DE102020206571A1

DE102020206571A1 - Vorrichtung und verfahren zum ermitteln einer mechanischen spannungskomponente mittels einer hallsensorschaltung

Info

Publication number: DE102020206571A1
Application number: DE102020206571.3A
Authority: DE
Inventors: Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US20210372865A1; US11860047B2

Abstract

Das hierin beschriebene innovative Konzept betrifft eine Halbleiterschaltungsanordnung (100) mit einem Halbleitersubstrat mit einer integrierten Hallsensorschaltung (101). Während einer ersten Taktphase PHspin1kann ein erstes elektrisches Spannungssignal ± VHallout(PHspin1) bzw. ± VHallbias(PHspin1) in der Halleffektregion erzeugt werden, das eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Während einer zweiten Taktphase PHspin2kann ein zweites elektrisches Spannungssignal ± VHallout(PHspin2) bzw. ± VHallbias(PHspin2) in der Halleffektregion erzeugt werden, das eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ist ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente zu ermitteln, basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals ± VHallout(PHspin1) bzw. ± VHallbias(PHspin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals ± VHallout(PHspin2) bzw. ± VHallbias(PHspin2).

Description

Das hierin beschriebene innovative Konzept betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer mechanischen Spannungskomponente, und insbesondere einer Schubspannung und/oder einer Normalspannung, unter Verwendung einer Hallsensorschaltung. Die mittels der Hallsensorschaltung ermittelte mechanische Spannungskomponente kann dazu genutzt werden, um beispielsweise einen negativen Einfluss dieser mechanischen Stresskomponente auf die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität einer anderen, d.h. einer von der Hallsensorschaltung separaten, Vorrichtung zu kompensieren. Das heißt, die Hallsensorschaltung kann dazu genutzt werden, um mechanische Spannungskomponenten zu ermitteln, die dann wiederum genutzt werden können, um andere Vorrichtungen damit zu beeinflussen.
Bei der Hallsensorschaltung kann es sich vorzugsweise um eine in ein Halbleitersubstrat integrierte Schaltung als Teil einer Schaltungsanordnung handeln. Auf dem Halbleitersubstrat können neben der Hallsensorschaltung auch zusätzliche weitere Bauteile und/oder zusätzliche weitere integrierte Schaltungsanordnungen vorhanden sein. Integrierte Schaltungsanordnungen bzw. integrierte Schaltkreise (ICs = integrated circuits) werden üblicherweise in Gehäusen montiert, um die empfindlichen integrierten Schaltungsanordnungen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Dabei ist jedoch als unangenehmer Nebeneffekt zu beobachten, dass bereits die Unterbringung und Montage der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse eine erhebliche mechanische Verspannung auf das Halbleitermaterial und damit auf das Halbleitersubstrat der integrierten Schaltungsanordnung ausüben kann. Dies trifft insbesondere für kostengünstige, als Massenartikel ausgestaltete Gehäuseformen zu, wie zum Beispiel für solche Gehäuseformen, bei denen die integrierte Schaltungsanordnung von einer Vergussmasse umspritzt wird. Die Vergussmasse härtet dann aus, indem die Vergussmasse ausgehend von einer Temperatur von etwa 150°C-185°C auf Umgebungstemperatur abkühlt.
Da das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung und das Kunststoffvergussmaterial des die integrierte Schaltungsanordnung umgebenden Gehäuses nicht übereinstimmende, thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, zieht sich das Kunststoffmaterial bei Abkühlung auf Umgebungstemperatur, zum Beispiel Zimmertemperatur, stärker zusammen und übt einen im Wesentlichen nicht reproduzierbaren, mechanischen Stress auf das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung aus. Das Kunststoffmaterial weist im allgemeinen einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung auf, wobei als Halbleitermaterialien zumeist Silizium oder auch Germanium, Galliumarsenid (GaAs), InSb, InP, usw. verwendet werden können.
Der mechanische Stress bzw. die mechanische Verspannung in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats, der auf die integrierte Schaltungsanordnung einwirkt, kann im allgemeinen deswegen schlecht reproduziert werden, weil der mechanische Stress von der Kombination der verwendeten Materialien für das Halbleitersubstrat und für die Vergussmasse und darüber hinaus von den Verarbeitungsparametern, wie zum Beispiel der Aushärtetemperatur und Aushärtezeitdauer der Verbundmasse des Gehäuses der integrierten Schaltungsanordnung, abhängt.
Durch verschiedene Piezo-Effekte in dem Halbleitermaterial, wie zum Beispiel durch den piezoresistiven Effekt, Piezo-MOS-Effekt, Piezo-Junction-Effekt, Piezo-Hall-Effekt und Piezo-Tunnel-Effekt, werden durch einen einwirkenden mechanischen Stress der integrierten Schaltungsanordnung auch wichtige elektrische bzw. elektronische Parameter der integrierten Schaltungsanordnung beeinflusst. Dabei werden im Zusammenhang der weiteren Beschreibung unter dem Oberbegriff „Piezo-Effekte“ allgemein die Änderungen von elektrischen bzw. elektronischen Parametern der in dem Halbleitermaterial integrierten Schaltungsanordnung unter dem Einfluss einer mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial bezeichnet.
Eine mechanische Verspannung in dem Halbleitermaterial bewirkt, dass sich die Eigenschaften der Ladungsträger hinsichtlich das Ladungsträgertransports, wie zum Beispiel Beweglichkeit, Kollisionszeit, Streufaktor, Hallkonstante, usw., ändern. Allgemein ausgedrückt gibt der Piezo-resistive Effekt an, wie sich der spezifische Ohm'sche Widerstand des jeweiligen Halbleitermaterials unter dem Einfluss einer mechanischen Verspannung verhält. Aus dem Piezo-Junction-Effekt resultieren unter anderem Veränderungen der Kennlinien von Dioden und Bipolartransistoren. Der Piezo-Hall-Effekt beschreibt die Abhängigkeit der Hallkonstante des Halbleitermaterials von dem mechanischen Verspannungszustand in dem Halbleitermaterial. Der Piezo-Tunnel-Effekt tritt an reversebetriebenen, hochdotierten, flachen Lateral-p-n-Übergängen auf. Dieser Strom ist durch Band-zu-Band-Tunneleffekten dominiert und ebenfalls stressabhängig. Der Piezo-resistive Effekt und der gelegentlich in der Literatur zu findende Ausdruck „Piezo MOS-Effekt“ können vergleichbar eingestuft werden, da sich beim Piezo-MOS-Effekt im Wesentlichen genauso wie beim Piezo-resistiven Effekt die Beweglichkeit der Ladungsträger im MOS-Kanal eines MOS-Feldeffekttransistors unter dem Einfluss des mechanischen Stresses in dem Halbleitermaterial des integrierten Schaltungschips ändert.
Es wird somit deutlich, dass aufgrund mechanischer Verspannungen in dem Halbleitermaterial einer integrierten Schaltungsanordnung die elektrischen bzw. elektronischen Charakteristika der integrierten Schaltungsanordnung nicht vorhersagbar verändert bzw. beeinträchtigt werden können. In vielen Fällen kann ein Nachlassen der Leistungsfähigkeit (Performance oder Parameter) der integrierten Schaltungsanordnung beispielsweise in Form einer Beeinträchtigung des Aussteuerbereichs, der Auflösung, der Bandbreite, der Stromaufnahme oder der Genauigkeit, usw. zu beobachten sein.
Im Einzelnen gibt der oben angesprochene Piezo-resistive Effekt an, wie sich der spezifische Ohm'sche Widerstand des jeweiligen Halbleitermaterials unter dem Einfluss eines mechanischen Spannungstensors und der Piezo-resistiven Koeffizienten verhält. Bei integrierten Schaltungsanordnungen (ICs) wird der jeweilige Strom I, zum Beispiel ein Steuerstrom, ein Referenzstrom, usw., durch Schaltungselemente der integrierten Schaltungsanordnung auf dem Halbleiterchip erzeugt. Dabei wird im Wesentlichen eine definierte Spannung U an einem integrierten Widerstand mit dem Widerstandswert R erzeugt und der Strom I ausgekoppelt. Der Strom I kann also allgemein an jedem resistiven Element, zum Beispiel auch an einem MOS-Feldeffekttransistor, der sich im linearen Betriebsbereich befindet, erzeugt werden. Die Spannung U kann beispielsweise durch bekannte Bandgap-Prinzipien relativ konstant bezüglich mechanischer Verspannungen in dem Halbleitermaterial erzeugt werden (abgesehen vom vergleichsweise kleinen Piezo-Junction-Effekt auf die erzeugte Bandgap-Spannung). Der Widerstandswert R unterliegt jedoch dem Piezo-resistiven Effekt. Da sich mechanische Verspannungen in dem Halbleitermaterial durch das Gehäuse der integrierten Schaltungsanordnung gerade in schlecht kontrollierbarer Weise auf den Halbleiterschaltungschip auswirken, wird der Widerstandswert R zur Erzeugung des Stroms I und damit auch der erzeugte Strom I auf ungewollte und unvorhersagbare Weise verändert.
Der Piezo-Hall-Effekt beschreibt nun dagegen die Abhängigkeit der Hallkonstante vom mechanischen Spannungszustand in dem Halbleitermaterial. Sowohl der Piezo-resistive Effekt als auch der Piezo-Hall-Effekt können beim Betrieb einer integrierten Schaltungsanordnung, insbesondere einer Sensoranordnung, wie zum Beispiel eines integrierten Hallsensors einschließlich Ansteuer- und Auswerteelektronik, äußerst störend sein.
Durch den Piezo-Hall-Effekt, der auch aufgrund mechanischer Verspannungen in dem Halbleitermaterial des Halbleiterchips der integrierten Schaltungsanordnung auftritt, ändert sich beispielsweise im Fall einer Hallsensoranordnung die strombezogene Empfindlichkeit S_i,Hall des Hallsensors. Darüber hinaus ändert sich infolge des Piezo-resistiven Effekts bei Anliegen mechanischer Verspannungen in dem Halbleitermaterial der Hallsensoranordnung der Hallversorgungsstrom durch den Hallsensor, da der Hallversorgungsstrom (Steuerstrom) beispielsweise nur über einen mitintegrierten Widerstand R_Hall definiert ist, an dem man, eventuell mittels einer Regelschleife, eine Spannung U abfallen lässt. Eine Änderung des Hallversorgungsstroms aufgrund einer Widerstandsänderung δR_Hall infolge des piezoresistiven Effekts führt daher zu einer Änderung der Empfindlichkeit S_i,Hall des Hallsensors.
Die magnetische Empfindlichkeit des Hallsensors S_i,Hall kann (wie oben angegeben) als das Verhältnis der Ausgangsspannung U_Hall des Hallsensors zu der einwirkenden Magnetfeldkomponente B definiert werden. Eine mechanische Verspannung in dem Halbleitermaterial der Hallsensoranordnung beeinflusst damit die strombezogene magnetische Empfindlichkeit S_i,Hall eines Hallsensors. Es wird im allgemeinen versucht, die magnetische Empfindlichkeit S_i,Hall eines Hallsensors möglichst konstant zu halten, wobei insbesondere Einflüsse aufgrund mechanischer Verspannungen aufgrund der im vorhergehenden dargestellten piezoresistiven Effekte und Piezo-Hall-Effekte störend sind.
