DE102019004599B4 - Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor - Google Patents

Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor Download PDF

Info

Publication number
DE102019004599B4
DE102019004599B4 DE102019004599.8A DE102019004599A DE102019004599B4 DE 102019004599 B4 DE102019004599 B4 DE 102019004599B4 DE 102019004599 A DE102019004599 A DE 102019004599A DE 102019004599 B4 DE102019004599 B4 DE 102019004599B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductivity type
semiconductor
region
hall sensor
semiconductor contact
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
DE102019004599.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019004599A1 (de
Inventor
Maria-Cristina Vecchi
Reinhard Erwe
Martin Cornils
Kerwin KHU
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.)
TDK Micronas GmbH
Original Assignee
TDK Micronas GmbH
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 TDK Micronas GmbH filed Critical TDK Micronas GmbH
Priority to DE102019004599.8A priority Critical patent/DE102019004599B4/de
Priority to US16/919,823 priority patent/US11360163B2/en
Priority to CN202010644009.1A priority patent/CN112186095A/zh
Publication of DE102019004599A1 publication Critical patent/DE102019004599A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019004599B4 publication Critical patent/DE102019004599B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01R33/07Hall effect devices
    • G01R33/077Vertical Hall-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/80Constructional details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

Vertikale Hallsensorstruktur aufweisend, eine Substratschicht, ein Halbleitergebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps, mindestens ein erstes, ein zweites und ein drittes sich jeweils von einer Oberseite des Halbleitergebiets in das Halbleitergebiet hinein erstreckendes Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps und mindestens ein erstes Halbleiterkontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps zueinander beabstandet sind und auf jedem Halbleiterkontaktgebiet des erste Leitfähigkeitstyps eine metallische Anschlusskontaktschicht angeordnet ist, das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps an das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps angrenzt oder zu dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist, das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps mit ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch leitfähig verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine vertikale Hallsensorstruktur.
  • Aus der DE 10 2011 107 767 A1 ist eine Hallsensorstruktur aus mehreren, in Serie verschalteten Hallsensorelementen bekannt. Jedes Hallsensorelement umfasst drei n-Halbleiterkontaktgebiete in einem n-Wannengebiet, wobei zwischen den n-Halbleiterkontaktgebieten jeweils ein Isolationsgebiet, z.B. aus einer hochdotierten p+-Diffusion, angeordnet ist. Eine gattungsgemäße Hallsensorstruktur ist aus der US 4 929 993 A bekannt.
  • Aus der US 4 700 211 A ist ein bipolarer Magnetotransistor-Magnetfeldsensor bekannt, wobei ein Emitter der Transistorstruktur mit der als Wanne ausgebildeten Basis kurzgeschlossen ist.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
  • Die Aufgabe wird durch eine Hallsensorstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ihren Betrieb gemäß Anspruch 18 sowie den vertikalen Hallsensor nach Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine vertikale Hallsensorstruktur bereitgestellt, aufweisend eine Substratschicht mit einer auf oder in der Substratschicht ausgebildeten Halbelitergebiet.
  • Das Halbleitergebiet weist einen ersten Leitfähigkeitstyp auf und ist von der Substratschicht mittels einer dielektrischen Schicht oder mittels eines p/n Übergangs elektrisch isoliert.
  • Des Weiteren sind mindestens ein erstes, ein zweites und ein drittes sich jeweils von einer Oberseite des Halbleitergebiets in das Halbleitergebiet hinein erstreckende Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps und mindestens ein erstes Halbleiterkontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps vorgesehen.
  • Die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps sind jeweils zueinander beabstandet.
  • Auf jedem Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps ist eine metallische Anschlusskontaktschicht angeordnet.
  • Ferner ist mindestens ein erstes in das Halbleitergebiet hinein erstreckendes Halbleiterkontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) vorgesehen, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps an das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps angrenzt oder zu dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist.
