DE102021102984A1

DE102021102984A1 - Hall-sensorvorrichtungen und verfahren zum bilden von hall-sensorvorrichtungen

Info

Publication number: DE102021102984A1
Application number: DE102021102984.8A
Authority: DE
Inventors: Yongshun SUN; Eng Huat Toh; Ping Zheng
Original assignee: GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
Current assignee: GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-09-16
Also published as: US20210286025A1; CN113394339B; US11372061B2; CN113394339A; TW202201037A; TWI799789B

Abstract

Es kann eine Hall-Sensorvorrichtung bereitgestellt werden, die eine oder mehrere Sensorstrukturen umfasst. Eine jede Sensorstruktur kann umfassen: eine Basisschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; ein Hall-Plattenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, und der über der Basisschicht angeordnet ist; einen ersten isolierenden Bereich, der um den Hall-Plattenbereich herum angeordnet ist und an diesen angrenzt und die Basisschicht kontaktiert; eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Anschlussbereiche, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind. Die ersten und zweiten isolierenden Bereiche können ein elektrisch isolierendes Material umfassen und ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche kann durch einen der zweiten isolierenden Bereiche voneinander elektrisch isoliert sein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Hall-Sensorvorrichtungen und Verfahren zum Bilden von Hall-Sensorvorrichtungen.
Hintergrund
Hall-Sensorvorrichtungen, die in der Lage sind, magnetische Feldstärken zu bestimmen, werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie z.B. in Automobilanwendungen. Eine Hall-Sensorvorrichtung umfasst im Allgemeinen eine Hall-Platte aus einem elektrisch leitenden Material und Anschlüsse, die mit der Hall-Platte verbunden sind. An die Anschlüsse können externe Spannungen angelegt werden, um elektrische Ströme durch die Hall-Platte fließen zu lassen. Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes, das senkrecht zur Ebene der Hall-Platte steht, können Lorentz-Kräfte auf die Ladungsträger in den elektrischen Strömen ausgeübt werden. Dadurch kann eine Hall-Spannung innerhalb der Hall-Platte entstehen. Durch die Bestimmung der Größe der Hall-Spannung kann die Stärke des Magnetfeldes ermittelt werden.
Hall-Sensorvorrichtungen können als Halbleitervorrichtungen implementiert werden, wobei die Hall-Platten und Anschlüsse ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten. In einigen existierenden Hall-Sensorvorrichtungen kann ein Zwischenbereich zwischen jedem benachbarten Paar von Anschlüssen angeordnet sein. Dieser Zwischenbereich kann ebenfalls ein dotiertes Halbleitermaterial enthalten, jedoch von einem Leitfähigkeitstyp, der zu dem der Hall-Platte und der Anschlüsse entgegengesetzt ist. Dies führt zum Vorhandensein vieler p-n-Übergänge innerhalb der Hall-Platte. Die Verarmungsbreiten dieser p-n-Übergänge können in Abhängigkeit von den an den Anschlüssen angelegten externen Spannungen und der Temperatur um die Hall-Platte herum variieren. Zum Beispiel können diese Verarmungsbreiten zunehmen, wenn höhere externe Spannungen an die Anschlüsse angelegt werden. Außerdem können sich die Variationen der Verarmungsbreiten bei verschiedenen p-n-Übergängen unterscheiden. Infolgedessen kann es zu einer Widerstandsfehlanpassung zwischen verschiedenen Bereichen der Hall-Platte kommen. Daher sind die Signal-Rausch-Verhältnisse (SNRs) und die Offset- bzw. Restspannungen (mit anderen Worten, die Hall-Spannungen, die in Abwesenheit von Magnetfeldern erzeugt werden) bestehender Hall-Sensorvorrichtungen im Allgemeinen hoch.
Zusammenfassung
Gemäß verschiedenen nichtbeschränkenden Ausführungsformen kann eine Hall-Sensorvorrichtung mit einer Sensorstruktur bereitgestellt sein, wobei die Sensorstruktur umfassen kann: eine Basisschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen Hall-Plattenbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist und der über der Basisschicht angeordnet ist; einen ersten isolierenden Bereich, der um den Hall-Plattenbereich herum angeordnet ist und an diesen angrenzt, wobei der erste isolierende Bereich ein elektrisch isolierendes Material aufweisen und die Basisschicht kontaktieren kann; eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jeder aus der Mehrzahl der zweiten isolierenden Bereiche ein elektrisch isolierendes Material aufweisen kann; und eine Mehrzahl von Anschlussbereiche, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl der zweiten isolierenden Bereiche voneinander elektrisch isoliert ist.
Gemäß verschiedenen nichtbeschränkenden Ausführungsformen kann ein Verfahren zur Herstellung einer Hall-Sensorvorrichtung bereitgestellt sein, umfassend: ein Bereitstellen eines Substrats mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; ein Bilden einer Basisschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp und eines ersten isolierenden Bereichs, der ein elektrisch isolierendes Material aufweist, innerhalb des Substrats, wobei der erste isolierende Bereich die Basisschicht kontaktieren kann; ein Bilden eines Hall-Plattenbereichs mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, über der Basisschicht, wobei der erste isolierende Bereich um den Hall-Plattenbereich herum und an diesen angrenzend angeordnet sein kann; ein Bilden einer Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen innerhalb des Hall-Plattenbereichs, wobei ein jeder aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen ein elektrisch isolierendes Material umfassen kann; und ein Bilden einer Mehrzahl von Anschlussbereiche innerhalb des Hall-Plattenbereichs, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen voneinander elektrisch isoliert ist.
Gemäß verschiedenen nichtbeschränkenden Ausführungsformen kann eine Hall-Sensorvorrichtung mit einer Sensorstruktur bereitgestellt sein, wobei die Sensorstruktur umfassen kann: eine isolierende Schicht; einen Hall-Plattenbereich, der über der isolierenden Schicht angeordnet ist; einen ersten isolierenden Bereich, der um den Hall-Plattenbereich herum angeordnet ist und an diesen angrenzt, wobei der erste isolierende Bereich ein elektrisch isolierendes Material aufweisen und die isolierende Schicht kontaktieren kann; eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jeder aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen ein elektrisch isolierendes Material aufweisen kann; und eine Mehrzahl von Anschlussbereiche, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen voneinander elektrisch isoliert ist.