Bezüglich integrierter Hallsensorschaltungsanordnungen, die ein von der einwirkenden Magnetfeldkomponente B abhängiges Schaltsignal erzeugen, sollte beachtet werden, dass die magnetische Schaltschwelle B_S immer auf folgende Form zurückgeführt werden kann: $B_{S} \sim R_{Hall} / S_{i,Hall} .$
Somit lässt sich allgemein sagen, dass das Verhältnis von strombezogener magnetischer Empfindlichkeit S_i,Hall zu einem Widerstandswert R_Hall für die magnetischen Parameter, wie zum Beispiel Empfindlichkeit oder Schaltschwellen, einer Hallsensoranordnung bestimmend ist.
Mechanische Verspannungen in dem Halbleitermaterial einer integrierten Schaltungsanordnung können sich somit schlussendlich auf die magnetische Empfindlichkeit bzw. die Schaltschwellen eines durch eine Hallsensoranordnung aufgebauten Gesamtsystems nachteilig auswirken. In der Praxis können magnetische Schaltsensoren vor dem Häusungsprozess (d.h. auf Wafer-Ebene) Schaltschwellen zeigen, die sich um ca. 10% von jenen Schaltschwellen nach der Unterbringung in einem Gehäuse unterscheiden. Ursache dafür sind die im vorhergehenden genannten Piezo-Effekte. So ist insbesondere nach der Unterbringung in einem Gehäuse dahingehend ein unerwünschter Verlauf der „magnetischen Schaltschwellen gegenüber der Temperatur“ in Form einer Hysterese-Schleife festzustellen, die sich zwischen 1% bis 4% öffnet, wobei dies insbesondere dann zu beobachten ist, wenn das IC-Gehäuse vor oder während des Häusungsprozesses viel Feuchtigkeit absorbiert hatte und die Verweildauer des Halbleiterschaltungschips bei Temperaturen über 100°C mehr als etwa 10 Minuten (das ist üblicherweise die Diffusionszeitkonstante kleiner Gehäuse für Integrierte Schaltkreise) beträgt. Die Ursache dafür sind wiederum die oben genannten Piezo-Effekte.
Bezüglich der vorhergehenden dargestellten Piezo-Effekte sollte beachtet werden, dass die in dem Halbleitermaterial auftretenden mechanischen Verspannungen definierenden Koeffizienten sogenannte „Tensoren“ sind, d. h., dass sich die strombezogene magnetische Empfindlichkeit S_i,Hall eines Hallelements und der Widerstandswert R eines resistiven Elements nicht nur durch die Stärke der mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial sondern auch durch die Richtung der Verspannung in dem Halbleitermaterial verändern. Die Richtungsabhängigkeit der mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial gilt für das zumeist verwendete {100}-Siliziummaterial für p- und n-dotierte Widerstände Rp, Rn. Ferner sollte beachtet werden, dass sich {100}-Wafer und {001}-Wafer aus Symmetriegründen in kubischen Kristallen (cubic crystals) einander entsprechen.
Im Folgenden wird nun kurz erläutert, wie bisher versucht wurde, die obigen störenden Piezo-Einflüsse zu verringern. Zum Beispiel kann bei {100}-Siliziummaterial die mechanische Stressabhängigkeit integrierter Widerstände dadurch verringert werden, dass nach Möglichkeit p-dotierte Widerstände anstelle n-dotierter Widerstände verwendet werden, weil p-dotierte integrierte Widerstände im allgemeinen kleinere Piezo-Koeffizienten aufweisen.
Ferner können zwei nominell gleich große Widerstände im Layout senkrecht zueinander und in einem geringen Abstand zueinander angeordnet und elektrisch in Serie oder parallel geschaltet werden (sog. L-Layout). Dadurch wird der Gesamtwiderstand von der Richtung der mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial möglichst unabhängig und somit bestmöglich reproduzierbar. Zugleich wird die Piezo-Empfindlichkeit einer solchen Anordnung für beliebige Richtung der mechanischen Verspannung auch minimal klein.
Darüber hinaus werden dahingehend Anstrengungen unternommen, um das IC-Gehäuse derart zu gestalten, dass der mechanische Stress (die mechanischen Verspannungen) auf den Halbleiterschaltungschip besser reproduzierbar wird. Dazu können entweder teurere Keramikgehäuse verwendet werden, oder man stimmt die mechanischen Parameter der Gehäusekomponenten, d.h. Halbleiterschaltungschip, Anschlussleitungsrahmen (Leadframe), Vergussmasse, Klebstoffmaterial oder Lotmaterial, so aufeinander ab, dass sich die Einflüsse der verschiedenen Gehäusekomponenten weitestgehend kompensieren oder zumindest möglichst konstant bezüglich Montagelos und Stressbelastung der integrierten Schaltungsanordnung während des Betriebs sind. Es sollte aber deutlich werden, dass die Abstimmung der mechanischen Parameter der Gehäusekomponenten äußerst aufwendig ist, und ferner geringste Änderungen des Prozessablaufs wieder zu einer Veränderung der Einflüsse der verschiedenen Gehäusekomponenten führen.
Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass eine unerwünschte und schwer beherrschbare Beeinflussung der physikalischen Funktionsparameter von Halbleiterbauelementen von integrierten Schaltungsanordnungen auf einem Halbleiterschaltungschip aufgrund von mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial durch unterschiedliche Piezo-Effekte hervorgerufen werden kann. Dabei ist eine Kompensation des Einflusses der Piezo-Effekte auf die physikalischen und elektronischen Funktionsparameter der Halbleiterbauelemente dahingehend problematisch, dass die auftretenden Stresskomponenten in dem Halbleitermaterial im allgemeinen weder im Voraus bekannt sind noch während der Lebensdauer konstant bleiben, so dass die mechanischen Parameter bei der Unterbringung der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse, d.h. beispielsweise das Material des Halbleiterchips, des Anschlussleitungsrahmens, der Vergussmasse, des Klebstoffes oder des Lotmaterials, nur schwer bzw. überhaupt nicht aufeinander abgestimmt werden können, um die oben genannten Piezo-Einflüsse auf das Halbleitermaterial und damit auf die elektronischen und physikalischen Funktionsparameter der Halbleiterbauelemente geeignet zu kontrollieren.
Ausgehend davon besteht ein Bedarf an verbesserten Konzepten zur Kompensation von Piezo-Einflüssen auf integrierte Schaltungsanordnungen. Diesem Bedarf wird durch die Vorrichtungen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen Rechnung getragen. Unter manchen Umständen vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt wird eine Halbleiterschaltungsanordnung vorgeschlagen. Die Halbleiterschaltungsanordnung weist ein Halbleitersubstrat auf. In das Halbleitersubstrat ist eine Hallsensorschaltung integriert. Die Hallsensorschaltung weist einen ersten Anschluss und einen dem ersten Anschluss gegenüberliegenden zweiten Anschluss auf. Die Hallsensorschaltung weist ferner einen dritten Anschluss und einen dem dritten Anschluss gegenüberliegenden vierten Anschluss auf. Die Hallsensorschaltung ist ausgestaltet, um während einer ersten Taktphase einen Hallversorgungsstrom zwischen dem ersten Anschluss und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss in einem ersten Winkel zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten. Dadurch wird ein erstes elektrisches Spannungssignal in der Halleffektregion erzeugt. Sowohl der Hallversorgungsstrom als auch das erste elektrische Spannungssignal weisen eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf. Die Hallsensorschaltung ist zudem ausgestaltet, um während einer zweiten Taktphase einen Hallversorgungsstrom zwischen dem dritten Anschluss und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss in einem zu dem ersten Winkel orthogonalen zweiten Winkel lateral durch die Halleffektregion zu leiten. Dadurch wird ein zweites elektrisches Spannungssignal in der Halleffektregion erzeugt. Sowohl der Hallversorgungsstrom als auch das zweite elektrische Spannungssignal weisen eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf. Gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept ist die Halbleiterschaltungsanordnung ferner dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente (zum Beispiel eine Schubspannung und/oder eine Normalspannung) zu ermitteln. Das Ermitteln der mechanischen Spannungskomponente erfolgt basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals und des zweiten elektrischen Spannungssignals.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln einer mechanischen Spannungskomponente mittels einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleitersubstrat und einer darin integrierten Hallsensorschaltung vorgeschlagen, wobei die Hallsensorschaltung einen ersten Anschluss und einen dem ersten Anschluss gegenüberliegenden zweiten Anschluss sowie einen dritten Anschluss und einen dem dritten Anschluss gegenüberliegenden vierten Anschluss aufweist. Das Verfahren weist einen Schritt auf, in dem während einer ersten Taktphase ein Hallversorgungsstrom angelegt wird, und zwar zwischen dem ersten Anschluss und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss, um den Hallversorgungsstrom in einem ersten Winkel zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion der Hallsensorschaltung zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom ein erstes elektrisches Spannungssignal in der Halleffektregion erzeugt, wobei das erste elektrische Spannungssignal eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Das Verfahren weist ferner einen weiteren Schritt auf, in dem während einer zweiten Taktphase ein Hallversorgungsstrom zwischen dem dritten Anschluss und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss angelegt wird, um den Hallversorgungsstrom in einem zu dem ersten Winkel orthogonalen zweiten Winkel lateral durch die Halleffektregion der Hallsensorschaltung zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom ein zweites elektrisches Spannungssignal in der Halleffektregion erzeugt, und wobei das zweite elektrische Spannungssignal eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Das Verfahren weist ferner einen Schritt auf, in dem eine bestimmte mechanische Verspannungskomponente ermittelt wird, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals und des zweiten elektrischen Spannungssignals.
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1A-1C allgemeine Definitionen kristallographischer Richtungen in der Ebene (Waferebene) eines Halbleitermaterials,
2 eine schematische Darstellung einer Halbleiterschaltungsanordnung zur Kompensation einer mechanischen Verspannung einer in ein Halbleitersubstrat integrierten Hallsensorschaltung,
3 eine L-Widerstandsanordnung,
4 eine schematische Übersicht eines Schaltplans zur Darstellung der Halbleiterschaltungsanordnung mit der integrierten Hallsensorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
5A-5B eine schematische Ansicht zweier Ausführungsbeispiele von Hallsensorschaltungen, die ausgestaltet sind, um einen Differenzstress zu ermitteln,
5C eine schematische Ansicht zur Darstellung einer von der Hallsensorschaltung separaten Bauteilkomponente, deren stressbedingte Parameterabweichungen unter Anwendung des ermittelten Differenzstresses kompensiert werden können,
6A-6B eine schematische Ansicht zweier Ausführungsbeispiele von Hallsensorschaltungen, die ausgestaltet sind, um eine Schubspannung zu ermitteln,
6C eine schematische Ansicht zur Darstellung einer von der Hallsensorschaltung separaten Bauteilkomponente, deren stressbedingte Parameterabweichungen unter Anwendung der ermittelten Schubspannung kompensiert werden können,
7A-7B eine schematische Ansicht zweier Ausführungsbeispiele von Hallsensorschaltungen, die ausgestaltet sind, um einen Summenstress zu ermitteln,
7C eine schematische Ansicht zur Darstellung einer von der Hallsensorschaltung separaten Bauteilkomponente, deren stressbedingte Parameterabweichungen unter Anwendung des ermittelten Summenstresses kompensiert werden können,
8A eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Hallsensorschaltung, die ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld zu messen und einen Summenstress zu ermitteln,
8B eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Hallsensorschaltung, die ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld zu messen und eine Schubspannung zu ermitteln,
8C eine schematische Ansicht zur Darstellung der Hallsensorschaltung, die ausgestaltet ist, um ein Magnetfeld unter Kompensation eines anfänglichen Offset-Fehlers zu messen, und
9 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Verfahrensschritte, die in einem Blockdiagramm dargestellt und mit Bezugnahme auf das selbige erläutert werden, können auch in einer anderen als der abgebildeten beziehungsweise beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind Verfahrensschritte, die ein bestimmtes Merkmal einer Vorrichtung betreffen mit ebendiesem Merkmal der Vorrichtung austauschbar, was ebenso anders herum gilt.