  • Das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps ist mit dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch leitfähig verbunden.
  • Es versteht sich, dass der erste Leitfähigkeitstyp n und der zweite leitfähigkeitstyp p ist oder dass der erste Leitfähigkeitstyp p und der zweite Leitfähigkeitstyp n ist.
  • Es sei angemerkt, dass mit dem Ausdruck „elektrisch leitfähig verbunden“ vorliegend einen elektrischen Kurzschluss zwischen dem Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps mit dem Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps bezeichnet wird.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere während des Einschaltens des Sensors, insbesondere mit einem geringen Betriebsstrom des Hallsensors, d.h. bei Strömen im Bereich von 10 µA bis 100 mA, eine temporäre Verarmung von Minoritäten vermieden wird.
  • Insbesondere wenn die Minoritäten eine hohe effektive Masse wie beispielsweise Löcher in einer n-Wanne und hierdurch eine geringe Beweglichkeit im Vergleich zu den Majoritäten aufweisen, lässt sich durch die vorliegende aneinanderlegende Anordnung von Halbleiterkontaktgebieten mit unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen die Einschaltzeit wesentlich reduzieren.
  • Ein Vorteil ist also, dass durch das mindestens eine Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps bei geringen Strömen, z.B. während des Einschaltens des Sensors, Minoritätsladungsträger bereitgestellt werden, wodurch sich die transienten Eigenschaften des Hallsensors verbessern. Gerade unmittelbar nach dem Einschalten ist aufgrund eines Mangels an Minoritätsladungsträgern bei einem üblichen Hallsensor ein Drift der Messwerte zu beobachten, bevor diese nach einigen Sekunden einen stabilen belastbaren Wert erreichen. Dieser Drift wird durch das erfindungsgemäße Design unterdrückt bzw. vermieden.
  • Anders ausgedrückt, es lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Ausbildung des Halbleiterkontaktgebiets des zweiten Leitfähigkeitstyps eine Stabilität der Messwerte unmittelbar nach dem Einschalten sicherstellen.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass sich eine Schwellspannungsimplantation in dem Bereich der Halbleitergebiets vermeiden lässt und sich das Einschaltverhalten auch bei niedrigen Dotierungen des Halbleitergebiets im Bereich kleiner als 8·1015 1/cm3 verbessern lässt, wodurch eine hohe Sensitivität der Hallsensorstruktur erreicht wird. Es wird also ein höchst sensitiver Hallsensor mit verbessertem Einschaltverhalten bereitgestellt.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform weist das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, an den ersten Bereich und an den zweiten Bereich angrenzt oder einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist. Das Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähig-keitstyps teilt quasi das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps und ist mit diesem kurzgeschlossen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Hallsensorstruktur ein zweites Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps an eine erste Seitenfläche des ersten Halbleiterkontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps angrenzt oder zu der ersten Seitenfläche einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist und das zweite Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps an eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche des ersten Halbleiterkontaktgebiets des erste Leitfähigkeitstyps angrenzen oder zu der zweiten Seitenfläche einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist. Die beiden Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps rahmen also quasi das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps ein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps und die Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps jeweils eine rechteckige Oberseite auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps entlang einer Geraden angeordnet, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps entlang der Geraden mittig zwischen den weiteren Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist. Eine mittige Anordnung des ersten Halbleiterkontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps mit dem daran möglichst angrenzenden Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps sorgt für ein schnelles und gleichzeitig symmetrisches nachliefern von Minoritätsladungsträgern.
  • In einer Weiterbildung weist die Hallsensorstruktur mindestens ein zusätzliches Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps auf, wobei sich das zusätzlich Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps entlang eines Rands der Oberseite des Halbleitergebiets von der Oberseite in das Halbleitergebiet hinein erstreckt und zu den Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps jeweils einen Abstand aufweist.