Figurenliste
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten. Außerdem sind die Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei der Schwerpunkt im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. Nichtbeschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1A, 1 B und 1C jeweils eine vereinfachte perspektivische Ansicht, eine vereinfachte Aufsicht und eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Hall-Sensorvorrichtung gemäß verschiedenen nichtbeschränkenden Ausführungsformen zeigen;
2 die Hall-Sensorvorrichtung der 1A bis 1C in der Verwendung zeigt;
3 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zur Herstellung der Hall-Sensorvorrichtung der 1A bis 1C darstellt;
4 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Hall-Sensorvorrichtung gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen zeigt;
5A und 5B jeweils eine vereinfachte Aufsicht und eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Hall-Sensorvorrichtung gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen zeigen;
6 die Hall-Sensorvorrichtung von 5A und 5B in der Verwendung zeigt; und
7 eine vereinfachte Aufsicht auf eine Hall-Sensorvorrichtung gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Die Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Halbleitervorrichtungen. Insbesondere beziehen sich einige Ausführungsformen auf Sensorvorrichtungen mit Hall-Sensorvorrichtungen. Die Sensorvorrichtungen können zur Erfassung von Magnetfeldern verwendet und in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, wie z. B. ohne Beschränkung die Automobilindustrie für Positionsmessungen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung und bestimmte Merkmale, Vorteile und Details davon werden unten mit Bezug auf die nichtbeschränkenden Beispiele, die in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, näher beschrieben. Es werden keine bekannten Materialien, Herstellungswerkzeuge, Verarbeitungstechniken usw. beschrieben, um die Erfindung nicht unnötig im Detail zu verschleiern. Die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele sind, während sie Aspekte der Erfindung darstellen, nur zur Veranschaulichung angegeben und sie sollen nicht beschränkend sein. Verschiedene Substitutionen, Modifikationen, Ergänzungen und/oder Anordnungen innerhalb des Wesens und/oder des Umfangs der zugrundeliegenden erfinderischen Konzepte sind dem Fachmann anhand dieser Beschreibung ersichtlich.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen kann eine ungenaue Sprache verwendet werden, um eine beliebige quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise variieren könnte, ohne dass dies zu einer Änderung der Grundfunktion führt, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie „ungefähr“ oder „etwa“ modifiziert wird, nicht auf den genau angegebenen Wert beschränkt. In einigen Fällen kann die ungenaue Formulierung der Genauigkeit eines Instruments zur Messung des Wertes entsprechen. Weiterhin wird eine Richtung durch einen Begriff oder Begriffe wie „im Wesentlichen“ modifiziert, um zu bedeuten, dass die Richtung innerhalb der normalen Toleranzen der Halbleiterindustrie anzuwenden ist. Zum Beispiel bedeutet „im Wesentlichen parallel“, dass sie sich innerhalb der normalen Toleranzen der Halbleiterindustrie weitgehend in die gleiche Richtung erstrecken und „im Wesentlichen senkrecht“ bedeutet, dass sie in einem Winkel von neunzig Grad plus oder minus einer normalen Toleranz der Halbleiterindustrie liegen.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung von besonderen Beispielen und ist nicht als die Erfindung beschränkend anzusehen. Die hier verwendeten Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“ schließen auch die Pluralformen mit ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Die Begriffe „umfassen“ (und jede Form von umfassen, z. B. „umfasst“ und „umfassend“), „aufweisen“ (und jede Form von aufweisen, z. B. „weist auf“ und „aufweisend“), „einschließen“ (und jede Form von einschließen, z. B. „schließt ein“ und „einschließend“) und „beinhalten“ (und jede Form von beinhalten, z. B. „beinhaltet“ und „beinhaltend“) sind als Verben mit offenem Einschluss zu verstehen. Folglich besitzt ein Verfahren oder Gerät, das einen oder mehrere Schritte oder Elemente „umfasst“, „aufweist“, „einschließt“ oder „enthält“, diesen einen oder diese mehreren Schritte oder dieses eine oder diese mehreren Elemente, ist aber nicht darauf beschränkt, nur diesen einen oder diese mehreren Schritte oder nur dieses eine oder diese mehreren Elemente zu besitzen. Ebenso besitzt ein Schritt eines Verfahrens oder ein Element einer Vorrichtung, das ein oder mehrere Merkmale „umfasst“, „aufweist“, „einschließt“ oder „enthält“, dieses eine oder diese mehreren Merkmale, ist aber nicht darauf beschränkt, nur dieses eine oder diese mehreren Merkmale zu besitzen. Darüber hinaus ist eine Vorrichtung oder eine Struktur, die auf eine bestimmte Weise ausgebildet ist, mindestens auf diese Weise ausgebildet, kann aber auch auf nicht aufgeführte Weisen ausgebildet sein.
Gemäß der Verwendung hierin bedeutet der Begriff „verbunden“, wenn er sich auf zwei physikalische Elemente bezieht, eine direkte Verbindung zwischen den beiden physikalischen Elementen. Der Begriff „gekoppelt“ kann jedoch eine direkte Verbindung oder eine Verbindung über ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente bedeuten.
Gemäß Verwendung hierin zeigen die Begriffe „kann“ und „kann sein“ an, dass eine Reihe von Umständen eintreten kann; zeigen einen Besitz einer bestimmten Eigenschaft, eines Merkmals oder einer Funktion an; und/oder qualifizieren ein anderes Verb, indem sie eine oder mehrere Fähigkeiten, Fertigkeiten oder Möglichkeiten in Verbindung mit dem qualifizierten Verb ausdrücken. Dementsprechend zeigt die Verwendung von „kann“ und „kann sein“ an, dass ein modifizierter Begriff für eine angegebene Eigenschaft, Funktion oder Verwendung scheinbar angemessen, fähig oder geeignet ist, wobei zu berücksichtigen ist, dass der modifizierte Begriff unter bestimmten Umständen manchmal nicht angemessen, fähig oder geeignet sein kann. Zum Beispiel kann unter bestimmten Umständen ein Ereignis oder eine Fähigkeit erwartet werden, während unter anderen Umständen das Ereignis oder die Fähigkeit nicht eintreten kann - diese Unterscheidung wird durch die Begriffe „kann“ und „kann sein“ erfasst.
1A zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer Hall-Sensorvorrichtung 100 gemäß verschiedenen nicht beschränkenden Ausführungsformen. 1B zeigt eine vereinfachte Aufsicht auf die Vorrichtung 100 und 1C zeigt eine Querschnittsansicht der Vorrichtung 100 entlang der Linie A-A' von 1B. Die Vorrichtung 100 kann eine vertikale Hall-Sensorvorrichtung 100 sein und kann eine einzelne Sensorstruktur 102 umfassen.