Im Folgenden werden integrierte Hallsensorschaltungen behandelt. Hierbei kann es sich insbesondere um laterale Hall-Platten handeln. Der Begriff „lateral“ ist hier im Sinne von „parallel zur Chipoberfläche“ zu verstehen. Die lateralen Hall-Platten können auch als horizontale Hall-Platten oder planare Hall-Platten bezeichnet werden.
In Ausführungsbeispielen ist ein Halbleitersubstrat mit einer integrierten Hallsensorschaltung beschrieben. Diese integrierte Hallsensorschaltung kann einen ersten Anschluss und einen dem ersten Anschluss gegenüberliegenden zweiten Anschluss aufweisen, sowie zusätzlich einen dritten Anschluss und einen dem dritten Anschluss gegenüberliegenden vierten Anschluss. In einigen Ausführungsbeispielen kann die integrierte Hallsensorschaltung exakt bzw. ausschließlich diese erwähnten vier Anschlüsse aufweisen. In weiteren Ausführungsbeispielen werden in genau vier Spinning-Phasen alle Spannungen zur Berechnung der Stresskomponenten σ_xx+σ_yy, σ_xx-σ_yy und σ_xy und einer Hallspannung ermittelt und jede einzelne Komponente durch Summen- und/oder Differenz-Bildung von zumindest zwei Spinning-Phasen gewonnen.
Um das Verständnis der folgenden detaillierten Beschreibung einer Halbleiterschaltungsanordnung zur Kompensation verschiedener Piezo-Effekte zu vereinfachen, werden nun zuerst anhand der 1A bis 1C die im folgenden verwendeten Definitionen hinsichtlich des verwendeten Halbleitermaterials und der vorgegebenen Richtungen auf demselben bezüglich der Kristallausrichtung des Halbleitermaterials dargestellt.
Für die Herstellung integrierter Schaltungen werden die Halbleiterwafer, wie zum Beispiel Siliziumwafer bzw. Siliziumscheiben, derart von einem Einkristallstab abgesägt, dass die Waferoberfläche einer kristallographischen Ebene zugeordnet ist. Um die jeweilige Ebene in einem kubischen Kristall festzulegen, werden dabei die sogenannten „Miller'schen Indizes“ verwendet. 1A zeigt beispielsweise eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer, der in der (100)-Ebene geschnitten ist.
Ferner sind in 1A bis 1C die kristallographischen Hauptrichtungen in der Waferebene gekennzeichnet, wobei die Hersteller von Siliziumwafern oftmals ein sogenanntes „Primary Flat“ an der Siliziumscheibe vorsehen. Gleichermaßen können auch Einkerbungen o.ä. zur Kennzeichnung verwendet werden. Derartige Einkerbungen sollen im Rahmen dieser Offenbarung also gleichermaßen wie ein Primary Flat verstanden werden. Üblicherweise verlaufen die Kanten der rechteckförmigen Geometrien der Schaltkreisstrukturen auf dem Halbleiterchip parallel bzw. senkrecht zu den Primary Flats. In 1A sind insbesondere die kristallographischen Richtungen bzw. Achsen in der Ebene des Halbleiterwafers dargestellt, wobei diese im Folgenden in eckigen Klammern dargestellt sind. Das Koordinatensystem wird üblicherweise derart verwendet, dass die [110]-Richtung senkrecht bzw. normal zum Primary Flat verläuft, während die [110]-Richtung parallel zum Primary Flat verläuft. Die Richtungen [010] und [100] verlaufen in einem Winkel von ± 45° zu der [110]-Richtung, die eine Normale der Primary-Flat-Ebene definiert. Die Richtungen [010] und [100] verlaufen in einem Winkel von ± 45° zu der [110]-Richtung, die ebenfalls eine Normale (in entgegengesetzter Richtung zu [110]) der Primary-Flat-Ebene definiert.
Ferner wird ein Winkel Φ bezüglich der [110]-Richtung definiert, wobei der Winkel Φ bei Draufsicht auf die Waferoberseite entgegen dem Uhrzeigersinn ausgehend von der [110]-Richtung gezählt wird. Üblicherweise werden die einzelnen Chips am Wafer so positioniert, dass die Richtungen Φ = 0° und Φ = 90° der IC-Vertikal- bzw. Horizontalrichtung entsprechen, wobei diese Richtungen vertauscht sein können, je nachdem, ob der IC hochkant oder liegend vorliegt. Im Folgenden werden ferner die Richtung Φ = 90° als x-Achse [110]-Richtung) sowie die Richtung Φ = 0° als negative y-Achse ([110]-Richtung) bezeichnet.
Unter der Annahme, dass die x-Achse identisch mit der Kristallrichtung [110] und die y-Achse identisch mit der [110]-Kristallrichtung ist, heißt dies insbesondere dass der Halbleiterschaltungschip aus einem {100}-Halbleitermaterial (zum Beispiel {100}-Silizium) gefertigt ist. Üblicherweise ist dann das Primary Flat parallel zur x-Achse, so dass die Kanten des Halbleiterschaltungschips parallel zur x- und y-Achse sind. Die Kristallrichtungen [100] und [010] sind dann identisch mit den Diagonalen des Halbleiterschaltungschips (vgl. 1B).
Da in der Mehrzahl von Anwendungsfällen für integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen ein {100}-Siliziummaterial verwendet wird, sind die folgenden Ausführungen zur Vereinfachung der Erläuterungen und aufgrund der besonderen praktischen Bedeutung vor allem auf die Zahlenwerte für {100}-Siliziummaterial, die für dieses Material relevant sind, bezogen. Es sollte jedoch für den Fachmann offensichtlich sein, dass entsprechend auch andere Halbleitermaterialien bzw. auch andere Siliziummaterialien verwendet werden können.
Die mechanische Verspannung wird auch als mechanischer Stress bezeichnet. Dieser mechanische Stress ist eine Tensor-Größe und bezeichnet die Kraft pro Fläche, die innerhalb eines starren Körpers unter Einwirkung einer mechanischen Last wirkt. Diese Kraft kann dargestellt werden, indem der starre Körper geschnitten wird. Diese Kraft muss theoretisch an den Schnittflächen aufgewendet werden, um den Körper unter derselben Last zu halten.
1C zeigt einen kleinen Block, der aus einem starren Körper geschnitten wurde. Wie zu sehen ist, kann ein solcher Schnitt durch den Körper verschiedene Orientierungen aufweisen, was wiederum die Kräfte an den Schnittflächen beeinflusst. Das heißt, die Kraft (die ein Vektor ist), hängt auch von der Orientierung des Schnitts ab. Demnach hat diese Kraft (d.h. der mechanische Stress) auch mehr als drei Freiheitsgrade. Der dargestellte Block weist Schnittflächen auf, die jeweils parallel zur x-, y- und z-Achse sind. Die Kräfte an jeder Schnittfläche können in Einzelkomponenten zerlegt werden, die jeweils in x-, y- und z-Richtung zeigen. Auf jeder Schnittfläche gibt es eine Komponente, die senkrecht zur Fläche ist: dies ist die Normalspannungskomponente (oder auch: Normal-Stresskomponente) σ_XX. An jeder Schnittfläche treten zwei benachbarte Komponenten auf, die parallel zur Fläche verlaufen: dies sind die Schubspannungskomponenten (oder auch: Scherspannung oder Scher-Stresskomponenten) σ_XY, σ_XZ. Der erste Index kennzeichnet die Richtung der Fläche und der zweite Index kennzeichnet die Richtung der Kraft.
Die Normalspannung kann, je nach Vorzeichen, eine Druck- oder Zugspannung sein. Normalspannungen wirken senkrecht zur Koordinatenfläche, d.h. Normalen- und Wirkrichtung stimmen überein. Die Schubspannung wirkt tangential zur Fläche und stellt eine Scherbelastung dar.
Insgesamt existieren neun Komponenten, und zwar drei Schnittflächen, jede davon mit einer Normalspannungskomponente und zwei Schubspannungskomponenten. Die Kräfte an den gegenüberliegenden Regionen (d.h. die negativen Ebenen mit Normalenvektoren in negativer x-, y-, z-Richtungen) sind gleichgroß, jedoch mit negativem Vorzeichen. Wenn man das Kräfte- bzw. Momentengleichgewicht auf den in 1C abgebildeten Block anwendet, erkennt man, dass die Schubspannungen gleich sind, wenn deren Indizes vertauscht sind: σ_YZ = σ_ZY, σ_XZ = σ_XY, σ_XY = σ_YX. Letztendlich landet man somit bei sechs unabhängigen Komponenten des Stress-Tensors, d.h. drei Normalspannungskomponenten σ_XX, σ_YY, σ_ZZ und drei Schubspannungskomponenten σ_YZ, σ_XZ, σ_XY.
In der Regel müssen nicht alle sechs Spannungskomponenten gleichzeitig betrachtet werden, da im Falle von mikroelektronischen Packages normalerweise sogenannte Laminate verwendet werden, deren laterale Ausdehnung in x,y-Richtung deutlich größer sind als deren Dicke in z-Richtung (siehe auch 1B).
Im Folgenden wird nun anhand von 2 eine Halbleiterschaltungsanordnung 20 zur Kompensation einer mechanischen Verspannung einer in ein Halbleitersubstrat integrierten Hallsensorschaltung erörtert. Die schematisch dargestellte Halbleiterschaltungsanordnung 20 umfasst eine in das Halbleitersubstrat integrierte Hallsensorschaltung 21. Die Hallsensorschaltung 21 ist ausgestaltet, um während einem ersten Taktintervall PH1 einen Hallversorgungsstrom zwischen einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 23 einer Halleffektregion bzw. Hallplatte 24 in einem 90°-Winkel zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch die Halleffektregion 24 zu leiten (zum Beispiel also in [110]-Richtung). Dabei wird während des ersten Taktintervalls PH1 zum Beispiel eine erste Spannung Vph1 an dem ersten Anschluss 22 der Halleffektregion 24 gemessen und von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 27 digitalisiert. Für die hier beispielhaft gezeigte [110]-Richtung als erste Stromrichtung ergibt sich beispielhaft für n-Diffusionswiderstände vom mechanischen Stress eine stressrichtungsabhängige Widerstandsänderung von $δ R [\bar{1} 10] = - 31,2 δ_{x x} - 17,6 δ_{y y} + 53,4 δ_{z z}$
Das heißt, bei einer Stromrichtung in [110]-Richtung erfährt der Gesamtwiderstand eine Änderung von -31,2% pro GPa bedingt durch die mechanische Normalspannungskomponente σ_XX, sowie eine Änderung von -17,6% pro GPa bedingt durch die mechanische Normalspannungskomponente σ_YY, und eine Änderung von +53,4% pro GPa bedingt durch die mechanische Normalspannungskomponente σ_ZZ.