  • Das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps erstreckt sich gemäß einer Weiterbildung entlang mindestens 50% oder entlang mindestens 75% oder entlang mindestens 90% eines Umfangs des Halbleitergebiets oder eines aktiven Bereich des Halbleitergebiets. Beispielsweise umschließt das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps einen die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps umfassenden Bereich vollständig.
  • In einer Weiterbildung ist das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps auf ein Bezugspotential geklemmt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Hallsensorstruktur eine dielektrische Isolationsschicht auf, wobei die Isolationsschicht ein Oxid umfasst, die Oberseite der Substratschicht sowie die Oberseite des Halbleitergebiets bedeckt und die Isolationsschicht eine Dicke von mindestens 1 nm oder eine Dicke in einem Bereich zwischen 3nm und 30 nm aufweist.
  • Gemäß einer ersten alternativen Weiterbildung erstreckt sich das Halbleitergebiet wannenförmig von einer Oberseite der Substratschicht in die Substratschicht hinein, wobei in einer Weiterbildung die Hallsensorstruktur eine Polysiliziumschicht aufweist und die Polysiliziumschicht einen Teil einer Oberseite der Isolationsschicht bedeckt und die Polysiliziumschicht eine Dicke von 0,1 - 0,8 µm oder von 0,4 - 0,6 µm aufweist. In einer anderen Weiterbildung weist die Polysiliziumschicht einen Abstand von mindestens 0,2 µm oder von mindestens 0,4 µm zu jedem ersten Halbleiterkontaktgebiet auf.
  • Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform die Oberseite des wannenförmigen Halbleitergebiets sowie die Oberseite der Halbleiterkontaktgebiete mit der Oberseite der Substratschicht zusammenfallen und vorzugsweise eine plane Ebene bilden.
  • Die Polysiliziumschicht bildet das Gate-Poly aus und ist in einer Weiterbildung silizidiert, um eine zuverlässige elektrische Wirkverbindung herstellen zu können. Vorzugsweise ist die Polysiliziumschicht auf ein Bezugspotential geklemmt. Vorzugsweise ist das Bezugspotential als Massepotential ausgebildet.
  • In einer Weiterbildung erstreckt sich ein zusätzliches Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps in einem Grenzbereich zwischen der Substratschicht und dem wannenförmigen Halbleitergebiet von der Oberseite der Substratschicht und der Oberseite des Halbleitergebiets in die Substratschicht und das Halbleitergebiet hinein. Das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps weist somit einen mit der Substratschicht überlappenden ersten Bereich und einen mit dem Halbleitergebiet überlappenden zweiten Bereich auf.
  • Der zweite Bereich weist vorteilhafterweise eine Breite von mindestens 0,05 µm oder eine Breite von 1-2 µm auf, da schon ein relativ geringer Überlapp mit dem Halbleitergebiet ausreicht, um ein stabiles, zeitunabhängiges Arbeiten der Hallsensorstruktur unmittelbar nach dem Einschalten sicherzustellen.
  • In einer anderen alternativen Weiterbildung weist das Substrat vorzugsweise aus Silizium eine ganzflächige Oxidschicht auf, wobei das Halbleitergebiet stoffschlüssig mit einer Oberseite der Oxidschicht verbunden ist.
  • Die Hallsensorstruktur weist mindestens einen sich von der Oberseite des Halbleitergebiets bis zu der ganzflächigen Oxidschicht erstreckenden Graben auf.
  • Der Graben umschließt das Halbleitergebiets. Hierdurch bildet sich eine Halbleiterbox aus. Die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps sowie das mindestens eine Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps sind jeweils in dem Boxbereich des Halbleitergebiets angeordnet.
  • In einer weiteren Weiterbildung ist der Graben mit einem Polysilizium gefüllt und/oder von dem Halbleitergebiet ausgebildete Seitenwände des Grabens sind mit einer zweiten dielektrischen Isolationsschicht beschichtet sind und die zweite dielektrische Isolationsschicht eine Dicke zwischen 3 nm und 30 nm aufweist.
