Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/325Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being noble metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3254Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4846Connecting portions with multiple bonds on the same bonding area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Halbleiterelement (1) mit einer Elektrode (7); eine Leitung (10), die mit der Elektrode (7) elektrisch verbunden ist, über der Elektrode (7) verläuft und zu einer Seite derselben geführt ist; und einen Stromsensor (11), der einen durch die Leitung (10) fließenden Strom erfasst, wobei der Stromsensor (11) ein Magnetwiderstandselement (12) umfasst, und ein Widerstandswert des Magnetwiderstandselements (12) sich gemäß dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld linear verändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (10) zumindest teilweise oberhalb und gegenüber der Elektrode (7) verläuft und das Magnetwiderstandselement (12) des Stromsensors (11) zwischen der Elektrode (7) und der Leitung (10) angeordnet ist, und das Magnetwiderstandselement (12) eine langgestreckte Form aufweist und quer zu der Leitung (10) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die mit einem Stromsensor ausgestattet ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung, die die Stromerfassungsgenauigkeit verbessern kann, ohne die Chipfläche zu erweitern.
  • Um einen Strom zu erfassen, der durch ein Halbleiterelement fließt, wird ein Stromsensor verwendet. Als Stromsensor wurde eine Halbleitervorrichtung, in der ein Stromerfassungsbereich im gleichen Chip wie das Halbleiterelement ausgebildet ist, vorgeschlagen (siehe beispielsweise JP 9-162391-A ). Als Stromsensor wurde auch eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines AMR-Elements (Elements mit anisotropem Magnetwiderstand) anstelle des Stromerfassungsbereichs vorgeschlagen (siehe beispielsweise JP 9-127161-A ).
  • Bei der Halbleitervorrichtung gemäß JP 9-162391-A besteht das Problem, dass die gegenseitige Störung von Ladungsträgern im Randbereich zwischen einem Hauptzellenbereich und einem Stromerfassungsbereich in Abhängigkeit von dem Ort, an dem der Stromerfassungsbereich im Chip ausgebildet ist, auftritt, und das Verhältnis der Ströme, die durch beide Bereiche fließen, verändert wird. Aus diesem Grund bestand ein Problem, dass die Stromerfassungsgenauigkeit des Stromerfassungssensors gering ist.
  • Im Stromsensor unter Verwendung des AMR-Elements gemäß JP 9-127161-A tritt ein solches Problem nicht auf. Die Charakteristiken des Widerstandswerts des AMR-Elements gegenüber dem Magnetfeld sind jedoch eine umgekehrte V-Form, wie in 3 in JP 9-127161-A gezeigt. Um die umgekehrte V-Form linear zu machen, wenn das AMR-Element auf den Stromsensor angewendet wird, ist daher das Hinzufügen einer Konstantstromschaltung, die in 1 in JP 9-127161-A gezeigt ist, erforderlich. Aus diesem Grund bestand ein Problem, dass die Chipfläche vergrößert wird.
  • Ferner offenbaren die US 5,990,533 A und die US 2009/0295368 A1 jeweils eine Halbleitervorrichtung mit einem Stromsensor, auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert.
  • Außerdem offenbaren die DE 101 07 811 A1 und die JP 2001-194391 A jeweils eine Strommessvorrichtung mit einer mäanderförmigen Stromleitung bzw. einer mäanderförmigen Signalleitung.
  • Angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die die Stromerfassungsgenauigkeit ohne Erweitern der Chipfläche verbessern kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Die Halbleitervorrichtung umfasst: ein Halbleiterelement mit einer Elektrode; eine Leitung, die mit der Elektrode elektrisch verbunden ist, über der Elektrode verläuft und zu einer Seite derselben geführt ist; und einen Stromsensor, der einen durch die Leitung fließenden Strom erfasst, wobei der Stromsensor ein Magnetwiderstandselement umfasst, das über der Elektrode und unter der Leitung angeordnet ist, und sich ein Widerstandswert des Magnetwiderstandselements gemäß dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld linear verändert. Gemäß der Erfindung verläuft die Leitung zumindest teilweise oberhalb und gegenüber der Elektrode und ist das Magnetwiderstandselement des Stromsensors zwischen der Elektrode und der Leitung angeordnet. Außerdem weist das Magnetwiderstandselement eine langgestreckte Form auf und ist quer zu der Leitung angeordnet.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Stromerfassungsgenauigkeit ohne Erweitern der Chipfläche zu verbessern.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen vollständiger aus der folgenden Beschreibung hervor.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
  • 3 einen Graphen, der die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und der festen Schicht des Magnetwiderstandselements vom Spinventiltyp zeigt.