Gemäß der Darstellung in 1C kann die Sensorstruktur 102 eine Basisschicht 104 umfassen. Die Basisschicht 104 kann ein Halbleitersubstrat umfassen, wie z. B. ein Siliziumsubstrat. Es können ebenfalls andere Arten von Halbleitersubstraten, wie z. B. ein Silizium-Germanium-Substrat, verwendet werden. Die Basisschicht 104 kann einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wobei der erste Leitfähigkeitstyp vom p-Typ oder n-Typ sein kann. Zum Beispiel kann die Basisschicht 104 ein Substrat vom p-Typ oder ein Substrat vom n-Typ umfassen. Der Einfachheit halber ist die Basisschicht 104 in 1A nicht dargestellt.
Die Sensorstruktur 102 kann ferner einen im Wesentlichen rechteckigen Hall-Plattenbereich 106 umfassen, der über der Basisschicht 104 angeordnet ist. Der Hall-Plattenbereich 106 kann alternativ auch als Sensorkörper bezeichnet werden. Der Hall-Plattenbereich 106 kann einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Beispielsweise kann der Hall-Plattenbereich 106 einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist. Der zweite Leitfähigkeitstyp kann vom p-Typ oder n-Typ sein. Durch ein Konfigurieren der Basisschicht 104 und des Hall-Plattenbereichs 106 derart, dass sie Dotierstoffe von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen aufweisen, kann der Stromfluss vom Hall-Plattenbereich 106 durch die Basisschicht 104 minimiert (und in einem nicht beschränkenden Beispiel vollständig eingeschränkt) werden.
Die Sensorstruktur 102 kann ferner einen ersten isolierenden Bereich 108 umfassen, der über der Basisschicht 104 um den Hall-Plattenbereich 106 herum angeordnet ist. Der erste isolierende Bereich 108 kann an den Hall-Plattenbereich 106 angrenzen und kann die Basisschicht 104 berühren. Gemäß der Darstellung in 1C kann sich der erste isolierende Bereich 108 teilweise in die Basisschicht 104 hinein erstrecken (obwohl alternativ der gesamte erste isolierende Bereich 108 über der Basisschicht 104 liegen kann). Ferner kann eine oberseitige Oberfläche T₁₀₈ des ersten isolierenden Bereichs 108 zu einer oberseitigen Oberfläche T₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 horizontal ausgerichtet sein. Dementsprechend kann der erste isolierende Bereich 108 die Seiten S₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 vollständig umgeben. Der erste isolierende Bereich 108 kann eine Deep Trench Isolation (DTI) -Struktur aufweisen und ein elektrisch isolierendes Material umfassen, wie z.B. ohne Beschränkung Polysilizium. Eine Dicke D₁₀₈ des ersten isolierenden Bereichs 108 kann im Bereich von etwa 1 µm bis etwa 3 µm liegen und kann gemäß einer nicht beschränkenden Ausführungsform etwa 2 µm betragen.
Gemäß der Darstellung in den 1A bis 1C kann die Sensorstruktur 102 ferner eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen 110a - 110f umfassen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 und entlang der oberseitigen Oberfläche T₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 angeordnet sind. Wie in 1B deutlicher dargestellt, können sich die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Insbesondere können sich die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f über eine Breite W₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 erstrecken, so dass mindestens ein zweiter isolierender Bereich 110a - 110f den ersten isolierenden Bereich 108 an einem oder beiden Enden der Breite W₁₀₆ kontaktieren kann. Gemäß der Darstellung in 1B kann zum Beispiel ein jeder der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 11 0f den ersten isolierenden Bereich 108 an beiden Enden der Breite W₁₀₆ berühren. Alternativ berühren einer oder mehrere der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f nicht unbedingt den ersten isolierenden Bereich 108 oder sie können den ersten isolierenden Bereich 108 nur an einem Ende der Breite W₁₀₆ berühren. Jeder zweite isolierende Bereich 110a - 110f kann eine Flachgrabenisolationsstruktur (STI-Struktur) umfassen und ein elektrisch isolierendes Material aufweisen, wie z. B. ohne Beschränkung ein dielektrisches Material. Beispielsweise können die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f ein spaltfüllendes Oxid oder Nitrid oder eine Kombination aus beidem umfassen. Eine Dicke D₁₁₀ von jedem zweiten isolierenden Bereich 110a - 110f kann kleiner sein als die Dicke D108 des ersten isolierenden Bereichs 108. Dementsprechend kann der erste isolierende Bereich 108 die Basisschicht 104 berühren, während die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f dies nicht können. Die Dicke D₁₁₀ von jedem der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f kann wenigstens 0,4 µm betragen. Gemäß der Darstellung in 1C können die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f in der Vorrichtung 100 die gleiche Dicke D₁₁₀ aufweisen, aber in alternativen Ausführungsformen können die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f unterschiedliche Dicken aufweisen.
Die Sensorstruktur 102 kann ferner eine Mehrzahl von Anschlussbereiche mit ersten bis fünften Anschlussbereichen 112a - 112e umfassen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 angeordnet sind. Die Mehrzahl der Anschlussbereiche 112a - 112e kann auch entlang der oberseitigen Oberfläche T106 des Hall-Plattenbereichs 106 angeordnet sein. Insbesondere kann jeder Anschlussbereich 112a - 112e zwischen zwei der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f angeordnet sein und daher kann jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche 112a - 112e durch einen der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f elektrisch voneinander isoliert sein. Gemäß der Darstellung in 1C kann sich die Mehrzahl der Anschlussbereiche 112a - 112e mit der Mehrzahl der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f abwechseln. Mit anderen Worten kann jeder Anschlussbereich 112a - 112e an die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f angrenzen, zwischen denen er angeordnet ist. Wie in 1B deutlicher dargestellt, können sich die Anschlussbereiche 112a - 112e im Wesentlichen parallel zueinander und zu den zweiten isolierenden Bereichen 110a - 110f erstrecken. Ähnlich wie die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f können sich die Anschlussbereiche 112a - 112e auch entlang der Breite W₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 erstrecken, so dass mindestens ein Anschlussbereich 112a - 112e den ersten isolierenden Bereich 108 an einem oder beiden Enden der Breite W₁₀₆ kontaktieren kann. Zum Beispiel kann, wie in 1B gezeigt, jeder Anschlussbereich 112a - 112e den ersten isolierenden Bereich 108 an beiden Enden der Breite W₁₀₆ kontaktieren. Alternativ dazu können ein oder mehrere Anschlussbereiche 112a - 112e den ersten isolierenden Bereich 108 nicht berühren oder den ersten isolierenden Bereich 108 nur an einem Ende der Breite W106 berühren.