  • Es versteht sich, dass das Substrat mit dem Halbleitergebiet eine sogenannte SOI-Struktur ausbildet. Hierbei sind die Substratschicht und das Halbleitergebiet jeweils aus Silizium und die Oxidschicht als Siliziumdioxidschicht ausgebildet.
  • Es versteht sich weiterhin, dass das Halbleitergebiet mittels umlaufender Gräben in einzelne Teilgebiete unterteilt ist. Indem die Gräben von der Oberfläche des Halbleitergebiets bis auf die Oxidschicht reichen sind die einzelnen Teilgebiete voneinander elektrisch isoliert. Die einzelnen Teilgebiete lassen sich als Boxbereiche bezeichnen.
  • Es sei angemerkt, dass die Oxidschicht ganzflächig auf der Siliziumscheibe ausgebildet ist. Hierdurch ist die Oxidschicht vergraben und auch als buriedoxide bezeichnet.
  • Des Weiteren versteht es sich, dass der von dem auch als Trench oder deep Trench bezeichneten Graben umgebene Boxbereich des Halbleitergebiets das aktive Gebiet des Bauelements ausbildet. Anders ausgedrückt, der Graben isoliert das aktive Gebiet, also den Boxbereich, von dem restlichen Halbleitergebiet, z.B. einem benachbarten aktiven Gebiet.
  • Es versteht sich, dass die Gräben mit Ausnahme der Seitenwände mit dotiertem Polysilizium gefüllt sind. Vorzugsweise ist das dotierte Polysilizium der Gräben mit einem Bezugspotential vorzugsweise mit einem Massepotential verbunden. Hierdurch wird, insbesondere bei einem schnellen Wechsel des elektrischen Potentials zwischen den Boxen ein Übersprechen zwischen den Boxbereichen unterdrückt.
  • Ein Vorteil ist, dass mittels des mindestens einen Halbleiterkontaktgebiets des zweiten Leitfähigkeitstyps Minoritätsladungsträger in dem Boxbereich bereitgestellt werden.
  • In einer Weiterbildung erstreckt sich ein zusätzliches Hableiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps entlang des Grabens oder zumindest entlang eines Teils des Grabens von einer Oberseite des Boxbereichs in den Boxbereich hinein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform weisen die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps und/oder die Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps jeweils eine Dotierstoffkonzentration von 5·1018 1/cm3 auf und/oder das Halbleitergebiet eine Dotierstoffkonzentration von 5·1014 - 5·1016 1/cm3 auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens die sich zwischen den Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps erstreckende Bereiche des Halbleitergebiets oder das gesamte Halbleitergebiet schwellspannungsimplantationsfrei sind.
  • In einer Weitebildung ist die Hallsensorstruktur monolithisch ausgebildet. Vorzugsweise sind die Halbleitergebiete aus Silizium ausgebildet oder umfassen Silizium. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Hallsensorstruktur zumindest einen Teil eines vertikalen Hallsensors.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die laterale und die vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die
    • 1 eine Aufsicht auf eine erste erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Hallsensorstruktur,
    • 2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 4 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 5 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 6 einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 7 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 8 einen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Hallsensorstruktur,
    • 9 eine Aufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Hallsensorstruktur.
  • Die Abbildung der 1 zeigt eine Aufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Hallsensorstruktur HAL aufweisend eine Substratschicht SUB und Halbleitergebiet HG eines ersten Leitfähigkeitstyps und drei in dem Halbleitergebiet HG ausgebildete Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps HK1. Das Halbleitergebiet HG ist rechteckig ausgebildet. Vorliegend ist das Halbleitergebiet als n-Wanne in einen p-Substrat ausgebildet. Das Substrat besteht oder umfasst Silizium.