  • 4 einen Graph, der den Widerstandswert eines Magnetwiderstandselements gegenüber einem externen Magnetfeld zeigt.
  • 5 eine Draufsicht, die eine modifizierte Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 7.
  • 9 eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform zeigt.
  • 10 eine Draufsicht, die einen Teil einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 eine Draufsicht, die einen Teil einer modifizierten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 12.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben Komponenten werden mit denselben Symbolen bezeichnet und auf deren wiederholte Beschreibung kann verzichtet werden.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 1. Ein Halbleiterelement 1 ist ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), der auf einen Leistungswandler wie z. B. einen Wechselrichter angewendet wird. Ein Potentialtopfbasisbereich 3 vom P-Typ ist in der Nähe der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 2 ausgebildet. Grabengates 4 sind so ausgebildet, dass sie den Potentialtopfbasisbereich 3 vom P-Typ durchdringen. Schutzring-Potentialtopfbereiche vom P-Typ 5 und ein Kanalstopper 6 vom N+-Typ sind um den Potentialtopfbasisbereich 3 vom P-Typ ausgebildet. Eine Emitterelektrode 7 und eine Gateelektrode 8 sind auf der Oberflächenseite des Chips ausgebildet. Die Emitterelektrode 7 ist mit einem Isolationsfilm 9 beschichtet.
  • Leitungen 10 sind mit der Emitterelektrode 7 elektrisch verbunden. Die Leitungen 10 verlaufen über der Emitterelektrode 7 und sind zur Seite geführt. Im Allgemeinen sind die Leitungen 10 Drähte zum Drahtbonden; sie sind jedoch nicht darauf begrenzt und können Frontmetalle sein. Der Stromsensor 11 weist ein Magnetwiderstandselement 12 auf und erfasst den Strom, der zu den Leitungen 10 fließt. Das Magnetwiderstandselement 12 ist über der Emitterelektrode 7 und unter den Leitungen 10 über den Isolationsfilm 9 angeordnet. Das Magnetwiderstandselement 12 ist mit dem Isolationsfilm 13 beschichtet.
  • Das Magnetwiderstandselement 12 ist ein Magnetwiderstandselement vom Typ mit linearem Ausgang und dessen Widerstandswert variiert linear gemäß dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld. Insbesondere ist das Magnetwiderstandselement 12 irgendeines von einem Spinventil-TMR-Element (Spinventil-Tunnelmagnetwiderstands-Element), einem Spinventil-GMR-Element (Spinventil-Riesenmagnetwiderstands-Element) und einem AMR-Element (Element mit anisotropem Magnetwiderstand) mit Barberpol-Elektroden.
  • Als nächstes wird die Operation der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Halbleiterelement 1, das eine Schaltvorrichtung ist, steuert den Strom, der zwischen dem Emitter und dem Kollektor fließt, mit dem Gatepotential. Wenn das Halbleiterelement 1 ein Nch-IGBT ist, fließt der Strom von der Emitterelektrode 7 durch die Leitungen 10 zur Außenseite des Chips. In Abhängigkeit von der Intensität des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes wird der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements 12, das unmittelbar unter den Leitungen 10 angeordnet ist, linear verändert. Durch Messen des im Magnetwiderstandselement 12 fließenden Stroms oder der daran angelegten Spannung und Erfassen der Intensität des Magnetfeldes kann daher der in der Leitung 10 fließende Strom erfasst werden.