Die Mehrzahl der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f kann sich tiefer in den Hall-Plattenbereich 106 erstrecken als die Mehrzahl der Anschlussbereiche 112a - 112e. Mit anderen Worten kann eine Dicke D112 von jedem Anschlussbereich 112a - 112e kleiner sein als die Dicke D₁₁₀ von jedem der zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f. Die Dicke D₁₁₂ von jedem Anschlussbereich 112a - 112e kann im Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 1,5 µm liegen. Gemäß der Darstellung in 1C können die Anschlussbereiche 112a - 112e in der Vorrichtung 100 die gleiche Dicke D₁₁₂ aufweisen, jedoch können die Anschlussbereiche 112a - 112e in alternativen Ausführungsformen unterschiedliche Dicken aufweisen.
Gemäß der Darstellung in den 1A bis 1C können der erste und der fünfte Anschlussbereich 112a, 112e von dem ersten isolierenden Bereich 108 durch entsprechende der zweiten isolierenden Bereiche 110a, 110f beabstandet sein, wobei diese von den zweiten isolierenden Bereichen 110a, 110f an den ersten isolierenden Bereich 108 entlang der Breite W106 des Hall-Plattenbereichs 106 angrenzen können. Alternativ sind die zweiten isolierenden Bereiche 110a, 110f in der Vorrichtung 100 nicht unbedingt vorhanden und die ersten und fünften Anschlussbereiche 112a, 112e können entlang der Breite W₁₀₆ des Hall-Plattenbereichs 106 an den ersten isolierenden Bereich 108 angrenzen. Während fünf Anschlussbereiche 112a - 112e und sechs zweite isolierende Bereiche 110a - 110f in den 1A bis 1C dargestellt sind, können weiterhin mehr oder weniger von jedem Bereich vorgesehen sein.
In der Vorrichtung 100 kann ein jeder der Anschlussbereiche 112a - 112e einen einzigen Leitfähigkeitstyp aufweisen. Insbesondere können die Anschlussbereiche 112a - 112e und der Hall-Plattenbereich 106 denselben Leitfähigkeitstyp (den zweiten Leitfähigkeitstyp) aufweisen. Mit anderen Worten, wenn die Basisschicht 104 Dotierstoffe vom p-Typ umfasst, können der Hall-Plattenbereich 106 und die Anschlussbereiche 112a - 112e Dotierstoffe vom n-Typ aufweisen; und wenn die Basisschicht 104 Dotierstoffe vom n-Typ umfasst, können der Hall-Plattenbereich 106 und die Anschlussbereiche 112a - 112e Dotierstoffe vom p-Typ umfassen. Die Dotierstoffe vom p-Typ können Bor (B), Aluminium (AI), Indium (In) oder Kombinationen davon umfassen, während die Dotierstoffe vom n-Typ Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) oder Kombinationen davon umfassen können. Der Hall-Plattenbereich 106 kann stärker dotiert sein (mit anderen Worten, er kann eine höhere Dotierstoffkonzentration (Anzahl der Dotierstoffe pro Volumeneinheit) umfassen) als die Basisschicht 104; wohingegen die Anschlussbereiche 112a - 112e stärker dotiert sein können als der Hall-Plattenbereich 106. Zum Beispiel kann die Basisschicht 104 eine Dotierstoffkonzentration im Bereich von etwa 1e15cm^-3 bis etwa 1e16cm^-3 aufweisen und jeder Anschlussbereich 112a - 112e kann eine Dotierstoffkonzentration im Bereich von etwa 1e19cm^-3 bis etwa 1e20cm^-3 aufweisen.
Ein jeder der Anschlussbereiche 112a - 112e kann so ausgebildet sein, dass er mit einer externen Vorrichtung elektrisch verbunden ist. Die externe Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie einen Strom durch den Hall-Plattenbereich 106 bereitstellt (z.B. kann die externe Vorrichtung eine externe Spannungsquelle sein), oder sie kann so ausgebildet sein, dass sie eine in dem Hall-Plattenbereich 106 erzeugte Hall-Spannung bestimmt. Beispielsweise zeigt 2 die Vorrichtung 100 mit den ersten, dritten und fünften Anschlussbereichen 112a, 112c, 112e, die mit externen Spannungsquellen elektrisch verbunden sind. Der zweite und vierte Anschlussbereich 112b, 112d können mit einer externen Vorrichtung (in 2 nicht dargestellt) verbunden sein, um die Hall-Spannung zu bestimmen. Mit anderen Worten können die ersten, dritten und fünften Anschlussbereiche 112a, 112c, 112e als Stromanschlussbereiche dienen, während die zweiten und vierten Anschlussbereiche 112b, 112d als Messanschlussbereiche dienen können. Beachten Sie, dass die Abmessungen D₁₀₈, D₁₁₀, D₁₁₂, die Oberflächen T₁₀₆, T₁₀₈ und die Seiten S₁₀₆ in 2 nicht beschriftet sind, um die Figur nicht zu überladen.
Insbesondere können, wie in 2 gezeigt, der erste und der fünfte Anschlussbereich 112a, 112e mit einer Massespannung GND (mit anderen Worten 0 V) verbunden sein, während der dritte Anschlussbereich 112c mit einer externen Spannung V1 verbunden sein kann, die größer ist als die Massespannung GND. Abhängig von der Technologie, die zur Herstellung der Hall-Sensorvorrichtung 100 verwendet wird, kann die externe Spannung V1 im Bereich von etwa 1 V bis etwa 6 V liegen. Aufgrund der Spannungsunterschiede zwischen dem ersten und dritten Anschlussbereich 112a, 112c und zwischen dem dritten und fünften Anschlussbereich 112c, 112e können erste und zweite Ströme 202, 204 einschließlich Ladungsträgern in entgegengesetzten Richtungen durch den Hall-Plattenbereich 106 fließen. Insbesondere kann der erste Strom 202 vom dritten Anschlussbereich 112c zum ersten Anschlussbereich 112a fließen, während der zweite Strom 204 vom dritten Anschlussbereich 112c zum fünften Anschlussbereich 112e fließen kann. Bei Vorhandensein eines Magnetfeldes 206 senkrecht zur Ebene des Hall-Plattenbereichs 106 (mit anderen Worten, in das Papier hinein und senkrecht zum Fluss der Ströme 202, 204, wie in 2 gezeigt) können Lorentz-Kräfte auf die Ladungsträger des ersten und zweiten Stroms 202, 204 in entgegengesetzten vertikalen Richtungen 208 ausgeübt werden. Auf diese Weise kann eine Spannungsdifferenz (oder mit anderen Worten eine Hall-Spannung) zwischen dem zweiten und dem vierten Anschlussbereich 112b, 112d erzeugt werden, die durch die externe Vorrichtung, an die diese Anschlussbereiche 112b, 112d angeschlossen sind, bestimmt sein kann. Die Hall-Spannung kann proportional zur Stärke des Magnetfeldes 206 sein und sie kann somit durch die Bestimmung der Hall-Spannung die Stärke des Magnetfeldes 206 bestimmt sein.