  • Die drei Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps sind jeweils zueinander beabstandet nebeneinander angeordnet, wobei das mittig angeordnete erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 einen ersten Bereich B1 und einen zweiten Bereich B2 aufweist und zwischen dem ersten Bereich B1 und dem zweiten Bereich B2 ein erstes Halbleiterkontaktgebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 angeordnet ist.
  • Das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 grenzt sowohl an den ersten Bereich B1 als auch an den zweiten Bereich B2 des ersten Halbleiterkontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 an.
  • Auf jedem Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 ist jeweils eine metallische Anschlusskontaktschicht K1 angeordnet, wobei sich die auf dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 angeordnete Anschlusskontaktschicht K1 über den ersten Bereich B1, das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 und den zweiten Bereich B2 erstreckt, so dass das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 mit dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 elektrisch leitfähig verbunden ist.
  • In der Abbildung der 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A der 1 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
  • Das Halbleitergebiet HG erstreckt sich von einer Oberseite der Substratschicht SUB wannenförmig in die Substratschicht SUB hinein. Des Weiteren sind die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 sowie das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 von einer Oberseite jeweils in das Halbleitergebiets HG hinein ausgebildet.
  • In der Abbildung der 3 ist ein Querschnitt entsprechend einem Schnitt entlang der Linie B-B der 1 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 und 2 erläutert.
  • Die metallischen Anschlusskontaktschichten K1 sind jeweils flächig auf den Halbleiterkontaktschichten des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 und dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 ausgebildet.
  • Die Oberseite der Substratschicht SUB sowie die Oberseite des Halbleitergebiets HG sind jeweils mit einer ersten dielektrischen Isolationsschicht ISO1 beschichtet.
  • Auf einer Oberseite der ersten Isolationsschicht ISO1 ist eine Polysiliziumschicht POL angeordnet, wobei die Polysiliziumschicht zu den Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 und dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 jeweils einen Abstand aufweist und der Abstand mit einer zweiten Isolationsschicht ISO2 gefüllt ist.
  • In der Abbildung der 4 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Hallsensorstruktur HAL dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
  • Die Hallsensorstruktur HAL weist fünf Halbleiterkontaktgebiete des erste Leitfähigkeitstyps HK1 auf, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 mit dem angrenzenden ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 wieder mittig angeordnet ist.
  • In der Abbildung der 5 ist eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Hallsensorstruktur HAL dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
  • Die Hallsensorstruktur HAL weist zwei Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2 auf, wobei die beiden Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des mittig angeordneten ersten Halbleiterkontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 angrenzend angeordnet sind.
  • Die auf dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 angeordnete metallische Anschlusskontaktschicht erstreckt sich auch über die beiden angrenzenden Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps HK2.
  • In den Abbildungen der 6 und 7 sind ein Querschnitt sowie eine Aufsicht einer weiteren Ausführungsform der Hallsensorstruktur HAL dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der vorangegangenen Figuren erläutert.
  • Die Substratschicht SUB umfasst eine auf einer Oberseite der Substratschicht SUB ausgebildete Oxidschicht ISO3. Das Halbleitergebiet HG ist stoffschlüssig mit einer Oberseite der Oxidschicht ISO 3 verbunden, wobei ein sich von einer Oberseite des Halbleitergebiet HG bis zu der Oxidschicht ISO3 erstreckender Graben T einen Boxbereich AB des Halbleitergebiets HG umschließt.
  • Eine Seitenwand des Grabens T ist mit einer dielektrischen Isolationsschicht ISO2 beschichtet, außerdem ist der Graben T mit einem Polysilizium POL1 gefüllt.
  • Die drei Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps HK1 sowie das mindestens eine Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps erstrecken sich von einer Oberseite des Boxbereichs AB in den Boxbereich AB des Halbleitergebiets HG hinein. Die Oberseite des Boxbereichs AB ist mit einer dielektrischen Isolationsschicht ISO1 beschichtet.