  • Hier wird die Erfassungsoperation, wenn ein Spinventil-Magnetwiderstandselement als Magnetwiderstandselement 12 verwendet wird, speziell mit Bezug auf ein Diagramm beschrieben. 3 ist ein Graph, der die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und der festen Schicht des Magnetwiderstandselements vom Spinventiltyp zeigt. Der Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht ist 90°. Wenn ein externes Magnetfeld in der Orientierung entlang der Magnetisierungsrichtung dieser festen Schicht angelegt wird, wird die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht verändert. Gemäß dem veränderten Winkel θ zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht wird der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements linear verändert. Insbesondere ist der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements umgekehrt proportional zu cos θ.
  • Wenn die freie Schicht ein weichmagnetischer Film mit uniaxialer Anisotropie ist, ist cos θ |Hk|/H. Wenn ein externes Magnetfeld, das höher ist als |Hk| angelegt wird, ist daher die veränderte Magnetisierungsrichtung der freien Schicht parallel oder antiparallel zur Magnetisierungsrichtung der festen Schicht fest und der Widerstand des Elements wird nicht mehr verändert. Insbesondere ist Hk das gesättigte Magnetfeld der freien Schicht.
  • 4 ist ein Graph, der den Widerstandswert eines Magnetwiderstandselements gegenüber einem externen Magnetfeld zeigt. Wenn der Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht 90° ist, ist der Widerstandswert R des Magnetwiderstandselements Rm + ΔR/2 × H/|Hk| (wobei –|Hk| ≤ H ≤ |Hk|), wobei Rm der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements in einem Nicht-Magnetfeld ist und der Zwischenwert des maximalen Widerstandswerts und des minimalen Widerstandswerts ist, die das Magnetwiderstandselement aufweisen kann. ΔR ist die Änderungsrate des Widerstandswerts des Magnetwiderstandselements.
  • Da der Widerstandswert R des Magnetwiderstandselements zum externen Magnetfeld proportional ist, wie vorstehend beschrieben, kann, wenn der im Magnetwiderstandselement fließende Strom oder die angelegte Spannung erhalten wird, die Amplitude des externen Magnetfeldes erfasst werden. Das erfasste externe Magnetfeld ist die Orientierungskomponente der Magnetisierungsrichtung der festen Schicht. Der detektierbare Bereich der Richtungskomponente, das heißt, der bewegliche Bereich des Stromsensors ist –|Hk| ≤ H ≤ |Hk|.
  • Das Phänomen, bei dem der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements in Abhängigkeit von der Intensität des externen Magnetfeldes verändert wird, wird als Magnetwiderstandseffekt bezeichnet. Das Phänomen, bei dem der spezifische Widerstand einer Substanz mit spontaner Magnetisierung wie z. B. von ferromagnetische Materialien in Abhängigkeit vom Magnetisierungszustand, der durch Anlegen eines Magnetfeldes an die Substanz erhalten wird, verändert wird, wird als anomaler Magnetwiderstandseffekt bezeichnet. Unter diesen wird das Phänomen, bei dem der Widerstand eines ferromagnetischen Dünnfilms wie z. B. eines Permalloy-Films in Abhängigkeit von der Richtung der spontanen Magnetisierung verändert wird, spezifisch als anisotroper Magnetwiderstandseffekt (AMR-Effekt) oder Orientierungseffekt bezeichnet. Das Phänomen, bei dem der Widerstand eines F/N/F-Metallgitters oder eines mehrlagigen Dünnfilms, der durch Wiederholen von dessen Laminierung ausgebildet wird, durch Anlegen eines Magnetfeldes, um die Magnetisierung parallel zu machen, verringert wird, wird als Riesenmagnetwiderstandseffekt (GMR-Effekt) bezeichnet. Dieser Effekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungsrate im Vergleich zum AMR groß ist. Das Phänomen, bei dem der Tunnelstrom in Abhängigkeit von den relativen Winkeln der Magnetisierung von zwei ferromagnetischen Materialien in der Bindung des Isolationsmaterials, das zwischen die ferromagnetischen Materialien eingefügt ist, verändert wird, wird als Tunnelmagnetwiderstandseffekt (TMR-Effekt) bezeichnet. Sowohl beim GMR-Effekt als auch beim TMR-Effekt wird die Veränderung des Widerstandes in Abhängigkeit vom relativen Winkel der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht beobachtet. Beim GMR-Effekt wird die Abhängigkeit beobachtet, wenn der parallele Strom in der Laminatoberfläche fließt und der senkrechte Strom in der Laminatoberfläche fließt. Beim TMR-Effekt wird die Abhängigkeit nur dann beobachtet, wenn der senkrechte Strom in der Laminatoberfläche fließt.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Magnetwiderstandselement vom Typ mit linearem Ausgang verwendet. Daher kann die Stromerfassungsgenauigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Stromerfassungsbereich als Stromsensor verwendet wird, erhöht werden. Ferner wird der Widerstandswert des Magnetwiderstandselements vom Typ mit linearem Ausgang linear verändert. Da das Hinzufügen einer Schaltung zum Linearisieren der Charakteristiken des Magnetwiderstandselements nicht erforderlich ist, wird daher die Chipfläche nicht erweitert.
