DE2326731B2

DE2326731B2 - Halbleiteranordnung mit mehreren hall- elementen

Info

Publication number: DE2326731B2
Application number: DE19732326731
Authority: DE
Inventors: Johannes Hendrikus Hubertus Eindhoven Janssen (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1977-08-25
Also published as: AT343718B; CH566080A5; DE2326731C3; NL7207395A; BE800327A; CA994476A; NL173335B; IT986380B; JPS4944686A; DE2326731A1; FR2186763A1; FR2186763B1; NL173335C; AU5617373A; ATA468673A; GB1426590A; AU474234B2; US3823354A; JPS517985B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der mehrere Hall-Elemente mit nebeneinanderliegenden schichtförmigen, sich praktisch parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiter-Hall-Körpern enthält, welche Hall-Körper mit zwei Anschlußkontakten, mit deren Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch die Hall-Körper hindurchgeführt wird, und mit mindestens einem weiteren Anschlußkontakt versehen sind, über den die elektrischen Hall-Signale entnommen werden können, die in lateraler Richtung senkrecht zu der Stromrichtung mit Hilfe eines Magnetfeldes erzeugt werden und deren Stromanschlußkontakte parallel geschaltet sind.

Hall-Elemente mit einem schichtförmigen Hall-Körper, der als Insel in einer epitaktischen, auch weitere Schaltungselemente enthaltenden Schicht eines Halbleiterkörpers ausgebildet ist, sind 2. B. aus der DT-OS 17 90 055 bekannt und haben einen großen Anwendungsbereich. Sie können z. B. in kollektorlosen Elektromotoren verwendet werden, bei denen der elektrische Strom durch die Spulen abwechselnd mit Hilfe elektronischer Schaltungselemente ein- und ausgeschaltet wird, die von einem Hall-Element gesteuert werden. Weiter können derartige Halbleiteranordnungen z. B. als Verstärkerschaltungen ausgebildet werden, deren Verstärkungsfaktor mit Hilfe der Hall-Elemente geregelt werden kann; auch können sie als kontaktlose Schalter für z. B. Tastenfelder ausgebildet werden, wobei ein solcher Schalter zwischen den »Ein«- und dem »Aus«-Zustand z. B. dadurch hin und her geschaltet werden kann, daß die Hall-Elemente in bezug auf ein nichthomogenes Magnetfeld verschoben werden.

Der Halbleiterkörper des Hall-Elements weist, in einer Richtung quer zu einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, meistens eine im wesentlichen rechteckige Form auf, wobei die Elektroden zum Hindurchführen des Stromes auf zwei einander gegenüberliegenden kurzen Seiten des Rechtecks angebracht sind.

Obgleich bei einer Anzahl Anwendungen ein Anschlußkontakt zum Entnehmen des Hall-Signals ausreicht, sind in den meisten Fällen zwei Kontakte angebracht, zwischen denen das Hall-Signal entnommen werden kann. Für diese Anschlußkontakte kann der Halbleiterkörper, durch den der Strom hindurchgeführt wird, noch mit lateral hervorragenden Teilen versehen sein. Dadurch kann die ganze Breite des Halbleiterkörpers zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale benutzt werden. Außerdem können größere Anschlußkontakte zum Entnehmen des Hall-Signals angebracht

werden, als wenn die Anschlußkontakte direkt auf dem Teil des Halbleiterkörpers angebracht werden, durch den der Strom hindurchgeführt wird.

Es ist bekannt, daß eine Größe, die bei praktisch jeder Anwendung eines Hall-Elements eine wichtige Rolle S spielt, durch die Nullspannung des Hall-Elements gebildet wird. Dabei ist unter Nullspannung die Erscheinung zu verstehen, daß beim Betrieb der Spannungsunterschied zwischen den AnschlußKontakten zum Entnehmen des Hall-Signals beim Fehlen eines Magnetfeldes nicht gleich Null ist. Nullspannung kann z. B. als die Größe des genannten Spannungsunterschiedes ausgedrückt werden. Oft wird jedoch die Nullspannung auch als die Größe des Magnetfeldes ausgedrückt, bei der kein Spannungsunterschied mehr zwischen den genannten Anschlußkontakten gemessen wird.