Die Anschlussbereiche 112a - 112e können mit externen Vorrichtungen auf eine andere Art und Weise verbunden sein, als mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Beispielsweise können der vierte Anschlussbereich 112d und der zweite Anschlussbereich 112b mit einer Massespannung GND und einer externen Spannung (ähnlich der oben erwähnten V1) entsprechend verbunden sein; wohingegen der erste, dritte und fünfte Anschlussbereich 112a, 112c, 112e mit einer externen Vorrichtung verbunden sein können, um die im Hall-Plattenbereich 106 erzeugte Hall-Spannung zu messen. Der erste und der fünfte Anschlussbereich 112a, 112e können mit demselben Anschluss der externen Vorrichtung verbunden sein.
Die ersten und zweiten isolierenden Bereiche 108, 110a - 110f in der Vorrichtung 100 können dazu beitragen, das Ausmaß der Änderung der Größen und Formen des Hall-Plattenbereichs 106 und der Anschlussbereiche 110a - 110e zu begrenzen. Da es außerdem weniger p-n-Übergänge im Hall-Plattenbereich 106 der Vorrichtung 100 im Vergleich zu Hall-Sensorvorrichtungen aus dem Stand der Technik gibt, kann die Leistung der Vorrichtung 100 weniger empfindlich auf Temperaturänderungen um den Hall-Plattenbereich 106, Dotierstoffschwankungen in verschiedenen Anschlussbereichen 112a - 112e und externe Spannungen, die an den Hall-Plattenbereich 106 angelegt werden, reagieren. Im Gegenzug kann die Widerstandsfehlanpassung zwischen verschiedenen Bereichen innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 geringer sein und die Offset-Spannung der Vorrichtung 100 kann verringert werden. Darüber hinaus kann dadurch, dass der Hall-Plattenbereich 106 mit dem ersten isolierende Bereich 108 und der Basisschicht 104 umgeben ist, der Fluss der Ströme 202 - 204 innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 besser begrenzt werden.
Um die Offset-Spannung weiter zu reduzieren, kann bei der Verwendung der Vorrichtung 100 eine Spinning-Current-Technik angewendet werden. Bei dieser Technik kann die Vorrichtung 100 in vier Modi betrieben werden. Im ersten und zweiten Modus können die ersten, dritten und fünften Anschlussbereiche 112a, 112c, 112e als Stromanschlussbereiche dienen, während die zweiten und vierten Anschlussbereiche 112b, 112d als Messanschlussbereiche dienen können. Insbesondere können im ersten Modus der erste und fünfte Anschlussbereich 112a, 112e mit einer Massespannung GND und der dritte Anschlussbereich 112c mit einer externen Spannung V1 verbunden sein. Im zweiten Modus können der erste und der fünfte Anschlussbereich 112a, 112e mit einer externen Spannung V1 und der dritte Anschlussbereich 112c mit einer Massespannung GND verbunden sein, so dass der Stromfluss durch den Hall-Plattenbereich 106 im zweiten Modus zu dem im ersten Modus entgegengesetzt sein kann. Im dritten und vierten Modus können der erste, dritte und fünfte Anschlussbereich 112a, 112c, 112e als Sensoranschlussbereiche dienen, während der zweite und vierte Anschlussbereich 112b, 112d als Stromanschlussbereiche dienen können. Insbesondere kann im dritten Modus der zweite Anschlussbereich 112b mit einer Massespannung GND und der vierte Anschlussbereich 112d mit einer externen Spannung V1 verbunden sein; während im vierten Modus der zweite Anschlussbereich 112b mit einer externen Spannung V1 und der vierte Anschlussbereich 112d mit einer Massespannung GND verbunden sein kann. Die Hall-Spannung kann in jedem Modus bestimmt werden und die endgültige Hall-Spannung der Vorrichtung 100 kann unter Verwendung eines Durchschnitts der in den vier Modi bestimmten Hall-Spannungen erhalten werden. Die Mittelwertbildung der Hall-Spannungen in den vier Modi kann dazu beitragen, zumindest einen Teil der Offset-Spannung des Geräts 100 aus der endgültigen Hall-Spannung herauszufiltern. Dementsprechend kann die resultierende Offset-Spannung der Vorrichtung 100 reduziert werden.
Die Hall-Sensorvorrichtung 100 kann mit der bestehenden Technologie ohne Verwendung zusätzlicher Maskenschichten gebildet werden. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 300 zur Herstellung der Vorrichtung 100 gemäß verschiedenen nicht beschränkenden Ausführungsformen illustriert.
Mit Bezug auf 3 kann bei 302 ein Substrat mit dem ersten Leitfähigkeitstyp bereitgestellt werden und bei 304 können die Basisschicht 104 und der erste isolierende Bereich 108 innerhalb des Substrats gebildet werden. Die Basisschicht 104 und der erste isolierende Bereich 108 können durch jedes bekannte Verfahren gebildet werden. Zum Beispiel kann das Substrat geätzt werden, um eine vertikale Öffnung zu bilden, die sich teilweise durch das Substrat erstreckt. Die vertikale Öffnung kann dann mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt werden, um den ersten isolierenden Bereich 108 zu bilden, und das Substrat unter der vertikalen Öffnung kann als die Basisschicht 104 fungieren.