Die Hallsensorschaltung 21 ist ausgebildet, um während einem zweiten Taktintervall PH2 den Hallversorgungsstrom zwischen einem dritten Anschluss 25 und einem vierten Anschluss 26 der Halleffektregion 24 in einem 0°-Winkel zu der Normalen der Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch die Halleffektregion 24 zu leiten (zum Beispiel also in [110]-Richtung). Dabei wird während des zweiten Taktintervalls PH2 zum Beispiel eine zweite Hall-Spannung Vph2 an dem ersten Anschluss 22 der Halleffektregion 24 gemessen und von dem ADC 27 digitalisiert. Für die hier beispielhaft gezeigte [110]-Richtung als zweite Stromrichtung ergibt sich beispielhaft für n-Diffusionswiderstände vom mechanischen Stress eine stressrichtungsabhängige Widerstandsänderung von $δ R [110] = - 17,6 δ_{x x} - 31,2 δ_{y y} + 53,4 δ_{z z}$
Die Stromrichtungen der beiden Taktphasen PH1 und PH2 können natürlich auch vertauscht sein. Mit der Halbleiterschaltungsanordnung 20 kann die Richtungsabhängigkeit von piezoresistiven Effekten eliminiert werden, indem die Halleffektregion 24 in dem ersten Taktintervall PH1 in einem 90°-Winkel (oder 0°-Winkel) zu der Normalen der Primary-Flat-Ebene vom Strom durchflossen wird und in dem zweiten Taktintervall PH2 in einer dazu orthogonalen Richtung, und wobei eine zeitliche Mittelung der beiden Taktintervalle vorgenommen werden kann. Die Halleffektregion 24 verhält sich durch die beiden gemittelten Taktintervalle wie zwei laterale orthogonale Widerstände im sogenannten L-Layout (siehe 3), welches sich bezüglich mechanischer Verspannung unabhängig gegenüber einer Drehung der gesamten Anordnung um ± 45° verhält. In einem beispielhaften {100}-Silizium-Halbleitermaterial sind für den Piezo-resistiven Effekt vor allem die piezoresistiven Koeffizienten π₁₁ und π₁₂ sowie die Normalspannungskomponenten σ_XX und σ_YY in der Ebene der Chipoberfläche relevant. Für n-dotierte Widerstände im lateralen L-Layout gemäß 3 gilt: δR^π _L = -24.4% / GPa (σ_XX, σ_YY). Das heißt, der Gesamtwiderstand erfährt eine Änderung von -24,4% pro GPa unter Einwirkung der Normalspannungskomponenten σ_XX, σ_YY. Die Veränderung des Widerstands kann in diesem Falle also im Wesentlichen, bzw. ausschließlich, abhängig sein von den beiden Normalspannungskomponenten σ_XX, σ_YY.
Wie soeben erwähnt, kann also mit der hier abgebildeten Halbleiterschaltungsanordnung 20 die Richtungsabhängigkeit von piezoresistiven Effekten eliminiert werden, indem die Halleffektregion 24 in dem ersten Taktintervall PH1 in einem 90°-Winkel (oder 0°-Winkel) zu der Normalen der Primary-Flat-Ebene vom Strom durchflossen wird und in dem zweiten Taktintervall PH2 in einer dazu orthogonalen Richtung, wobei eine zeitliche Mittelung der beiden Taktintervalle vorgenommen werden kann.
Gemäß dem hierin beschriebenen Konzept wurde erkannt, dass die mittels der Hallsensorschaltung ermittelten Stresskomponenten nicht nur dafür genutzt werden können, um stressbedingte negative Auswirkungen auf die Hallsensorschaltung zu kompensieren, sondern auch dafür, um stressbedingte negative Auswirkungen auf andere, d.h. von der Hallsensorschaltung separate, Bauteile und/oder Schaltungen zu kompensieren, insbesondere in dem Falle, dass diese separaten Bauteile und/oder Schaltungen auf demselben Halbleitersubstrat wie die Hallsensorschaltung angeordnet bzw. integriert sind.
4 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Ermitteln von mechanischen Spannungskomponenten bzw. Stresskomponenten. Bei der Vorrichtung 100 kann es sich um eine Halbleiterschaltungsanordnung mit einem Halbleitersubstrat handeln, wobei das Halbleitersubstrat eine integrierte Hallsensorschaltung 101 aufweist. Bei dem Halbleitersubstrat kann es sich beispielsweise um ein {100}-Siliziumsubstrat handeln. Es ist zu erwähnen, dass es sich hier nur um eine rein schematische Darstellung der Hallsensorschaltung 101 in einer ersten Taktphase PH1 bzw. PH_spin1 und einer zweiten Taktphase PH2 bzw. PH_spin2 handelt. Das heißt, obwohl hier zwei Hallsensorschaltungen 101 gezeigt sind, handelt es sich de facto um ein und dieselbe Hallsensorschaltung, die eben einmal in der ersten Taktphase PH1 und einmal in der zweiten Taktphase PH2 abgebildet ist.
Links oben im Bild in 4 ist eine vergrößerte Darstellung der Hallsensorschaltung 101 in den beiden Taktphasen PH1 und PH2 gezeigt. Auf der linken Seite, d.h. in der ersten Taktphase PH1, wird ein Hallversorgungsstrom 102 zwischen einem ersten Anschluss 111 und einem zweiten Anschluss 112 lateral durch die Hallsensorschaltung 101 geleitet. Im Falle des hier rein beispielhaft beschriebenen {100}-Siliziums fließt also der Hallversorgungsstrom 102 in [010]-Richtung durch die Hallsensorschaltung 101. Auf der rechten Seite, d.h. in der zweiten Taktphase PH2, wird ein Hallversorgungsstrom 102 zwischen einem dritten Anschluss 113 und einem vierten Anschluss 114 lateral durch die Hallsensorschaltung 101 geleitet. Im Falle des hier rein beispielhaft beschriebenen {100}-Siliziums fließt also der Hallversorgungsstrom 102 in [100]-Richtung durch die Hallsensorschaltung 101. Der Begriff „lateral“ ist hier im Sinne von „parallel zur Chipoberfläche“ zu verstehen.
Es sei nun auf die beiden abgebildeten Hallsensorschaltungen 101 verwiesen, die in 4 unten in der Schaltung eingezeichnet sind. Auch hier ist wiederum die linke Hallsensorschaltung 101 in einer ersten Taktphase PH1 gezeigt, und die rechte Hallsensorschaltung 101 ist in einer zweiten Taktphase PH2 gezeigt. Hier ist rein schematisch ein Schalter 120 eingezeichnet, um das Umschalten zwischen den beiden Taktphasen PH1, PH2 zu versinnbildlichen.
Es ist zudem zu erkennen, dass in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem (hier diagonal) gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112 der Halleffektregion in einem 45°-Winkel zu einer Normalen der rechts oben eingezeichneten Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch die Halleffektregion geleitet wird. Wie man auch dem in 1A abgebildeten Diagramm entnehmen kann, entsprechen für ein beispielhaftes {100}-Silizium-Halbleitermaterial solche 45°-Winkel den Richtungen [100], [010], [100] oder [010]. Dabei weist die Halleffektregion und damit der Hallversorgungsstrom 102 eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Der in der Halleffektregion links außen angeordnete Widerstand, d.h. der in [110]-Richtung verlaufende Widerstand, weist eine Widerstandsänderung auf von: $δ R [110] = - 17,6 σ_{x x} - 31,2 σ_{y y} + 53,4 σ_{z z}$
Der in der Halleffektregion unten angeordnete Widerstand, d.h. der in [110]-Richtung verlaufende Widerstand, weist eine Widerstandsänderung auf von: $δ R [\bar{1} 10] = - 31,2 σ_{x x} - 17,6 σ_{y y} + 53,4 σ_{z z}$
Der in der Halleffektregion diagonal angeordnete Widerstand, d.h. der in [010]-Richtung verlaufende Widerstand, weist eine Widerstandsänderung auf von: $δ R [010] = - 24,4 σ_{x x} - 24,4 σ_{y y} + 155,6 σ_{x y} + 53,4 σ_{z z}$
Es ist also zu erkennen, dass der Diagonalwiderstand, d.h. der in [010]-Richtung verlaufende Widerstand, den jeweiligen Mittelwert der Normalspannungskomponenten σ_xx, σ_yy und σ_zz des linken Widerstands und des unteren Widerstands aufweist, plus eine zusätzliche Schubspannungskomponente σ_xy in Diagonal-Richtung, d.h. in [010]-Richtung.
Selbiges gilt auch für die zweite Taktphase PH2, wobei hier das Vorzeichen der zusätzlichen Schubspannungskomponente σ_xy in Diagonal-Richtung umgekehrt ist. Dies ergibt sich daraus, da hier der diagonale Widerstand im Vergleich zur ersten Taktphase PH1 um 90° gedreht ist, sodass der Hallversorgungsstrom in die entgegengesetzte Richtung, d.h. in [100]-Richtung, verläuft.
Somit ergibt sich für die erste Taktphase PH1, in der der Hallversorgungsstrom in die [010]-Richtung fließt (hier sei per Definition festgelegt: +45°), folgende effektive Summe für die Gesamtwiderstandsänderung: $R^{n}_{H a l l + 45^{\circ}} \sim 1 - 24,4 / G P a \times (σ_{x x} + σ_{y y}) + k \times 155 / G P a \times (σ_{x y}) + 53 / G P a \times (σ_{z z})$
beziehungsweise für die zweite Taktphase PH2 mit negativem Vorzeichen: $R^{n}_{H a l l - 45^{\circ}} \sim 1 - 24,4 / G P a \times (σ_{x x} + σ_{y y}) - k \times 155 / G P a \times (σ_{x y}) + 53 / G P a \times (σ_{z z})$
Der Faktor k ist ein Wichtungsfaktor, bedingt durch anteilige Beiträge von senkrechten und waagerechten zu diagonalen Widerstandsanteilen im Hallplatten-Modell.
Ebendiese Hallsensorschaltung 101 ist auch nochmals in 5A dargestellt. 5B hingegen zeigt eine Halbleiterschaltungsanordnung mit einer Hallsensorschaltung 101 bzw. einer horizontalen Hall-Platte 101, die gegenüber der in 5A abgebildeten horizontalen Hall-Platte 101 um 45° gedreht ist.