  • 5 ist eine Draufsicht, die eine modifizierte Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Leitungen 10a und 10b sind in jede von verschiedenen Richtungen verlegt. Unter den Leitungen 10a und 10b sind Magnetwiderstandselemente 12a bzw. 12b angeordnet. Dadurch kann das Nebenschlussverhältnis der von jeder der Leitungen 10a und 10b geteilten Ströme erfasst werden. Daher kann die Gleichmäßigkeit der Stromdichte im Chip und deren Veränderung gesteuert werden.
  • Das Halbleiterelement 1 ist nicht auf den IGBT begrenzt, sondern kann eine vertikale Leistungsvorrichtung wie z. B. ein Leistungs-MOSFET (Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder eine Diode sein.
  • Zweite Ausführungsform
  • 6 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Stromsensor 11 umfasst ferner einen ersten und einen zweiten ferromagnetischen Körper 14a und 14b. Der erste und der zweite ferromagnetische Körper 14a und 14b erstrecken sich in einem rechten Winkel zur Stromrichtung und sind so angeordnet, dass sie das Magnetwiderstandselement 12 einzwängen. Da die Magnetfelder, die erzeugt werden, wenn ein Strom angelegt wird, konvergiert werden können, kann dadurch die Empfindlichkeit des Magnetwiderstandselements 12 verbessert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 7 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 7. Ein brückenförmiger Körper 15, der aus einem ferromagnetischen Material besteht, ist mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Körper 14a und 14b verbunden. Der brückenförmige Körper 15 ist vom Magnetwiderstandselement 12 und von der Leitung 10 isoliert. Da Magnetfelder durch den brückenförmigen Körper 15 weiter konvergiert werden können, kann die Empfindlichkeit des Magnetwiderstandselements 12 weiter verbessert werden.
  • Alternativ kann der brückenförmige Körper 15 durch Sputtern nach dem Ausbilden des ersten und des zweiten ferromagnetischen Körpers 14a und 14b, gefolgt von Ausbilden und Strukturieren des Isolationsfilms, ausgebildet werden oder der brückenförmige Körper 15, der vorher als Gehäuse ausgebildet wurde, kann mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Körper 14a und 14b verbunden werden.
  • Alternative Ausführungsform
  • 9 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, zeigt. Das Magnetwiderstandselement 12 weist eine gewundene Form (Kurbelform) auf, die sich mehrere Male vertikal zum Magnetfeld windet. Da das Magnetwiderstandselement 12 eine lange Linienlänge zum Empfangen des konvergierten Magnetfeldes aufweist, kann dadurch die Veränderung des Magnetfeldes leicht erfasst werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 10 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Feste Widerstände 16a bis 16c, deren Widerstandswerte durch Magnetismus nicht verändert werden, sind auf einer Emitterelektrode 7 angeordnet. Die festen Widerstände 16a bis 16c sind mit dem Magnetwiderstandselement 12 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Elektrodenkontaktstellen 17a bis 17d sind an jeweiligen Verbindungspunkten in der Brückenschaltung ausgebildet und können mit optionalen externen Schaltungen verbunden sein. Dadurch kann die Veränderung des Widerstandswerts des Magnetwiderstandselements 12 genau erfasst werden.