Bei 306 kann der Hall-Plattenbereich 106 über der Basisschicht 104 gebildet werden, so dass der erste isolierende Bereich 108 um den Hall-Plattenbereich 106 herum und an diesen angrenzend angeordnet ist. Der Hall-Plattenbereich 106 kann durch Dotieren eines Bereichs des Substrats, der von dem ersten isolierenden Bereich 108 umgeben ist, mit Dotierstoffen vom geeigneten Leitfähigkeitstyp gebildet werden.
Bei 308 können die zweiten isolierenden Bereiche 110a - 110f innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 gebildet werden. Dies kann durch Ätzen des Hall-Plattenbereichs 106 zur Bildung von einer Mehrzahl von Öffnungen und durch Abscheiden von einem elektrisch isolierenden Material in diese Öffnungen geschehen.
Bei 310 können die Anschlussbereiche 112a - 112e innerhalb des Hall-Plattenbereichs 106 gebildet werden. Dies kann durch Dotieren von Bereichen zwischen den zweiten isolierenden Bereichen 110a - 110f mit Dotierstoffen vom entsprechenden Leitfähigkeitstyp erfolgen.
Die oben beschriebene Reihenfolge für das Verfahren ist nur zur Veranschaulichung gedacht und das Verfahren ist nicht auf die oben speziell beschriebene Reihenfolge beschränkt, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Darüber hinaus kann die Hall-Sensorvorrichtung 100 als Teil eines integrierten Schaltkreises implementiert werden und das Verfahren kann weiterhin andere dem Fachmann bekannte Prozesse umfassen, z. B. Prozesse zum Bilden von Transistoren und/oder Back-End-of-Line (BEOL) -Prozessen zur Bildung von Inter-Layer-Dielectric (ILD) -Schichten und Kontakten.
4 zeigt eine Hall-Sensorvorrichtung 400 gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen. Die Halbleitervorrichtung 400 ist der Halbleitervorrichtung 100 ähnlich und daher sind die gemeinsame Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht zu beschreiben.
Mit Bezug auf 4 kann die Basisschicht 402 der Vorrichtung 400 im Vergleich zur Vorrichtung 100 stattdessen eine isolierende Schicht umfassen. Diese isolierende Schicht kann ein isolierendes Material umfassen, das den Stromfluss vom Hall-Plattenbereich 106 durch die Basisschicht 402 minimieren (oder in einem nicht beschränkenden Beispiel vollständig einschränken) kann. Beispielsweise kann die Basisschicht 402 eine vergrabene Oxidschicht aufweisen und das isolierende Material kann Siliziumdioxid umfassen. Die isolierende Schicht kann auch dazu beitragen, den Hall-Plattenbereich 106 weiter von benachbarten Komponenten/Strukturen zu isolieren, insbesondere von denen unter dem Hall-Plattenbereich 106. Obwohl in 4 nicht dargestellt, kann die Vorrichtung 400 weiterhin ein Halbleitersubstrat ähnlich der Basisschicht 104 der Vorrichtung 100 umfassen und die Basisschicht 402 kann innerhalb dieses Halbleitersubstrats angeordnet sein. Dieses Halbleitersubstrat kann jedoch auch weggelassen werden. Alternativ können weitere Schichten zwischen der Basisschicht 402 und dem Halbleitersubstrat angeordnet sein. Im Gebrauch kann die Vorrichtung 400 in ähnlicher Weise arbeiten, wie oben für die Vorrichtung 100 beschrieben ist.
5A zeigt eine vereinfachte Aufsicht auf eine Hall-Sensorvorrichtung 500 gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen und 5B zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht der Vorrichtung 500 entlang der Linie B-B' von 5A. Die Vorrichtung 500 kann weitere Sensorstrukturen umfassen. Insbesondere kann die Vorrichtung 500 eine Mehrzahl von Sensorstrukturen umfassen, einschließlich einer ersten Sensorstruktur 502, einer zweiten Sensorstruktur 504, einer dritten Sensorstruktur 506 und einer vierten Sensorstruktur 508. Jede dieser Sensorstrukturen 502, 504, 506, 508 ist der Sensorstruktur 102 des Halbleiterbauelements 100 ähnlich und daher sind die gemeinsamen Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht zu beschreiben. Die Abmessungen W₁₀₆, D₁₀₈, D₁₁₀, D₁₁₂, die Oberflächen T₁₀₆, T₁₀₈ und die Seiten S₁₀₆ sind in 5A und 5B nicht beschriftet, um die Figuren nicht zu überladen. Ferner kann die Anzahl der Sensorstrukturen in der Hall-Sensorvorrichtung 500 größer oder kleiner als vier sein, obwohl vier Sensorstrukturen gezeigt sind.
Mit Bezug auf die 5A und 5B kann jede Sensorstruktur 502 - 508 der Vorrichtung 500 im Vergleich zu der Sensorstruktur 102 der Halbleitervorrichtung 100 weniger Anschlussbereiche 112a - 112c und weniger von den zweiten isolierenden Bereichen 110a - 110d umfassen. Insbesondere kann jede Sensorstruktur 502 - 508 nur einen ersten Anschlussbereich 112a, einen zweiten Anschlussbereich 112b und einen dritten Anschlussbereich 112c umfassen. Die Sensorstrukturen 502 - 508 in der Halbleitervorrichtung 500 können über Verbinder 550 miteinander elektrisch verbunden sein. Die Verbinder 550 können ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen, wie z. B. ohne Beschränkung Aluminium, Kupfer, Wolfram, Legierungen davon oder Kombinationen davon. Die Verbinder 550 können zum Beispiel elektrische Drähte umfassen. Gemäß der Darstellung in 5A können die erste, zweite, dritte und vierte Sensorstruktur 502, 504, 506, 508 entlang einer gleichen Achse (entlang der Linie B-B') von 5A angeordnet sein und in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet sein. Insbesondere kann der erste Anschlussbereich 112a der ersten Sensorstruktur 502 mit dem dritten Anschlussbereich 112c der vierten Sensorstruktur 508 elektrisch verbunden sein. Ferner können die dritten Anschlussbereiche 112c der ersten, zweiten und dritten Sensorstruktur 502, 504, 506 entsprechend mit den ersten Anschlussbereichen 112a der zweiten, dritten und vierten Sensorstruktur 504, 506, 508 elektrisch verbunden sein.