In 5A wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von + 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [010]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von - 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [100]-Richtung.
In 5B ist eine Hallsensorschaltung 101 bzw. eine horizontale Hall-Platte 101 gezeigt, die gegenüber der in 5A abgebildeten horizontalen Hall-Platte 101 um 45° gedreht ist. In 6B wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 0° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 90° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung.
Das Fließen des Hallversorgungsstroms 102 erzeugt eine elektrische Spannung in der Halleffektregion der integrierten Hallsensorschaltung 101. Diese elektrische Spannung kann in Form eines elektrischen Spannungssignals beispielsweise an je zwei der insgesamt vier Anschlüsse 111, 112, 113, 114 abgegriffen werden. Beispielsweise kann ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Ausgangsspannung V_Hallout an den beiden Anschlüssen abgegriffen werden, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Andererseits kann an den Anschlüssen, an denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Bias-Spannung VHallbias abgegriffen werden.
In der ersten Taktphase PH1 kann demnach ein erstes Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen werden, und in der zweiten Taktphase PH2 kann demnach ein zweites Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen werden. Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) weist eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf, und das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) weist eine unterschiedliche zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Etwas allgemeiner ausgedrückt, ist also die Hallsensorschaltung 101 gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept dazu ausgestaltet, um während einer ersten Taktphase PH_spin1 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112 in einem ersten Winkel Φ₁ zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten und ein erstes elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hall _bias(PH_spin1) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 5A ist der erste Winkel Φ₁ = + 45°, und im Falle von 5B ist der erste Winkel Φ₁ = 0°.
Die Hallsensorschaltung 101 ist ferner dazu ausgestaltet, um während einer zweiten Taktphase PH_spin2 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss 114 in einem zu dem ersten Winkel Φ₁ orthogonalen zweiten Winkel Φ₂ lateral durch die Halleffektregion zu leiten und ein zweites elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hall _bias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 5A ist der zweite Winkel Φ₂ = - 45°, und im Falle von 5B ist der zweite Winkel Φ₂ = 90°.
Gemäß dem hierin beschriebenen Konzept ist die Halbleiterschaltungsanordnung 100 ferner dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente, z.B. eine Normalspannungskomponente und/oder eine Schubspannungskomponente, zu ermitteln, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2).
Dies soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5A und 5B näher erläutert werden. In 5A wird sowohl in der ersten Taktphase PH1 als auch in der zweiten Taktphase PH2 jeweils eine Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallout(PH_spin2) an denjenigen Anschlüssen abgegriffen, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Das heißt, in der ersten Taktphase PH1 wird an dem dritten und vierten Anschluss 113, 114 ein erstes elektrisches Spannungssignal in Form einer ersten Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin1) abgegriffen, und in der zweiten Taktphase PH2 wird an dem ersten und zweiten Anschluss 111, 112 ein zweites elektrisches Spannungssignal in Form einer zweiten Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin2) abgegriffen.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin1) ist abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom sogenannten mechanischen Summenstress, d.h. von der Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), und vom sogenannten mechanischen Differenzstress, d.h. von der Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy). Das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) ist jedoch unabhängig von einer Schubspannungskomponente. Auch die Abhängigkeit von der Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist vernachlässigbar. Der Differenzstress (σ_xx - σ_yy) geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) = f (B_{z} (σ_{x x} + σ_{y y}), - (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin2) ist ebenfalls abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom mechanischen Summenstress, d.h. von der Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), und vom mechanischen Differenzstress, d.h. von der Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy). Auch das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) ist unabhängig von einer Schubspannungskomponente, und auch die Abhängigkeit von der Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist vernachlässigbar. Allerdings geht der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) hier in der zweiten Taktphase PH2 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) = f (B_{z} (σ_{x x} + σ_{y y}), + (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) und V_Hallout(PH_spin2) in Form einer Differenzenbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Differenz zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) - V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) = + 2 \times f (σ_{x x} - σ_{y y}) .$
Es ist zu erkennen, dass sich sowohl die Normalspannungskomponente σ_xy als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente B_z hierbei herauskürzen. Übrig bleibt die Abhängigkeit von dem zuvor erwähnten mechanischen Differenzstress σ_xx - σ_yy. Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Differenzenbildung eine mechanische Normalspannungskomponente, nämlich der mechanische Differenzstress σ_xx - σ_yy ermittelt werden.
Dies gilt auch für die in 5B gezeigte Alternative, das heißt auch mittels der in 5B gezeigten Variante kann ein mechanischer Differenzstress σ_xx - σ_yy mittels einer Differenzenbildung ermittelt werden. In der in 5B gezeigten Ausführungsform wird hierfür jedoch anstelle der zuvor diskutierten Hall-Ausgangsspannung V_Hallout die Hall-Bias-Spannung V_Hallbias verwendet. Das heißt, in 5B wird während der ersten Taktphase PH_spin1 das erste Spannungssignal in Form der Hall-Bias-Spannung V_Hall-bias(PH_spin1) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen auch der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem zweiten Anschluss 112. Während der zweiten Taktphase PH_spin2 wird das zweite Spannungssignal in Form der Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin2) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen auch der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem vierten Anschluss 114.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin1) ist abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom mechanischen Summenstress, d.h. von der Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) und vom mechanischen Differenzstress, d.h. von der Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy). Es besteht jedoch keine Abhängigkeit von einer Schubspannungskomponente. Auch die Abhängigkeit einer Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist vernachlässigbar. Der Differenzstress (σ_xx - σ_yy) geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) + f (B_{z} (σ_{x x} + σ_{y y}), + (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin2) ist ebenfalls abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom mechanischen Summenstress σ_xx + σ_y, und vom mechanischen Differenzstress σ_xx - σ_yy. Allerdings geht der mechanische Differenzstress σ_xx - σ_yy hier in der zweiten Taktphase PH2 mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) + f (B_{z}, (σ_{x x} + σ_{y y}), - (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf. Die Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist auch hier in dieser Anordnung sowohl in der ersten Taktphase PH1 als auch in der zweiten Taktphase PH2 wieder vernachlässigbar.
Gemäß dem hier in 5B gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallbias(PH_spin1) und V_Hall-bias(PH_spin2) auch wieder in Form einer Differenzenbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Differenz zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) - V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) = + 2 \times f (σ_{x x} - σ_{y y}) .$
Auch hier kürzen sich sowohl die Normalspannungskomponente σ_xy als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente Bz heraus. Übrig bleibt die Abhängigkeit von dem zuvor erwähnten mechanischen Differenzstress σ_xx - σ_yy. Es kann in dieser zu 5A alternativen Ausführungsvariante also mittels der Differenzenbildung eine mechanische Normalspannungskomponente, nämlich der mechanische Differenzstress σ_xx - σ_yy ermittelt werden.
Es wurde erkannt, dass die mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelten mechanischen Spannungskomponenten dazu verwendet werden können, um einen negativen Einfluss der jeweiligen mechanischen Spannungskomponente auf die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität eines auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, aber von der Hallsensorschaltung 101 separaten, Bauteils, oder einer in dem Halbleitersubstrat integrierten weiteren Schaltungsanordnung, zu kompensieren. Das heißt, obwohl die mechanische Verspannung des Halbleitersubstrats mittels der Hallsensorschaltung 101 gemessen wird, kann die ermittelte Spannungskomponente zur Kompensation anderer Bauteile verwendet werden.
In den unter Bezugnahme auf die 5A und 5B beschriebenen Ausführungsbeispielen kann also der mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelte Differenzstress σ_xx - σ_yy dazu genutzt werden, um die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität anderer Komponenten, Bauteile oder integrierter Schaltungen, die eine ausgeprägte Abhängigkeit von einem Differenzstress aufweisen, zu kompensieren.
Wie in 5C gezeigt ist, kann beispielsweise eine analoge oder digitale Kompensation einer Frequenzabweichung eines On-Chip Oszillators 130 durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise die Sensitivität eines von der Hallsensorschaltung 101 separaten magnetischen Stromsensors 140 erhöht werden.
In den 6A und 6B sind zwei weitere Ausführungsformen von integrierten Hallsensorschaltungen 101 gezeigt. Diese Ausführungsformen können eingesetzt werden, um eine Schubspannungskomponente σ_xy zu ermitteln.
In 6A wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von + 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [010]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von -45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [100]-Richtung.
In 6B ist eine Hallsensorschaltung 101 bzw. eine horizontale Hall-Platte 101 gezeigt, die gegenüber der in 6A abgebildeten horizontalen Hall-Platte 101 um 45° gedreht ist. In 6B wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 0° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 90° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung.
Das Fließen des Hallversorgungsstroms 102 erzeugt auch hier wieder eine elektrische Spannung in der Halleffektregion der integrierten Hallsensorschaltung 101. Diese elektrische Spannung kann in Form eines elektrischen Spannungssignals beispielsweise an je zwei der insgesamt vier Anschlüsse 111, 112, 113, 114 abgegriffen werden. Beispielsweise kann ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Ausgangsspannung V_Hallout an den beiden Anschlüssen abgegriffen werden, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Andererseits kann an den Anschlüssen, an denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Bias-Spannung V_Hallbias abgegriffen werden.
In der ersten Taktphase PH1 kann demnach ein erstes Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen werden, und in der zweiten Taktphase PH2 kann demnach ein zweites Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen werden. Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) weist eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf, und das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) weist eine unterschiedliche zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Etwas allgemeiner ausgedrückt, ist also die Hallsensorschaltung 101 gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept dazu ausgestaltet, um während einer ersten Taktphase PH_spin1 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112 in einem ersten Winkel Φ₁ zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten und ein erstes elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hal-bias(PH_spin1) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1). eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 6A ist der erste Winkel Φ₁ = + 45°, und im Falle von 6B ist der erste Winkel Φ₁ = 0°.
Die Hallsensorschaltung 101 ist ferner dazu ausgestaltet, um während einer zweiten Taktphase PH_spin2 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss 114 in einem zu dem ersten Winkel Φ₁ orthogonalen zweiten Winkel Φ₂ lateral durch die Halleffektregion zu leiten und ein zweites elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hall-bias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 6A ist der zweite Winkel Φ₂ = - 45°, und im Falle von 6B ist der zweite Winkel Φ₂ = 90°.
Gemäß dem in den 6A und 6B abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschaltungsanordnung 100 ferner dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente, in diesem Fall eine Schubspannungskomponente, zu ermitteln, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals V_Hal-lout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2).
In 6A wird sowohl in der ersten Taktphase PH1 als auch in der zweiten Taktphase PH2 jeweils eine Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) an denjenigen Anschlüssen abgegriffen, an denen auch der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Das heißt, in der ersten Taktphase PH1 wird an dem ersten Anschluss 111 und an dem zweiten Anschluss 112 ein erstes elektrisches Spannungssignal in Form einer ersten Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen, und in der zweiten Taktphase PH2 wird an dem dritten Anschluss 113 und an dem vierten Anschluss 114 ein zweites elektrisches Spannungssignal in Form einer zweiten Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin1) ist nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress (σ_xx - σ_yy). Es ist jedoch abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz, und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), + σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin2) ist ebenfalls nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress (σ_xx - σ_yy). Es ist jedoch wiederum ebenfalls abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz, und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der zweiten Taktphase PH2 jedoch mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), - σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 6A gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallbias(PH_spin1) und V_Hall-bias(PH_spin2) in Form einer Differenzenbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Differenz zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) - V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) = + 2 \times f (σ_{x y}) .$
Es ist zu erkennen, dass sich sowohl die Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente B_z und der mechanische Summenstress (σ_xx + σ_yy) herauskürzen. Übrig bleibt die Abhängigkeit von der zuvor erwähnten mechanischen Schubspannungskomponente σ_xy. Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Differenzenbildung eine mechanische Schubspannungskomponente σ_xy ermittelt werden.