Diese Nullspannung ist in einer Vielzahl von Anwendungen unerwünscht und im allgemeinen wird man versuchen, die Nullspannung Hal'i-Elements möglichst klein zu halten, insbesondere dadurch, daß die Anschlußkontakte zum Entnehmen der Hall-Signale möglichst genau in bezug aufeinander positioniert werden Eine derartige genaue Positionierung der Anschlußkontakte erweist sich in den meisten Fällen jedoch als ungenügend, um zu verhindern, daß eine Nullspannung auftritt, wie nachstehend noch dargelegt wird, so daß im allgemeinen doch die Tatsache berücksichtigt werden muß, daß beim Betrieb das Hall-Element eine Nullspannung aufweist. Dies bedeutet u. a., daß bei vielen Anwendungen eines Hall-Elements das benötigte magnetische Steuerfeld größer sein muß als erforderlich wäre, wenn das Hall-Element keine oder nur eine vernachlässigbare Nullspannung aufweisen würde. Es stellt sich heraus, daß durch das Auftreten einer Nullspannung häufig sogar Magnetfelder von 1500 Gauß oder mehr erforderlich sind, wobei bemerkt wird, daß derartige starke Felder im allgemeinen nicht ohne Mittel zum Erreichen zusätzlicher Feldkonzentrationen realisierbar sind.

Eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art (IBM Technical Disclosure Bulletin, 12 [1970], 12, 2163) enthält neben dem eigentlichen Hall-Element ein zweites Hall-Element, das dieselbe Nullspannung aufweisen soll als das eigentliche Hall-Element. Während des Betriebes wird zwischen den Hall-Elementen die Differenz ihrer Hall-Spannungen entnommen, wobei davon ausgegangen wird, daß das Magnetfeld nur auf das erste, eigentliche Hall-Element einwirkt. Oft weisen jedoch die Magnetfelder eine solche Ausdehnung auf, daß eine solche Anordnung nicht angewendet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hall-Element zu schaffen, das keine oder nur eine geringe Nullspannung aufweist.

Die Erfindung geht dabei u. a. von der Erkenntnis aus, daß es möglich ist, Hall-Elemente mit einander entgegengesetzten Nullspannungen zu erhalten und durch Parallelschaltung derartiger Elemente ein kombiniertes Hall-Element mit einer wenigstens teilweise kompensierten Nullspannung zu bilden.

Es sei bemerkt, daß zwei Hall-Elemente dadurch parallel geschaltet werden können, daß die Anschlußkontakte zum Hindurchführen eines Stromes eines Hall-Elements mit denen des anderen Hall-Elements verbunden werden und daß ebenfalls die Kontakte, über die den Hall-Elementen die Hall-Signale entnommen werden können, derart miteinander verbunden werden, daß die miteinander verbundenen Kontakte beim Betrieb und bei einem vorgegebenen Magnetfeld ein Hall-Signal der gleichen Polarität abgeben.

Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, daß eine derartige Kompensation möglich ist, indem die Nullsparinung zu einem großen Teil durch Störungen und Ungleichmäßigkeiten in dem Halbleiterkörper herbeigeführt wird, die nicht örtlich begrenzt sind, sondern die sich über einen verhältnismäßig großen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken. Derartige Störungen und Ungleichmäßigkeiten ermöglichen es, in einem Halbleiterkörper Hall-Elemente anzubringen, deren Nullspannungen einander entgegengesetzt sind, wie nachstehend erläutert wird.