6 zeigt die Hall-Sensorvorrichtung 500 im Gebrauch, wobei der zweite Anschlussbereich 112b der ersten Sensorstruktur 502 mit einer externen Spannung V1 (ähnlich der V1 in 2) und der zweite Anschlussbereich 112b der dritten Sensorstruktur 506 mit einer Massespannung GND verbunden ist. Die zweiten Anschlussbereiche 112b der zweiten und vierten Sensorstruktur 504, 508 können mit einer externen Vorrichtung (in 6 nicht dargestellt) verbunden werden, um eine Hall-Spannung durch die Vorrichtung 500 zu bestimmen. Mit anderen Worten können die zweiten Anschlussbereiche 112b der ersten und dritten Sensorstrukturen 502, 506 als Stromanschlussbereiche fungieren und die zweiten Anschlussbereiche 112b der zweiten und vierten Sensorstrukturen 504, 508 können als Erfassungsanschlussbereiche fungieren.
Gemäß der Darstellung in 6 können aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen den zweiten Anschlussbereichen 112b der ersten und dritten Sensorstrukturen 502, 506 erste bis sechste Ströme 510 - 520 mit Ladungsträgern durch die Hall-Plattenbereiche 106 der Sensorstrukturen 502 - 508 fließen. Insbesondere können der erste und der zweite Strom 510, 512 in entgegengesetzten Richtungen durch den Hall-Plattenbereich 106 der ersten Sensorstruktur 502 fließen, wobei der erste Strom 510 vom zweiten Anschlussbereich 112b zum ersten Anschlussbereich 112a und der zweite Strom 512 vom zweiten Anschlussbereich 112b zum dritten Anschlussbereich 112c fließt. Der dritte Strom 514 kann durch den Hall-Plattenbereich 106 der zweiten Sensorstruktur 504 von dem ersten Anschlussbereich 112a zu dem dritten Anschlussbereich 112c fließen. Ähnlich wie der erste und zweite Strom 510, 512 können der vierte und fünfte Strom 516, 518 in entgegengesetzten Richtungen durch den Hall-Plattenbereich 106 der dritten Sensorstruktur 506 fließen. Allerdings kann der vierte Strom 516 vom ersten Anschlussbereich 112a zum zweiten Anschlussbereich 112b fließen, während der fünfte Strom 518 vom dritten Anschlussbereich 112c zum zweiten Anschlussbereich 112b fließen kann. Ferner kann der sechste Strom 520 von dem dritten Anschlussbereich 112c zu dem ersten Anschlussbereich 112a durch den Hall-Plattenbereich 106 der vierten Sensorstruktur 508 fließen.
In der Gegenwart eines Magnetfeldes 522 senkrecht zu den Ebenen der Hall-Plattenbereiche 106 (in das Papier und senkrecht zum Fluss des ersten bis sechsten Stroms 510 - 520, wie in 6 gezeigt) können Lorentz-Kräfte auf die Ladungsträger des dritten und sechsten Stroms 514, 520 in entgegengesetzten vertikalen Richtungen 524 ausgeübt werden. Dadurch kann eine Spannungsdifferenz (oder mit anderen Worten eine Hall-Spannung) zwischen den zweiten Anschlussbereichen 112b der zweiten und vierten Sensorstruktur 504, 508 erzeugt werden, die von der externen Vorrichtung, an die diese Anschlussbereiche 112b angeschlossen sind, bestimmt werden kann. Die Hall-Spannung kann zur Stärke des Magnetfeldes 522 proportional sein und somit kann die Vorrichtung 500 die Stärke des Magnetfeldes 522 auf Basis der Hall-Spannung bestimmen.
7 zeigt eine vereinfachte Aufsicht auf eine Hall-Sensorvorrichtung 700 gemäß alternativen, nicht beschränkenden Ausführungsformen. Die Vorrichtung 700 ist der Vorrichtung 600 ähnlich, und daher sind die gemeinsamen Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht zu beschreiben.
Mit Bezug auf 7 kann die Vorrichtung 700 auch eine Mehrzahl von Sensorstrukturen mit ersten, zweiten, dritten und vierten Sensorstrukturen 502, 504, 506, 508 ähnlich denen der Vorrichtung 600 umfassen. Im Vergleich zur Vorrichtung 600 sind die Sensorstrukturen 502 - 508 der Vorrichtung 700 jedoch nicht unbedingt entlang der gleichen Achse angeordnet, sondern können stattdessen in einer Kreuzkonfiguration angeordnet sein. Insbesondere können gemäß der Darstellung in 7 die erste und die dritte Sensorstruktur 502, 506 entlang einer ersten Achse Y-Y' angeordnet sein, während die zweite und die vierte Sensorstruktur 504, 508 entlang einer zweiten Achse X-X' senkrecht zur ersten Achse Y-Y' angeordnet sein können. Die Sensorstrukturen 502 - 508 können ebenfalls über Verbinder 550 miteinander elektrisch verbunden sein. Insbesondere können die erste, zweite, dritte und vierte Sensorstruktur 502 - 508 in der genannten Reihenfolge in Reihe geschaltet sein. Gemäß der Darstellung in 7 kann der dritte Anschlussbereich 112c der ersten Sensorstruktur 502 mit dem ersten Anschlussbereich 112a der zweiten Sensorstruktur 504 verbunden sein, der dritte Anschlussbereich 112c der zweiten Sensorstruktur 504 kann mit dem dritten Anschlussbereich 112c der dritten Sensorstruktur 506 verbunden sein, der erste Anschlussbereich 112a der dritten Sensorstruktur 506 kann mit dem ersten Anschlussbereich 112a der vierten Sensorstruktur 508 verbunden sein und der dritte Anschlussbereich 112c der vierten Sensorstruktur 508 kann mit dem ersten Anschlussbereich 112a der ersten Sensorstruktur 502 verbunden sein. Diese Verbindung der Sensorstrukturen 502 - 508 in der Vorrichtung 700 kann es der Vorrichtung 700 ermöglichen, die Stärke von Magnetfeldern parallel zur X-X' Achse zu erfassen. Alternativ können die Sensorstrukturen 502 - 508 auf eine andere Weise verbunden sein, um die Stärke von Magnetfeldern parallel zu anderen Achsen (z.B. der Y-Y'-Achse) zu erfassen, oder sie können mit Schaltelementen verbunden sein, die so ausgebildet sind, dass sie die Verbindungen der Sensorstrukturen 502 - 508 entsprechend den Richtungen der Magnetfelder, deren Stärke bestimmt werden soll, ändern.