Dies gilt auch für die in 6B gezeigte Alternative, das heißt auch mittels der in 6B gezeigten Variante kann eine mechanische Schubspannungskomponente σ_xy mittels einer Differenzenbildung ermittelt werden. In der in 6B gezeigten Ausführungsform wird hierfür jedoch anstelle der zuvor diskutierten Hall-Bias-Spannung V_Hallbias die Hall-Ausgangsspannung V_Hallout verwendet. Das heißt, in 6B wird während der ersten Taktphase PH_spin1 das erste Spannungssignal in Form der Hall-Ausgangsspannung V_Hal-lout(PH_spin1) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem vierten Anschluss 114. Während der zweiten Taktphase PH_spin2 wird das zweite Spannungssignal in Form der Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin2) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem zweiten Anschluss 112.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin1) ist nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress σ_xx - σ_yy. Es ist jedoch abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten σ_xx + σ_yy sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), + σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin2) ist ebenfalls nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress σ_xx - σ_yy. Es ist jedoch wiederum ebenfalls abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten σ_xx + σ_yy sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der zweiten Taktphase PH2 jedoch mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), - σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 6B gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) und V_Hallout(PH_spin2) auch wieder in Form einer Differenzenbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Differenz zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) - V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) = + 2 \times f (σ_{x y}) .$
Auch hier kürzen sich sowohl die Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente B_z und der mechanische Summenstress (σ_xx + σ_yy) heraus. Übrig bleibt die Abhängigkeit von der zuvor erwähnten mechanischen Schubspannungskomponente σ_xy. Es kann in dieser zu 6A alternativen Ausführungsvariante also mittels der Differenzenbildung eine mechanische Schubspannungskomponente σ_xy ermittelt werden.
Es wurde erkannt, dass die mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelten mechanischen Spannungskomponenten dazu verwendet werden können, um einen negativen Einfluss der jeweiligen mechanischen Spannungskomponente auf die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität eines auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, aber von der Hallsensorschaltung 101 separaten, Bauteils, oder einer in dem Halbleitersubstrat integrierten weiteren Schaltungsanordnung, zu kompensieren. Das heißt, obwohl die mechanische Verspannung des Halbleitersubstrats mittels der Hallsensorschaltung 101 gemessen wird, kann die ermittelte Spannungskomponente (hier: Schubspannung σ_xy) zur Kompensation anderer Bauteile verwendet werden.
In den unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschriebenen Ausführungsbeispielen kann also die mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelte Schubspannung σ_xy dazu genutzt werden, um die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität anderer Komponenten, Bauteile oder integrierter Schaltungen, die eine ausgeprägte Abhängigkeit von einer Schubspannung σ_xy aufweisen, zu kompensieren.
Wie in 6C gezeigt ist, kann beispielsweise eine analoge oder digitale Kompensation eines Orthogonalitätsfehlers eines von der Hallsensorschaltung 101 separaten Halleffektbasierten Winkelsensors 150 mit einer horizontalen Hall-Platte 151 und einem vertikalen Hall-Device 152 durchgeführt werden.
In den 7A und 7B sind zwei weitere Ausführungsformen von integrierten Hallsensorschaltungen 101 gezeigt. Diese Ausführungsformen können eingesetzt werden, um eine Normalspannungskomponente, und insbesondere einen sogenannten mechanischen Summenstress (σ_xx + σ_yy) zu ermitteln.
In 7A wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von + 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [010]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von - 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [100]-Richtung.
In 7B ist eine Hallsensorschaltung 101 bzw. eine horizontale Hall-Platte 101 gezeigt, die gegenüber der in 7A abgebildeten horizontalen Hall-Platte 101 um 45° gedreht ist. In 7B wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 0° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 90° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung.
Das Fließen des Hallversorgungsstroms 102 erzeugt auch hier wieder eine elektrische Spannung in der Halleffektregion der integrierten Hallsensorschaltung 101. Diese elektrische Spannung kann in Form eines elektrischen Spannungssignals beispielsweise an je zwei der insgesamt vier Anschlüsse 111, 112, 113, 114 abgegriffen werden. Beispielsweise kann ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Ausgangsspannung V_Hallout an den beiden Anschlüssen abgegriffen werden, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Andererseits kann an den Anschlüssen, an denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Bias-Spannung V_Hallbias abgegriffen werden.
In der ersten Taktphase PH1 kann demnach ein erstes Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen werden, und in der zweiten Taktphase PH2 kann demnach ein zweites Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen werden. Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) weist eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf, und das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) weist eine unterschiedliche zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Etwas allgemeiner ausgedrückt, ist also die Hallsensorschaltung 101 gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept dazu ausgestaltet, um während einer ersten Taktphase PH_spin1 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112 in einem ersten Winkel Φ₁ zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten und ein erstes elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hall-bias(PH_spin1) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 7A ist der erste Winkel Φ₁ = + 45°, und im Falle von 7B ist der erste Winkel Φ₁ = 0°.
Die Hallsensorschaltung 101 ist ferner dazu ausgestaltet, um während einer zweiten Taktphase PH_spin2 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss 114 in einem zu dem ersten Winkel Φ₁ orthogonalen zweiten Winkel Φ₂ lateral durch die Halleffektregion zu leiten und ein zweites elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hall _bias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 7A ist der zweite Winkel Φ₂ = - 45°, und im Falle von 7B ist der zweite Winkel Φ₂ = 90°.
Gemäß dem in den 7A und 7B abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschaltungsanordnung 100 ferner dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente, in diesem Fall einen mechanischen Summenstress, d.h. die Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) zu ermitteln, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals V_Hal-lout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2).
In 7A wird sowohl in der ersten Taktphase PH1 als auch in der zweiten Taktphase PH2 jeweils eine Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) an denjenigen Anschlüssen abgegriffen, an denen auch der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Das heißt, in der ersten Taktphase PH1 wird an dem ersten Anschluss 111 und an dem zweiten Anschluss 112 ein erstes elektrisches Spannungssignal in Form einer ersten Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen, und in der zweiten Taktphase PH2 wird an dem dritten Anschluss 113 und an dem vierten Anschluss 114 ein zweites elektrisches Spannungssignal in Form einer zweiten Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin1) ist nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress (σ_xx - σ_yy). Es ist jedoch abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz, und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), + σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hall _bias(PH_spin2) ist ebenfalls nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht vom Differenzstress (σ_xx - σ_yy). Es ist jedoch wiederum ebenfalls abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz, und auch von einer mechanischen Schubspannung σ_xy. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der zweiten Taktphase PH2 jedoch mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), - σ_{x y}, σ_{z z}) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 7A gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallbias(PH_spin1) und V_Hall-bias(PH_spin2) in Form einer Summen- oder Mittelwertbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Summe oder einen Mittelwert des ersten Spannungssignals V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten Spannungssignals V_Hallbias(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $(V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) + V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2})) / 2 = f (σ_{x x} + σ_{y y}) .$
Es ist zu erkennen, dass sich sowohl die Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente B_z und der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) herauskürzen. Übrig bleibt die Abhängigkeit von dem zuvor erwähnten mechanischen Summenstress, d.h. die Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy). Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Summen- oder Mittelwertbildung eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx + σ_yy) ermittelt werden.
Dies gilt auch für die in 7B gezeigte Alternative, das heißt auch mittels der in 7B gezeigten Variante kann eine mechanische Normalspannungskomponente, und insbesondere der Summenstress (σ_xx + σ_yy), mittels einer Summen- oder Mittelwertbildung ermittelt werden. In der in 7B gezeigten Ausführungsform kann hierfür ebenfalls eine Hall-Bias-Spannung V_Hallbias verwendet werden. Das heißt, auch in 7B wird während der ersten Taktphase PH_spin1 das erste Spannungssignal in Form der Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin1) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem zweiten Anschluss 112. Und auch während der zweiten Taktphase PH_spin2 wird das zweite Spannungssignal in Form der Hall-Bias-Spannung V_Hallbias(PH_spin2) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem vierten Anschluss 114.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin1) ist nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht von der mechanischen Schubspannungskomponente σ_xy. Es ist jedoch abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), vom mechanischen Differenzstress, d.h. von einer Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz. Der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), + (σ_{x x} - σ_{y y}), σ_{z z}) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hall-bias(PH_spin2) ist ebenfalls nicht abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z und auch nicht von der mechanischen Schubspannungskomponente σ_xy. Es ist jedoch abhängig vom mechanischen Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), vom mechanischen Differenzstress, d.h. von einer Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz. Der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) geht hier in der zweiten Taktphase PH2 jedoch mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2}) = f ((σ_{x x} + σ_{y y}), - (σ_{x x} - σ_{y y}), σ_{z z}) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 7B gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallbias(PH_spin1) und V_Hall-bias(PH_spin2) auch wieder in Form einer Summen- oder Mittelwertbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Summe oder einen Mittelwert zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallbias(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $(V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) + V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2})) / 2 = f (σ_{x x} + σ_{y y}) .$
Auch hier kürzen sich sowohl die Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz als auch die Abhängigkeit von der Magnetfeldkomponente B_z und der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) heraus. Übrig bleibt die Abhängigkeit von dem zuvor erwähnten mechanischen Summenstress, d.h. die Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy). Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Summen- oder Mittelwertbildung eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx + σ_yy) ermittelt werden.
Es wurde erkannt, dass die mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelten mechanischen Spannungskomponenten dazu verwendet werden können, um einen negativen Einfluss der jeweiligen mechanischen Spannungskomponente auf die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität eines auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, aber von der Hallsensorschaltung 101 separaten, Bauteils, oder einer in dem Halbleitersubstrat integrierten weiteren Schaltungsanordnung, zu kompensieren. Das heißt, obwohl die mechanische Verspannung des Halbleitersubstrats mittels der Hallsensorschaltung 101 gemessen wird, kann die ermittelte Spannungskomponente (hier: Summenstress (σ_xx + σ_yy)) zur Kompensation anderer Bauteile verwendet werden.
In den unter Bezugnahme auf die 7A und 7B beschriebenen Ausführungsbeispielen kann also der mittels der Hallsensorschaltung 101 ermittelte Summenstress (σ_xx + σ_yy) dazu genutzt werden, um die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität anderer Komponenten, Bauteile oder integrierter Schaltungen, die eine ausgeprägte Abhängigkeit von einem Summenstress (σ_xx + σ_yy) aufweisen, zu kompensieren.