Die störenden Einflüsse, infolge deren ein Hall-Element beim Betrieb beim Fehlen eines Magnetfeldes dennoch eine Spannung ungleich Null abgibt, können in zwei Arten unterschieden werden. Eine erste Art wird durch Störungen gebildet, die örtlich begrenzt sind und z. B. durch örtliche Kristallfehler im Halbleiterkörper herbeigeführt werden.

Eine zweite Art Störungen wird durch Störungen gebildet, die sich, wie oben bereits angegeben wurde, über ein großes Gebiet des Halbleiterkörpers erstrekken und sich z. B. als eine gleichmäßige Änderung des Quadratwiderstandes im Halbleiterkörper äußern. Unter derartigen Störungen sind z. B. Ungleichmäßigkeiten im Halbleiterkörper, wie eine allmähliche Änderung der Dicke des Halbleiterkörpers oder eine allmähliche Änderung der Dotierungskonzentration im Halbleiterkörper zu verstehen. Der Einfluß dieser Ungleichmäßigkeiten im Halbleiterkörper auf die Nullspannung — der, sofern er durch die genannten Ungleichmäßigkeitcn herbeigeführt wird, praktisch konstant ist — könnte teilweise z. B. dadurch herabgesetzt werden, daß während der Herstellung eines Hall-Elements das Ausgangsmaterial äußerst genau gewählt wird. Eine derartige Selektion weist jedoch den Nachteil auf, daß die Ausbeute bei der Herstellung erheblich herabgesetzt werden kann.

Außerdem wird der Effekt einer derartigen Selektion dadurch beeinträchtigt, daß insbesondere beim Betrieb des Hall-Elements, weitere Störungen der genannten zweiten Art im Halbleiterkörper auftreten können, die eine allmähliche Änderung des spezifischen Widerstandes oder des Quadratwiderstanries des Halbleitermaterials zur Folge haben können. Derartige Störungen mit einem damit einhergehenden Gradienten im Quadratwiderstand können z. B. durch die Abführung der Verlustleistung beim Betrieb des Hall-Elements herbeigeführt werden, die einen Temperaturgradienten im Halbleiterkörper zur Folge haben kann.

Wichtige Störungen, die sich über einen verhältnismäßig großen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken und eine allmähliche Änderung des Quadratwiderstandes im Halbleiterkörper zur Folge haben, können weiter durch Spannungen und Druckunterschiede im Halbleiterkörper herbeigeführt werden.

Derartige Druckunterschiede werden z. B. durch die Umhüllung eingeführt, die am Ende des Herstellungsvorgangs rings um den Halbleiterkörper angebracht wird. Diese Druckgradienten sind im allgemeinen nicht konstant als Funktion der Zeit Dadurch, daß außerdem, wie sich herausgestellt hat, die Druckempfindlichkeit eines Hall-Elements besonders groß sein kann, kann die Nullspannung infolge eines Druckgradienten im Halbleiterkörper, ebenso wie die Änderung in der Nullspannung infolge der Änderungen im Halbleiterkörper, besonders groß sein.

Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, daß es, sogar wenn als Ausgangskörper ein praktisch homogener und gleichmäßiger Halbleiterkörper für die Herstellung eines Hall-Elements verwendet wird, doch wahrscheinlich ist, daß im Halbleiterkörper Störungen auftreten werden, die sich über einen verhältnismäßig großen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken und die eine Nullspannung des Hall-Signals zur Folge haben können.

Wenn nun in einem Ausgangskörper zwei Hall-Elemente angebracht werden, werden die Nullspannungen dieser Hall-Elemente, sofern sie von Störungen der zuerst genannten Art herrühren, unkorreliert sein. Dagegen werden die Nullspannungen, sofern sie durch Störungen der zuletzt genannten Art herbeigeführt werden, miteinander korreliert sein.

Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt haben, haben weiter ergeben, daß, indem in einem Halbleiterkörper Hall-Elemente mit verschiedenen Stromrichtungen angebracht und diese Hall-Elemente paraUel geschaltet werden, ein kombiniertes Hall-Element mit einer geringeren Nullspannung als die gesonderten Hall-Elemente erhalten werden kann.