  • 11 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer modifizierten Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Leitungen 10a und 10b sind in jede von verschiedenen Richtungen verlegt. Unter den Leitungen 10a und 10b sind Magnetwiderstandselemente 12a bzw. 12b angeordnet. Feste Widerstände 16a bis 16c und 16d bis 16f sind mit den Magnetwiderstandselementen 12a und 12b verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Elektrodenkontaktstellen 17a bis 17h sind an jedem Verbindungspunkt in der Brückenschaltung ausgebildet und können mit optionalen externen Schaltungen verbunden sein.
  • Dadurch kann das Nebenschlussverhältnis des Stroms, der von jeder der Leitungen 10a und 10b geteilt wird, erfasst werden. Daher kann die Gleichmäßigkeit der Stromdichte in einem Chip und deren Veränderung gesteuert werden. Außerdem kann die Änderung des Widerstandswerts des Magnetwiderstandselements 12 mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 12 ist eine Draufsicht, die eine Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 13 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' in 12. Eine Magnetwiderstandsleseschaltung 18 zum Lesen des Widerstandswerts des Magnetwiderstandselements 12 ist im gleichen Chip wie das Halbleiterelement 1 unter Verwendung des cmOSIC-Prozesses ausgebildet. Das Magnetwiderstandselement 12 erstreckt sich vom IGBT-Hauptelektrodenbereich durch den Schutzringabschnitt zur Magnetwiderstandsleseschaltung 18 und ist mit der Magnetwiderstandsleseschaltung 18 verbunden. Durch Anordnen der Magnetwiderstandsleseschaltung 18 im gleichen Chip wie das Halbleiterelement 1 kann eine schnelle und sehr genaue Rückkopplungssteuerung durchgeführt werden.

Claims (6)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Halbleiterelement (1) mit einer Elektrode (7); eine Leitung (10), die mit der Elektrode (7) elektrisch verbunden ist, über der Elektrode (7) verläuft und zu einer Seite derselben geführt ist; und einen Stromsensor (11), der einen durch die Leitung (10) fließenden Strom erfasst, wobei der Stromsensor (11) ein Magnetwiderstandselement (12) umfasst, und ein Widerstandswert des Magnetwiderstandselements (12) sich gemäß dem durch den Strom erzeugten Magnetfeld linear verändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (10) zumindest teilweise oberhalb und gegenüber der Elektrode (7) verläuft und das Magnetwiderstandselement (12) des Stromsensors (11) zwischen der Elektrode (7) und der Leitung (10) angeordnet ist, und das Magnetwiderstandselement (12) eine langgestreckte Form aufweist und quer zu der Leitung (10) angeordnet ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetwiderstandselement (12) irgendeines von einem Spinventil-TMR-Element (Spinventil-Tunnelmagnetwiderstands-Element), einem Spinventil-GMR-Element (Spinventil-Riesenmagnetwiderstands-Element) und einem AMR-Element (Element mit anisotropem Magnetwiderstand) mit Barberpol-Elektroden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (11) einen ersten und einen zweiten ferromagnetischen Körper (14a, 14b) umfasst, die in einem rechten Winkel zur Stromrichtung verlaufen und das Magnetwiderstandselement (12) einzwängen.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (11) einen brückenförmigen Körper (15) umfasst, der aus einem ferromagnetischen Material besteht und mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Körper (14a, 14b) verbunden ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (11) einen festen Widerstand (16a bis 16f) umfasst, der auf der Elektrode (7) angeordnet ist und mit dem Magnetwiderstandselement (12) verbunden ist, um eine Brückenschaltung zu bilden.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (11) eine Schaltung (18) im gleichen Chip wie das Halbleiterelement (1) umfasst, die einen Widerstandswert des Magnetwiderstandselements (12) liest.