  • In den Abbildungen der 8 und 9 sind ein Querschnitt und eine Aufsicht einer weiteren Ausführungsform der Hallsensorstruktur HAL dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 und 2 erläutert.
  • Die Hallsensorstruktur HAL weist ein weiteres Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK3 auf, wobei das weitere Halbleiterkontaktgebiet HK3 das wannenförmige Halbleitergebiet HG umschließt bzw. sich entlang einer Grenze zwischen einer Seitenwand des wannenförmigen Halbleitergebiets HG und der Substratschicht SUB von der Oberseite der Substratschicht und der Oberseite des Halbleitergebiets HG in die Substratschicht SUB und das Halbleitergebiet HG hinein erstreckt, so dass sich insbesondere ein Überlappender Bereich Ü mit dem Halbleitergebiet HG ergibt. Außerdem ist das weitere Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps HK3 zu allen Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps beabstandet.

Claims (19)

  1. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) aufweisend , - eine Substratschicht (SUB), - ein auf oder in der Substratschicht (SUB) ausgebildetes Halbleitergebiet (HG) eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei das Halbleitergebiet (HG) von der Substratschicht (SUB) mittels einer dielektrischen Schicht oder mittels eines p/n Übergangs elektrisch isoliert ist, - mindestens ein erstes, ein zweites und ein drittes sich jeweils von einer Oberseite des Halbleitergebiets (HG) in das Halbleitergebiet (HG) hinein erstreckendes Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1), - die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) zueinander beabstandet sind und - auf jedem Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) eine metallische Anschlusskontaktschicht (K1) angeordnet ist, wobei - die vertikale Hallsensorstruktur (HAL) keine bipolare Magnetotransistorstruktur ist, wobei - mindestens ein erstes in das Halbleitergebiet (HG) hinein erstreckendes Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) vorgesehen ist, wobei - das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) an das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) angrenzt oder zu dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) mit dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) mittels des auf dem ersten Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) angeordneten und sich auch über das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) erstreckenden metallischen Anschlusskontakts elektrisch leitfähig verbunden ist.
  2. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, an den ersten Bereich und an den zweiten Bereich angrenzt oder einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist.
  3. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorstruktur (HAL) ein zweites Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) umfasst, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) an eine erste Seitenfläche des ersten Halbleiterkontaktgebiets des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) angrenzt oder zu der ersten Seitenfläche einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist und das zweite Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) an eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche des ersten Halbleiterkontaktgebiets des erste Leitfähigkeitstyps (HK1) angrenzen oder zu der zweiten Seitenfläche einen Abstand von höchstens 0,2 µm aufweist.
  4. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) und die Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) jeweils eine rechteckige Oberseite aufweisen.
  5. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) entlang einer Geraden angeordnet sind, wobei das erste Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) entlang der Geraden mittig zwischen den weiteren Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) angeordnet ist.
  6. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorstruktur (HAL) mindestens ein zusätzliches Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK3) aufweist, wobei sich das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) entlang eines Rands der Oberseite des Halbleitergebiets (HG) von der Oberseite in das Halbleitergebiet (HG) hinein erstreckt und zu den Halbleiterkontaktgebieten des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) jeweils einen Abstand aufweist.
  7. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorstruktur (HAL) eine dielektrische Isolationsschicht (ISO1) aufweist, wobei die Isolationsschicht (ISO1) ein Oxid umfasst, die Oberseite der Substratschicht (SUB) sowie die Oberseite des Halbleitergebiets (HG) bedeckt und die Isolationsschicht (ISP1) eine Dicke von mindestens 1 nm oder eine Dicke in einem Bereich zwischen 3nm und 30 nm aufweist.
  8. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitergebiet (HG) wannenförmig von einer Oberseite der Substratschicht (SUB) in die Substratschicht (SUB) hinein erstreckt.