Wie in 7C gezeigt ist, kann beispielsweise eine analoge oder digitale Kompensation einer Sensitivitätsabweichung einer separaten horizontalen Hall-Platte 160 durchgeführt werden, d.h. die Summenstress-abhängige Sensitivität der separaten Hall-Platte 160 kann erhöht werden.
In den 8A und 8B sind zwei weitere Ausführungsformen von integrierten Hallsensorschaltungen 101 gezeigt. Diese Ausführungsformen können eingesetzt werden, um eine Magnetfeldkomponente B_z zu messen und zusätzlich eine mechanische Spannungskomponente zu ermitteln. In der in 8A gezeigten Ausführungsform kann beispielsweise eine Normalspannungskomponente, und insbesondere ein sogenannter mechanischer Summenstress, d.h. die Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), ermittelt werden. In der in 8B gezeigten Ausführungsform kann beispielsweise eine Schubspannungskomponente σ_xy ermittelt werden.
In 8A wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von + 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [010]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von - 45° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [100]-Richtung.
In 8B ist eine Hallsensorschaltung 101 bzw. eine horizontale Hall-Platte 101 gezeigt, die gegenüber der in 8A abgebildeten horizontalen Hall-Platte 101 um 45° gedreht ist. In 8B wird in einer ersten Taktphase PH1 der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 0° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, d.h. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung. In einer zweiten Taktphase PH2 wird dann der Hallversorgungsstrom 102 in einer Richtung von 90° gegenüber einer Normalen der Primary-Flat-Ebene lateral durch die Halleffektregion geleitet, z.B. im Falle eines {100}-Silizium-Substrats in der [110]-Richtung.
Das Fließen des Hallversorgungsstroms 102 erzeugt auch hier wieder eine elektrische Spannung in der Halleffektregion der integrierten Hallsensorschaltung 101. Diese elektrische Spannung kann in Form eines elektrischen Spannungssignals beispielsweise an je zwei der insgesamt vier Anschlüsse 111, 112, 113, 114 abgegriffen werden. Beispielsweise kann ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Ausgangsspannung V_Hallout an den beiden Anschlüssen abgegriffen werden, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Andererseits kann an den Anschlüssen, an denen der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, ein elektrisches Spannungssignal in Form einer Hall-Bias-Spannung V_Hallbias abgegriffen werden.
In der ersten Taktphase PH1 kann demnach ein erstes Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) abgegriffen werden, und in der zweiten Taktphase PH2 kann demnach ein zweites Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) abgegriffen werden. Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) weist eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf, und das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) weist eine unterschiedliche zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Etwas allgemeiner ausgedrückt, ist also die Hallsensorschaltung 101 gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept dazu ausgestaltet, um während einer ersten Taktphase PH_spin1 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112 in einem ersten Winkel Φ₁ zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten und ein erstes elektrisches Spannungssignal V_Halllout(PH_spin1) bzw. V_Hall- _bias(PH_spin1) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 8A ist der erste Winkel Φ₁ = + 45°, und im Falle von 8B ist der erste Winkel Φ₁ = 0°.
Die Hallsensorschaltung 101 ist ferner dazu ausgestaltet, um während einer zweiten Taktphase PH_spin2 einen Hallversorgungsstrom 102 zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss 114 in einem zu dem ersten Winkel Φ₁ orthogonalen zweiten Winkel Φ₂ lateral durch die Halleffektregion zu leiten und ein zweites elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Spannungssignal V_Hal,out(PH_spin2) bzw. V_Hall-bias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist. Im Falle von 8A ist der zweite Winkel Φ₂ = - 45°, und im Falle von 8B ist der zweite Winkel Φ₂ = 90°.
Gemäß dem in 8A abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschaltungsanordnung 100 ferner dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente, in diesem Fall einen mechanischen Summenstress (σ_xx + σ_yy), zu ermitteln, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals V_Hal-lout(PH_spin1) bzw. VHallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals V_Hal-lout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2). Gemäß dem in 8B abgebildeten Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschaltungsanordnung 100 dazu ausgestaltet, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente, in diesem Fall ein mechanische Schubspannung σ_xy, zu ermitteln, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2).
In den 8A und 8B wird jeweils sowohl in der ersten Taktphase PH1 als auch in der zweiten Taktphase PH2 jeweils eine Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallout(PH_spin2) an denjenigen Anschlüssen abgegriffen, an denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird. Das heißt, in der ersten Taktphase PH1 wird an dem dritten Anschluss 113 und an dem vierten Anschluss 114 ein erstes elektrisches Spannungssignal in Form einer ersten Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin1) abgegriffen, und in der zweiten Taktphase PH2 wird an dem ersten Anschluss 111 und an dem zweiten Anschluss 112 ein zweites elektrisches Spannungssignal in Form einer zweiten Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin2) abgegriffen.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin1) ist abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom sogenannten mechanischen Summenstress, d.h. von der Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), und vom sogenannten mechanischen Differenzstress, d.h. von der Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy). Das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) ist jedoch unabhängig von einer Schubspannungskomponente. Auch die Abhängigkeit von der Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist vernachlässigbar. Der Differenzstress (σ_xx - σ_yy) geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) = f (B_{z}, (σ_{x x} + σ_{y y}), - (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin2) ist ebenfalls abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z sowie vom mechanischen Summenstress, d.h. von der Summe der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx + σ_yy), und vom mechanischen Differenzstress, d.h. von der Differenz der Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung (σ_xx - σ_yy). Auch das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) ist unabhängig von einer Schubspannungskomponente, und auch die Abhängigkeit von der Normalspannungskomponente in z-Richtung σ_zz ist vernachlässigbar. Allerdings geht der mechanische Differenzstress (σ_xx - σ_yy) hier in der zweiten Taktphase PH2 mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) + f (B_{z} (σ_{x x} + σ_{y y}), + (σ_{x x} - σ_{y y})) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 8A gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) und V_Hallout(PH_spin2) in Form einer Summen- oder Mittelwertbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Summe oder einen Mittelwert zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $(V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 1}) + V_{H a l l b i a s} (P H_{s p i n 2})) / 2 = f (B_{z}, (σ_{x x} + σ_{y y}) .$
Es ist zu erkennen, dass sich der Differenzstress (σ_xx - σ_yy) herauskürzt. Übrig bleibt die Abhängigkeit von dem zuvor erwähnten mechanischen Summenstress (σ_xx + σ_yy) und von der Magnetfeldkomponente B_z. Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Summen- oder Mittelwertbildung eine mechanische Normalspannungskomponente, nämlich der mechanische Summenstress (σ_xx + σ_yy) ermittelt werden.
Mittels der in 8B gezeigten Variante kann eine mechanische Schubspannungskomponente σ_xy mittels einer Summen- oder Mittelwertbildung ermittelt werden. In der in 8B gezeigten Ausführungsform kann hierfür ebenfalls die Hall-Ausgangsspannung V_Hallout verwendet werden. Das heißt, auch in 8B wird während der ersten Taktphase PH_spin1 das erste Spannungssignal in Form der Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin1) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem vierten Anschluss 114. Während der zweiten Taktphase PH_spin2 wird das zweite Spannungssignal in Form der Hall-Ausgangsspannung V_Hallout(PH_spin2) zwischen den Anschlüssen abgegriffen, in denen nicht der Hallversorgungsstrom 102 eingespeist wird, d.h. zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem zweiten Anschluss 112.
Das in der ersten Taktphase PH1 abgegriffene erste elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin1) ist abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z, vom Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten (σ_xx + σ_yy) und von einer Schubspannungskomponente σ_xy. Es ist jedoch unabhängig vom mechanischen Differenzstress, d.h. von einer Differenz der Normalspannungskomponenten (σ_xx - σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der ersten Taktphase PH1 mit negativem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) = f (B_{z}, (σ_{x x} + σ_{y y}), - σ_{x y}) .$
Das erste Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) weist demnach also eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Das in der zweiten Taktphase PH2 abgegriffene zweite elektrische Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin2) ist ebenfalls abhängig von der Magnetfeldkomponente B_z, vom Summenstress, d.h. von einer Summe der Normalspannungskomponenten (σ_xx + σ_yy) und von einer Schubspannungskomponente σ_xy. Es ist jedoch unabhängig vom mechanischen Differenzstress, d.h. von einer Differenz der Normalspannungskomponenten (σ_xx - σ_yy) sowie von einer mechanischen Normalspannungskomponente in z-Richtung, d.h. von der Normalspannung σ_zz. Die mechanische Schubspannungskomponente σ_xy geht hier in der ersten Taktphase PH1 jedoch mit positivem Vorzeichen ein, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) = f (B_{z}, (σ_{x x} + σ_{y y}), - σ_{x y}) .$
Das zweite Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) weist demnach also eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats auf.
Gemäß dem hier in 8B gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun die zuvor erwähnte Kombination der beiden elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) und V_Hallout(PH_spin2) auch wieder in Form einer Summen- oder Mittelwertbildung erfolgen. Das heißt, die Halbleiterschaltungsanordnung 100 kann ausgestaltet sein, um eine Summe oder einen Mittelwert zwischen dem ersten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) und dem zweiten Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) zu bilden, das heißt: $V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 1}) - V_{H a l l o u t} (P H_{s p i n 2}) = f (B_{z}, σ_{x y}) .$
Auch hier kürzt sich der Differenzstress (σ_xx - σ_yy) heraus. Übrig bleibt die Abhängigkeit von der zuvor erwähnten mechanischen Schubspannungskomponente σ_xy und von der Magnetfeldkomponente B_z. Es kann in dieser Ausführungsform also mittels der Summen- oder Mittelwertbildung eine mechanische Schubspannungskomponente σ_xy ermittelt werden.
Wie in 8C gezeigt ist, kann dies dazu genutzt werden, um mittels der Hallsensorschaltung 101 eine Magnetfeldkomponente B_z zu messen und einen anfänglichen Offsetfehler zu kompensieren.
9 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzepts.
In Block 901 wird während einer ersten Taktphase PH_spin1 ein Hallversorgungsstrom 102 angelegt, und zwar zwischen dem ersten Anschluss 111 und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss 112, um den Hallversorgungsstrom 102 in einem ersten Winkel Φ₁ (z.B. Φ₁ = +45° oder Φ₁ = 0°) zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion der Hallsensorschaltung 101 zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom 102 ein erstes elektrisches Spannungssignal V_Hal-lout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) in der Halleffektregion erzeugt, wobei das erste elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist.
In Block 902 wird während einer zweiten Taktphase PH_spin2 ein Hallversorgungsstrom 102 angelegt, und zwar zwischen dem dritten Anschluss 113 und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss 114, um den Hallversorgungsstrom 102 in einem zu dem ersten Winkel Φ₁ (z.B. Φ₁ = +45° oder Φ₁ = 0°) orthogonalen zweiten Winkel Φ₂ (z.B. Φ₂ = -45° oder Φ₂ = 90°) lateral durch die Halleffektregion der Hallsensorschaltung 101 zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom 102 ein zweites elektrisches Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion erzeugt, wobei das zweite elektrische Spannungssignal V_Hallout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist.
In Block 903 wird eine bestimmte mechanische Verspannungskomponente ermittelt, und zwar basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals (V_Hal-lout(PH_spin1) bzw. V_Hallbias(PH_spin1)) und des zweiten elektrischen Spannungssignals (V_Hal-lout(PH_spin2) bzw. V_Hallbias(PH_spin2)).
Gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept kann also die laterale Hall-Platte 101 bzw. die integrierte Hallsensorschaltung 101 sowohl zur Magnetfeldmessung als auch zur Stressmessung verwendet werden. Die Ergebnisse der Stressmessung können zur Kompensation von Parameterungenauigkeiten anderer Bauteile oder Schaltungen verwendet werden.
Beispielsweise können Halleffekt-basierte Winkelsensoren einen Schubspannungsbedingten Orthogonalitätsfehler aufweisen, der mittels einer Kompensation der Schubspannung kompensiert werden kann. Zusätzliche On-Chip Oszillatoren können Frequenzabweichungen bzw. Frequenzungenauigkeiten aufweisen, die auf mechanische Differenz-Spannungen von in-plane Stresskomponenten, d.h. auf eine Differenz von mechanischen Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung, zurückzuführen sind. Ein magnetischer 3D-Sensor kann Messungenauigkeiten aufweisen, die auf mechanische Summen-Spannungen von in-plane Stresskomponenten, d.h. auf eine Summe von mechanischen Normalspannungskomponenten in x- und y-Richtung, zurückzuführen sind.
Das hierin beschriebene Konzept kann wie folgt zusammengefasst werden:

• Mehrfachnutzung einer horizontalen Hall-Platte zum Messen von:
- o einem Magnetsignal
- o und zusätzlichen mechanischen Stresskomponenten
  - ■ Summenstress (σ_xx + σ_yy)
  - ■ Differenzstress (σ_xx - σ_yy)
  - ■ Schubspannung σ_xy
- o zum Kompensieren der Sensitivität einer horizontalen Hall-Platte,
- o und/oder zum Kompensieren der vertikalen Hall-Devices eines Winkelsensors oder magnetischen 3D-Sensors,
- o und/oder zum Kompensieren von Summenstress-abhängigen, Differenzstress-abhängigen oder Schubspannungs-abhängigen
  - ■ on-chip Oszillatoren
  - ■ magnetischen Stromsensoren
  - ■ andere Schaltkreise (d.h. Bandgaps) und Sensoren
• Durchführen von Messungen in einer oder mehreren Spinning-Phasen einer horizontalen Hall-Platte:
- o um die Differenz zu ermitteln
- o um die Summe (oder Mittelwert) der Messungen aus unterschiedlichen Spinning-Phasen zu ermitteln
• Hauptvorteile:
- o Mehrfachnutzung eines Sensors zur Eigenkorrektur oder zur Korrektur anderer Sensoren und/oder Schaltkreise
- o weniger Chipfläche
- o weniger Energieverbrauch
- o erhöhte Präzision aller on-chip Schaltkreise

Das hierin beschriebene Konzept kann insbesondere zum Zwecke einer Systemkalibrierung verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien des hierin beschriebenen innovativen Konzepts dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass das hierin beschriebene Konzept lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Claims

Halbleiterschaltungsanordnung (100) mit einem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat eine integrierte Hallsensorschaltung (101) mit einem ersten Anschluss (111) und einem diesen gegenüberliegenden zweiten Anschluss (112) sowie einen dritten Anschluss (113) und einen diesem gegenüberliegenden vierten Anschluss (114) aufweist, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während einer ersten Taktphase PH_spin1 einen Hallversorgungsstrom (102) zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss (112) in einem ersten Winkel (Φ₁) zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion zu leiten und ein erstes elektrisches Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das erste elektrische Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist, und um während einer zweiten Taktphase PH_spin2 einen Hallversorgungsstrom (102) zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss (114) in einem zu dem ersten Winkel (Φ₁) orthogonalen zweiten Winkel (Φ₂) lateral durch die Halleffektregion zu leiten und ein zweites elektrisches Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ferner ausgestaltet ist, um eine bestimmte mechanische Spannungskomponente zu ermitteln, basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2).
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ferner ausgestaltet ist, um die mittels der Hallsensorschaltung (101) ermittelte mechanische Spannungskomponente dazu zu verwenden, um einen negativen Einfluss der mechanischen Spannungskomponente auf die Parametergenauigkeit und/oder Parameterstabilität eines auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, aber von der Hallsensorschaltung (101) separaten, Bauteils, oder einer in dem Halbleitersubstrat integrierten weiteren Schaltungsanordnung, zu kompensieren.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Winkel (Φ₁) + 45° zur Normalen der Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats beträgt, und wobei der zweite Winkel (Φ₂) - 45° zur Normalen der Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats beträgt.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halbleitersubstrat ein {100} Halbleitersubstrat ist, und wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um den Hallversorgungsstrom (102) in der ersten Taktphase PH_spin1 in einer [100], [010], [100] oder [010]-Richtung lateral durch die Halleffektregion zu leiten, und um den Hallversorgungsstrom (102) in der zweiten Taktphase PH_spin2 in einer zur ersten Taktphase PH_spin1 jeweils orthogonalen [100], [010], [100] oder [010]-Richtung lateral durch die Halleffektregion zu leiten.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das erste Spannungssignal - V_Hallbias(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das zweite Spannungssignal - V_Hallbias(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um eine Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale zu bilden V_Hallbias(PH_spin1) - V_Hallbias(PH_spin2) und basierend hierauf eine mechanische Schubspannungskomponente (σ_xy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das erste Spannungssignal + V_Hallbias(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das zweite Spannungssignal + V_Hallbias(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um eine Summe der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale zu bilden V_Hallbias(PH_spin1) + V_Hallbias(PH_spin2) und basierend hierauf eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx + σ_yy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das erste Spannungssignal - V_Hallout(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das zweite Spannungssignal - V_Hallout(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (101) ausgestaltet ist, um eine Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) - V_Hallout(PH_spin2) zu bilden und basierend hierauf eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx - σ_yy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Winkel (Φ₁) 0° zur Normalen der Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats beträgt, und wobei der zweite Winkel (Φ₂) 90° zur Normalen der Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats beträgt.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8, wobei das Halbleitersubstrat ein {100} - Halbleitersubstrat ist, und wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um den Hallversorgungsstrom (102) in der ersten Taktphase PH_spin1 in einer [110], [110], [110] oder [110]-Richtung lateral durch die Halleffektregion zu leiten, und um den Hallversorgungsstrom (102) in der zweiten Taktphase PH_spin2 in einer zur ersten Taktphase PH_spin1 jeweils orthogonalen [110], [110], [110] oder [110]-Richtung lateral durch die Halleffektregion zu leiten.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das erste Spannungssignal - V_Hallbias(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das zweite Spannungssignal - V_Hallbias(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um eine Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale V_Hallbias(PH_spin1) - V_Hallbias(PH_spin2) zu bilden und basierend hierauf eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx - σ_yy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Hallsensorschalturig (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das erste Spannungssignal - V_Hallout(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das zweite Spannungssignal - V_Hallout(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um eine Differenz der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale V_Hallout(PH_spin1) - V_Hallout(PH_spin2) zu bilden und basierend hierauf eine mechanische Schubspannungskomponente (σ_xy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Hallsensorschaltung (101) ausgestaltet ist, um während der ersten Taktphase PH_spin1 einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem zweiten Anschluss (112) als das erste Spannungssignal + V_Hallbias(PH_spin1) zu verwenden, und um während der zweiten Taktphase PH_spin2 einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem vierten Anschluss (114) als das zweite Spannungssignal + V_Hallbias(PH_spin2) zu verwenden, und wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um eine Summe der ersten und zweiten elektrischen Spannungssignale zu bilden V_Hallbias(PH_spin1) + V_Hallbias(PH_spin2) und basierend hierauf eine mechanische Normalspannungskomponente (σ_xx + σ_yy) in dem Halbleitersubstrat zu ermitteln.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 5 oder 11, wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um basierend auf der ermittelten mechanischen Schubspannungskomponente (σ_xy) einen Orthogonalitätsfehler eines von der Hallsensorschaltung (101) separaten Halleffekt-basierten Winkelsensors mit einer horizontalen Hall-Platte und einem vertikalen Hall-Device zu kompensieren.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 6 oder 12, wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um basierend auf der ermittelten mechanischen Normalspannungskomponente (σ_xx + σ_yy) eine Normalspannungs-abhängige Sensitivität einer von der Hallsensorschaltung (101) separaten horizontalen Hall-Platte (160) zu erhöhen.
Halbleiterschaltungsanordnung (100) nach Anspruch 7 oder 10, wobei die Halbleiterschaltungsanordnung (100) ausgestaltet ist, um basierend auf der ermittelten mechanischen Normalspannungskomponente (σ_xx - σ_yy) eine Normalspannungs-abhängige Frequenzabweichung eines gemeinsam mit der Hallsensorschaltung (101) auf dem Halbleitersubstrat montierten Oszillators (130) zu kompensieren, oder um die Normalspannungs-abhängige Sensitivität eines von der Hallsensorschaltung (101) separaten magnetischen Stromsensors (140) zu erhöhen.
Verfahren zum Ermitteln einer mechanischen Spannungskomponente mittels einer Halbleiterschaltungsanordnung (100) mit einem Halbleitersubstrat und einer darin integrierten Hallsensorschaltung (101), wobei die Hallsensorschaltung (101) einen ersten Anschluss (111) und einen dem ersten Anschluss (111) gegenüberliegenden zweiten Anschluss (112) sowie einen dritten Anschluss (113) und einen dem dritten Anschluss (113) gegenüberliegenden vierten Anschluss (114) aufweist, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anlegen, während einer ersten Taktphase PH_spin1, eines Hallversorgungsstroms (102) zwischen dem ersten Anschluss (111) und dem gegenüberliegenden zweiten Anschluss (112), um den Hallversorgungsstrom (102) in einem ersten Winkel (Φ₁) zu einer Normalen einer Primary-Flat-Ebene des Halbleitersubstrats lateral durch eine Halleffektregion der Hallsensorschaltung (101) zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom (102) ein erstes elektrisches Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) in der Halleffektregion erzeugt, wobei das erste elektrische Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) eine erste Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist, und Anlegen, während einer zweiten Taktphase PH_spin2, eines Hallversorgungsstroms (102) zwischen dem dritten Anschluss (113) und dem gegenüberliegenden vierten Anschluss (114), um den Hallversorgungsstrom (102) in einem zu dem ersten Winkel (Φ₁) orthogonalen zweiten Winkel (Φ₂) lateral durch die Halleffektregion der Hallsensorschaltung (101) zu leiten, wobei der Hallversorgungsstrom (102) ein zweites elektrisches Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2) in der Halleffektregion erzeugt, und wobei das zweite elektrische Spannungssignal ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2) eine zweite Abhängigkeit von einer mechanischen Verspannung des Halbleitersubstrats aufweist, und Ermitteln einer bestimmten mechanischen Verspannungskomponente basierend auf einer Kombination des ersten elektrischen Spannungssignals ± V_Hallout(PH_spin1) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin1) und des zweiten elektrischen Spannungssignals ± V_Hallout(PH_spin2) bzw. ± V_Hallbias(PH_spin2).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 16, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.