DE102011086034.7A 2010-12-22 2011-11-09 Halbleitervorrichtung Active DE102011086034B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-286342 2010-12-22
JP2010286342A JP5794777B2 (ja) 2010-12-22 2010-12-22 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011086034A1 DE102011086034A1 (de) 2012-06-28
DE102011086034B4 true DE102011086034B4 (de) 2016-06-09

Family

ID=46315853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011086034.7A Active DE102011086034B4 (de) 2010-12-22 2011-11-09 Halbleitervorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (2) US8823360B2 (de)
JP (1) JP5794777B2 (de)
CN (1) CN102565508B (de)
DE (1) DE102011086034B4 (de)
TW (1) TWI460434B (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8482029B2 (en) * 2011-05-27 2013-07-09 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and integrated circuit including the semiconductor device
US20130334531A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Franz Jost Systems and methods for measuring temperature and current in integrated circuit devices
JP6052732B2 (ja) 2012-11-22 2016-12-27 公立大学法人大阪市立大学 磁気抵抗効果素子
DE102019009298B4 (de) * 2018-04-04 2024-08-22 Infineon Technologies Ag Transistorvorrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung von Transistorvorrichtungen
JP7276070B2 (ja) * 2019-10-21 2023-05-18 株式会社デンソー 半導体モジュール

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09127161A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Nec Corp 電流検出器付き半導体装置
US5990533A (en) * 1997-03-31 1999-11-23 Nec Corporation Semiconductor device including a magnetoresistance effect element functioning as a current detector
JP2001194391A (ja) * 2000-01-13 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd 電流測定装置
DE10107811A1 (de) * 2001-02-20 2002-09-19 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung, Strommesser und Kraftfahrzeug
US20090295368A1 (en) * 2008-06-02 2009-12-03 Doogue Michael C Arrangements for a current sensing circuit and integrated current sensor

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0099979B1 (de) * 1982-07-26 1987-04-08 LGZ LANDIS & GYR ZUG AG Magnetfeldsensor und dessen Verwendung
KR910004261B1 (ko) * 1987-04-09 1991-06-25 후지쓰 가부시끼가이샤 자전 변환 소자를 이용한 검지기
EP0300635B1 (de) 1987-07-07 1995-09-13 Nippondenso Co., Ltd. Stromdetektoranordnung mit ferromagnetischem Magnetwiderstandselement
JPH0390872A (ja) * 1989-09-01 1991-04-16 Toshiba Corp 半導体装置
JP3487452B2 (ja) * 1994-12-19 2004-01-19 株式会社デンソー 磁気検出装置
JPH08249602A (ja) * 1995-03-06 1996-09-27 Mitsubishi Electric Corp 磁気式記憶再生方法ならびにそれに用いる磁気再生装置、磁気記憶媒体およびその製法
JPH0943327A (ja) * 1995-08-03 1997-02-14 Nec Corp 磁気抵抗効果電流センサ
JPH09162391A (ja) 1995-12-06 1997-06-20 Fuji Electric Co Ltd 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
US6819095B1 (en) * 1999-09-16 2004-11-16 International Rectifier Corporation Power semiconductor device assembly with integrated current sensing and control
JP2002131406A (ja) * 2000-10-20 2002-05-09 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd 磁気検出装置
US7199435B2 (en) * 2002-10-09 2007-04-03 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor devices containing on-chip current sensor and methods for making such devices
US7259545B2 (en) * 2003-02-11 2007-08-21 Allegro Microsystems, Inc. Integrated sensor
JP4387119B2 (ja) * 2003-03-27 2009-12-16 三菱電機株式会社 半導体装置
US7476816B2 (en) * 2003-08-26 2009-01-13 Allegro Microsystems, Inc. Current sensor
US7375516B2 (en) * 2004-02-19 2008-05-20 Mitsubishi Electric Corporation Magnetic field detector, current detector, position detector and rotation detector employing it
DE602005015469D1 (de) * 2004-09-27 2009-08-27 Nxp Bv Magnetsensor für eingabegeräte
JP4360998B2 (ja) * 2004-10-01 2009-11-11 Tdk株式会社 電流センサ
US7777607B2 (en) 2004-10-12 2010-08-17 Allegro Microsystems, Inc. Resistor having a predetermined temperature coefficient