  9. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorstruktur (HAL) eine Polysiliziumschicht (POL) aufweist, wobei die Polysiliziumschicht (POL) einen Teil einer Oberseite der Isolationsschicht (ISO1) bedeckt, die Polysiliziumschicht (POL) eine Dicke von 0,1 - 0,8 µm oder von 0,4 - 0,6 µm aufweist.
  10. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysiliziumschicht (POL) einen Abstand von mindestens 0,2 µm oder von mindestens 0,4 µm zu jedem Halbleiterkontaktgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) aufweist.
  11. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Substratschicht (SUB) eine Oxidschicht (ISO3) aufweist, - das Halbleitergebiet (HG) stoffschlüssig mit einer Oberseite der Oxidschicht (ISO3) verbunden ist, - die Hallsensorstruktur (HAL) mindestens einen sich von der Oberseite des Halbleitergebiets (HG) bis zu der Oxidschicht (ISO3) erstreckenden Graben (T) aufweist, - der mindestens eine Graben (T) einen Boxbereich (AB) des Halbleitergebiets (HG) umschließt und - die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) sowie das mindestens eine Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) jeweils in dem Boxbereich (AB) des Halbleitergebiets (HG) angeordnet sind.
  12. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaben (T) mit einem Polysilizium (POL1) gefüllt ist.
  13. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Halbleitergebiet (HG) ausgebildete Seitenwände des Grabens (T) mit einer zweiten dielektrischen Isolationsschicht (ISO2) beschichtet sind und die zweite dielektrische Isolationsschicht (ISO2) eine Dicke zwischen 3 nm und 30 nm aufweist.
  14. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitfähigkeitstyp n und der zweite leitfähigkeitstyp p ist oder dass der erste Leitfähigkeitstyp p und der zweite Leitfähigkeitstyp n ist.
  15. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkontaktgebiete des ersten Leitfähigkeitstyps (HK1) und/oder die Halbleiterkontaktgebiete des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK2) jeweils eine Dotierstoffkonzentration von 5·1018 1/cm3 aufweisen.
  16. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitergebiet (HG) eine Dotierstoffkonzentration von 5·1014 - 5·1016 1/cm3 aufweist.
  17. Vertikale Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorstruktur (HAL) monolithisch ausgebildet ist.
  18. Betrieb einer vertikalen Hallsensorstruktur gemäß Anspruch 6 oder gemäß einem der auf den Anspruch 6 rückbezogenen Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Halbleiterkontaktgebiet des zweiten Leitfähigkeitstyps (HK3) auf ein Bezugspotential geklemmt ist.
  19. Vertikaler Hallsensor mit mindestens einer vertikalen Hallsensorstruktur (HAL) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
DE102019004599.8A 2019-07-04 2019-07-04 Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor Active DE102019004599B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019004599.8A DE102019004599B4 (de) 2019-07-04 2019-07-04 Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor
US16/919,823 US11360163B2 (en) 2019-07-04 2020-07-02 Vertical hall sensor structure
CN202010644009.1A CN112186095A (zh) 2019-07-04 2020-07-02 垂直的霍尔传感器结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019004599.8A DE102019004599B4 (de) 2019-07-04 2019-07-04 Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019004599A1 DE102019004599A1 (de) 2021-01-07
DE102019004599B4 true DE102019004599B4 (de) 2021-01-14

Family

ID=73918916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019004599.8A Active DE102019004599B4 (de) 2019-07-04 2019-07-04 Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11360163B2 (de)
CN (1) CN112186095A (de)
DE (1) DE102019004599B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851582B (zh) * 2021-08-18 2024-09-20 杭州未名信科科技有限公司 一种垂直型霍尔传感器及其制备方法