Der Fluss der Ströme durch die Vorrichtungen 500 und 700 kann im Vergleich zu dem durch die Vorrichtung 100 symmetrischer sein. Dies kann daran liegen, dass, wie in 6 gezeigt, wenn die Vorrichtung 500 in Betrieb ist, der Fluss des Stroms/der Ströme 510 - 520 in jeder Sensorstruktur 502 - 508 dem in einer anderen Sensorstruktur 502 - 508 ähnlich sein kann, außer dass die Richtung(en) des Stroms/der Ströme 510 - 520 entgegengesetzt sein kann/können. Zum Beispiel fließen die Ströme 510, 512, 516, 518 sowohl in der ersten als auch in der dritten Sensorstruktur 502, 506 zwischen dem zweiten Anschlussbereich 112b und dem ersten/dritten Anschlussbereich 112a, 112c, aber die Ströme 510, 512 in der ersten Sensorstruktur 502 können in entgegengesetzten Richtungen zu denen in der dritten Sensorstruktur 506 verlaufen. In ähnlicher Weise fließen die Ströme 514, 520 sowohl in der zweiten als auch in der vierten Sensorstruktur 504, 508 zwischen dem ersten und dem dritten Anschlussbereich 112a, 112c, jedoch in entgegengesetzten Richtungen.
Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne vom Wesen oder den wesentlichen Merkmalen davon abzuweichen. Die obigen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht anschaulich und nicht als die hierin beschriebene Erfindung beschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung wird daher eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die obige Beschreibung angegeben und alle Änderungen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen darin enthalten sein.

Claims

Hall-Sensorvorrichtung mit einer Sensorstruktur, wobei die Sensorstruktur umfasst: eine Basisschicht mit einem ersten Leitfähigkeitstyp einen Hall-Plattenbereich, der einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, und der über der Basisschicht angeordnet ist; einen ersten isolierenden Bereich, der um den Hall-Plattenbereich herum angeordnet ist und an diesen angrenzt, wobei der erste isolierende Bereich ein elektrisch isolierendes Material umfasst und die Basisschicht kontaktiert; eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jeder aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen ein elektrisch isolierendes Material umfasst; und eine Mehrzahl von Anschlussbereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen voneinander elektrisch isoliert ist.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Anschlussbereiche sich nebeneinander mit der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen abwechselt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen tiefer in den Hall-Plattenbereich erstrecken als die Mehrzahl von Anschlussbereiche.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste isolierende Bereich die Seiten des Hall-Plattenbereichs vollständig umgibt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich der erste isolierende Bereich teilweise in die Basisschicht erstreckt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen über eine Breite des Hall-Plattenbereichs erstreckt, so dass mindestens ein zweiter isolierender Bereich der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen den ersten isolierenden Bereich an einem oder beiden Enden der Breite berührt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Mehrzahl von Anschlussbereiche über eine Breite des Hall-Plattenbereichs erstreckt, so dass mindestens ein Anschlussbereich der Mehrzahl von Anschlussbereiche den ersten isolierenden Bereich an einem oder beiden Enden der Breite berührt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Mehrzahl von Anschlussbereiche im Wesentlichen parallel zueinander über eine Breite des Hall-Plattenbereichs erstreckt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen und die Mehrzahl von Anschlussbereiche entlang einer oberseitigen Oberfläche der Hall-Platte angeordnet sind.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine oberseitige Oberfläche des ersten isolierenden Bereichs horizontal zu einer oberseitigen Oberfläche des Hall-Plattenbereichs ausgerichtet ist.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste isolierende Bereich eine tiefe Grabenisolationsstruktur umfasst und die Mehrzahl der zweiten isolierenden Bereiche Flachgrabenisolationsstrukturen umfasst.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Anschlussbereiche und der Hall-Plattenbereich denselben Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Anschlussbereiche stärker dotiert ist als der Hall-Plattenbereich.
Die Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hall-Sensorvorrichtung eine einzelne Sensorstruktur umfasst.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hall-Sensorvorrichtung weitere Sensorstrukturen umfasst, wobei die Sensorstruktur und die weiteren Sensorstrukturen miteinander elektrisch verbunden sind.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Sensorstruktur und die weiteren Sensorstrukturen eine erste Sensorstruktur, eine zweite Sensorstruktur, eine dritte Sensorstruktur und eine vierte Sensorstruktur umfassen, die in der genannten Reihenfolge elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Sensorstruktur und die dritte Sensorstruktur entlang einer ersten Achse angeordnet sind, und wobei die zweite Sensorstruktur und die vierte Sensorstruktur entlang einer zweiten Achse senkrecht zur ersten Achse angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer Hall-Sensorvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Substrats mit einem ersten Leitfähigkeitstyp; ein Bilden einer Basisschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp und einem ersten isolierenden Bereich, der ein elektrisch isolierendes Material umfasst, innerhalb des Substrats, wobei der erste isolierende Bereich die Basisschicht kontaktiert; ein Bilden eines Hall-Plattenbereichs mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, über der Basisschicht, wobei der erste isolierende Bereich um den Hall-Plattenbereich herum und an diesen angrenzend angeordnet ist; ein Bilden einer Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen innerhalb des Hall-Plattenbereichs, wobei ein jeder aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen ein elektrisch isolierendes Material umfasst; und ein Bilden einer Mehrzahl von Anschlussbereiche innerhalb des Hall-Plattenbereichs, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen elektrisch voneinander isoliert ist.
Hall-Sensorvorrichtung mit einer Sensorstruktur, wobei die Sensorstruktur umfasst: eine isolierende Schicht; einen Hall-Plattenbereich, der über der isolierenden Schicht angeordnet ist; einen ersten isolierenden Bereich, der um den Hall-Plattenbereich herum angeordnet ist und an diesen angrenzt, wobei der erste isolierende Bereich ein elektrisch isolierendes Material umfasst und die isolierende Schicht kontaktiert; eine Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jeder aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen ein elektrisch isolierendes Material umfasst; und eine Mehrzahl von Anschlussbereichen, die innerhalb des Hall-Plattenbereichs angeordnet sind, wobei ein jedes benachbarte Paar von Anschlussbereiche durch einen aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen elektrisch voneinander isoliert ist.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste isolierende Bereich die Seiten des Hall-Plattenbereichs vollständig umgibt.
Hall-Sensorvorrichtung nach Anspruch 18, wobei sich die mehreren zweiten isolierenden Bereiche über eine Breite des Hall-Plattenbereichs erstrecken, so dass mindestens ein zweiter isolierender Bereich aus der Mehrzahl von zweiten isolierenden Bereichen den ersten isolierenden Bereich an einem oder beiden Enden der Breite kontaktiert.