JP4573736B2 (ja) 2005-08-31 2010-11-04 三菱電機株式会社 磁界検出装置
JP4224483B2 (ja) * 2005-10-14 2009-02-12 Tdk株式会社 電流センサ
US7768083B2 (en) * 2006-01-20 2010-08-03 Allegro Microsystems, Inc. Arrangements for an integrated sensor
US8378674B2 (en) * 2007-05-28 2013-02-19 Mitsubishi Electric Corporation Magnetic field detection device
JP4458149B2 (ja) 2007-10-31 2010-04-28 Tdk株式会社 磁気カプラ
JP5128416B2 (ja) * 2008-08-20 2013-01-23 株式会社東海理化電機製作所 磁気センサ装置
JP5344598B2 (ja) 2009-06-11 2013-11-20 レーザーテック株式会社 基板保持装置、欠陥検査装置及び欠陥修正装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09127161A (ja) * 1995-10-31 1997-05-16 Nec Corp 電流検出器付き半導体装置
US5990533A (en) * 1997-03-31 1999-11-23 Nec Corporation Semiconductor device including a magnetoresistance effect element functioning as a current detector
JP2001194391A (ja) * 2000-01-13 2001-07-19 Honda Motor Co Ltd 電流測定装置
DE10107811A1 (de) * 2001-02-20 2002-09-19 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung, Strommesser und Kraftfahrzeug
US20090295368A1 (en) * 2008-06-02 2009-12-03 Doogue Michael C Arrangements for a current sensing circuit and integrated current sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20140346514A1 (en) 2014-11-27
JP2012132832A (ja) 2012-07-12
TW201243344A (en) 2012-11-01
CN102565508A (zh) 2012-07-11
DE102011086034A1 (de) 2012-06-28
US8823360B2 (en) 2014-09-02
TWI460434B (zh) 2014-11-11
JP5794777B2 (ja) 2015-10-14
US9121899B2 (en) 2015-09-01
CN102565508B (zh) 2015-07-01
US20120161751A1 (en) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69425063T2 (de) Magnetoresistiver linearer weggeber, winkelverschiebungssensor und variabler widerstand
DE102006021774B4 (de) Stromsensor zur galvanisch getrennten Strommessung
DE102005047413B4 (de) Magnetoresistives Sensorelement und Verfaheren zum Durchführen eines On-Wafer-Funktionstests, sowie Verfahren zur Herstellung von Magnetfeldsensorelementen und Verfahren zur Herstellung von Magnetfeldsensorelementen mit On-Wafer-Funktionstest
DE112010005280B4 (de) Magnetische Positionserfassungsvorrichtung
EP0111698B1 (de) Magnetfeldsensor
DE102006062750B4 (de) Vorrichtung zum Erfassen einer Änderung einer physikalischen Grösse mittels einer Stromleiterstruktur
DE102008030334B4 (de) Verfahren zur störarmen berührungslosen Messung hoher Ströme und zugehöriger Hochstromsensor
DE102011075488A1 (de) Stromsensor
DE102008054314A1 (de) Integrierter lateraler Kurzschluss für eine vorteilhafte Modifizierung einer Stromverteilungsstruktur für magnetoresistive XMR-Sensoren
DE10314602A1 (de) Integrierter differentieller Magnetfeldsensor
DE102011086034B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE112010000890T5 (de) Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung
DE112008002741T5 (de) Anpassung von GMR-Sensoren in einer Brücke
DE102018115530A1 (de) Magnetfeldsensor
DE102008050018A1 (de) Integrierte Magnetsensorschaltung mit Testleiter
CH662905A5 (de) Integrierbares hallelement.
DE102011104009B4 (de) Magnetische Positionsdetektionsvorrichtung
DE102006007770A1 (de) Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Magnetfeldgröße
DE102017111410A1 (de) Messungen in Schaltvorrichtungen
DE102020130164A1 (de) Magnetsensor
DE102007029665B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum definierten Magnetisieren von permanent magnetisierbaren Elementen und magnetoresistiven Sensorstrukturen
DE19810218A1 (de) Magnetfeldsensor auf Basis des magnetoresistiven Effektes
DE102010038287B4 (de) Magnetfeld-Sensorvorrichtung, entsprechendes Herstellungsverfahren und Magnetfeld-Messverfahren
EP2333567B1 (de) Vorrichtung zur Strommessung
DE102019133937A1 (de) Stromsensor mit integriertem stromleiter

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R084 Declaration of willingness to licence
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final