US11782102B2 (en) * 2021-10-22 2023-10-10 Texas Instruments Incorporated Hall sensor with dielectric isolation and p-n junction isolation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700211A (en) * 1982-07-26 1987-10-13 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor
US4929993A (en) * 1985-05-22 1990-05-29 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Hall element device with depletion region protection barrier
DE102011107767A1 (de) * 2011-07-15 2013-01-17 Micronas Gmbh Hallsensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005333103A (ja) * 2004-03-30 2005-12-02 Denso Corp 縦型ホール素子およびその製造方法
JP2006128399A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Denso Corp 縦型ホール素子
US7902820B2 (en) * 2005-05-03 2011-03-08 Imec Method and apparatus for detecting spatially varying and time-dependent magnetic fields
US7782050B2 (en) * 2008-04-11 2010-08-24 Infineon Technologies Ag Hall effect device and method
DE102011002580A1 (de) * 2011-01-12 2012-07-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hall-Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung
US20150061069A1 (en) * 2013-09-05 2015-03-05 Allegro Microsystems, Llc Integrating a capacitor in an integrated circuit
EP2966462B1 (de) * 2014-07-11 2022-04-20 Senis AG Vertikales Hallelement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700211A (en) * 1982-07-26 1987-10-13 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Sensitive magnetotransistor magnetic field sensor
US4929993A (en) * 1985-05-22 1990-05-29 Lgz Landis & Gyr Zug Ag Hall element device with depletion region protection barrier
DE102011107767A1 (de) * 2011-07-15 2013-01-17 Micronas Gmbh Hallsensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN112186095A (zh) 2021-01-05
DE102019004599A1 (de) 2021-01-07
US11360163B2 (en) 2022-06-14
US20210003641A1 (en) 2021-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69520782T2 (de) Randabschlussmethode und Struktur für Leistungs-MOSFET
DE60222751T2 (de) Feldeffekttransistorstruktur und herstellungsverfahren
DE69620149T2 (de) Halbleiteranordnung
DE102007030755B3 (de) Halbleiterbauelement mit einem einen Graben aufweisenden Randabschluss und Verfahren zur Herstellung eines Randabschlusses
DE112009003514B4 (de) Grabenbasierte leistungshalbleitervorrichtungen mit eigenschaften einer erhöhten durchbruchspannung
DE69315239T2 (de) VDMOS-Transistor mit verbesserter Durchbruchsspannungscharakteristik
DE19701189B4 (de) Halbleiterbauteil
DE60034483T2 (de) L- und U-Gate-Bauelemente für SOI/SOS-Anwendungen
DE102006056139B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem verbesserten Aufbau für eine hohe Spannungsfestigkeit
DE2242026A1 (de) Mis-feldeffekttransistor
DE19919955A1 (de) Halbleitervorrichtung mit hoher Spannungsfestigkeit
DE102005038998A1 (de) Metalloxidhalbleiter-Bauelement mit verbesserter Abschirmstruktur
DE102011053147B4 (de) Halbleiterstruktur mit grabenstrukturen in direktem kontakt
DE102012000958A1 (de) Leistungs-Graben-MOSFET mit verringertem EIN-Widerstand
DE4037876A1 (de) Laterale dmos-fet-vorrichtung mit reduziertem betriebswiderstand
DE112009004071T5 (de) Grabenbasierte leistungshalbleitervorrichtungen mit eigenschaften einer erhöhten durchbruchspannung
DE102004058021A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE10229146A1 (de) Laterales Superjunction-Halbleiterbauteil
DE69033619T2 (de) Verfahren zur Verwendung einer Halbleiteranordnung mit einem Substrat, das eine dielektrisch isolierte Halbleiterinsel aufweist
DE102019004599B4 (de) Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor
DE69215858T2 (de) Junction-isoliertes, hochspannungsintegriertes MOS-Bauelement
DE3440674A1 (de) Feldeffekt-transistor
DE112004001846B4 (de) LDMOS-Transistor
DE202015105413U1 (de) Integrierte, floatende Diodenstruktur
DE2059072A1 (de) Halbleiter-Einrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0043060000

Ipc: H10N0052000000