Dies bedeutet, daß die Nullspannung eines Hall-Elements in erheblichem Maße durch Störungen bestimmt wird, die sich über einen verhältnismäßig großen Teil des Halbleiterkörpers erstrecken, und daß Kompensation der Nullspannung möglich ist.

In Anwendung dieser Erkenntnisse wird also die obengenannte Aufgabe bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch die Anschlußkontakte für die Hall-Signale parallel geschaltet sind und daß die Hall-Elemente verschiedene Stromrichtungen aufweisen.

Aus einer Vielzahl von Messungen hat sich ergeben, daß sowohl die mittlere Größe der Nullspannung als auch die statistische Streuung in der Nullspannung einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung erheblich geringer sind als bei bekannten, nur aus einem einzigen Bauelement bestehenden Hall-Elementen.

Außerdem hat sich herausgestellt, daß die Temperaturempfindlichkeit und insbesondere die Druckempfindlichkeit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung gering sind, wodurch die Stabilität erheblich größer als bei den bekannten Hall-Elementen ist. Dadurch ist bei vielen Anwendungen eines Hall-Elements, wie z. B. in kollektorlosen Motoren, ein Magnetfeld von weniger als 1500 Gauß ausreichend, was in baulicher Hinsicht große Vorteile bietet.

Die Hall-Elemente weisen je zwei Kontakte zum Hindurchführen des Stromes auf. Entsprechende Kontakte der verschiedenen Hall-Elemente können miteinander z. B. mittels einer Metallschicht verbunden sein, die auf einer auf der genannten Oberfläche des Halbleiterkörpers angebrachten passivlerenden und isolierenden Schicht niedergeschlagen und über eine oder mehrere öffnungen in dieser isolierenden Schicht mit den Hall-Elementen verbunden ist und die einen Anschlußkontakt für die gesamte Anordnung bildet. Die Kontakte können aber auch auf der Außenseite, d. h. außerhalb der üblichen Umhüllung, miteinander verbunden werden.

Weiter weist jedes Hall-Element mindestens einen, in den meisten Fällen jedoch zwei Kontakte zum Entnehmen der Hall-Signale auf. Dabei können entsprechende Kontakte der Hall-Elemente ebenfalls sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite miteinander verbunden werden.

Die Nullspannungen der Hall-Elemente werden sich um so besser ausgleichen, um so größer die Korrelation zwischen den Störungen in den Hall-Körpern der Hall-Elemente ist. Daher ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Elemente, auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers gesehen, nahe beieinander liegen und höchstens durch ein zwischenlie-

lo' gendes Isoliergebiet voneinander getrennt sind.

Falls die Hall-Elemente nich untereinander gleich sind, z. B. dadurch, daß die Längsabstände zwischen den stromführenden Kontakten verschieden sind, sollen die Kontakte zum Entnehmen der Hall-Spannung der

is verschiedenen Hall-Elemente derart angebracht sein, daß die Hall-Elemente an der Stelle dieser Kontakte beim Betrieb und beim Fehlen eines Magnetfeldes, abgesehen von Nullspannungen, praktisch das gleiche Potential aufweisen.

Weiter haben Messungen an einer Anzahl praktisch identischer und in demselben Halbleiterkörper angebrachter H all-Elemente mit voneinander verschiedenen Stromrichtungen ergeben, daß die Nullspannung eines Hall-Elements von der Stromrichtung dieses Hall-Ele-

2s ments abhängig ist, und zwar derart, daß die Nullspannung als Funktion des Zweifachen des Winkels zwischen der Stromrichtung und einer beliebigen Achse parallel zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers etwa einen kosinusförmigen oder einen etwa sinusförmigen Verlauf aufweist. Außerdem hat sich gezeigt, daß das genannte kosinusartige Verhalten im allgemeinen um so besser ist, je näher die Hall-Elemente beieinanderliegen, was auch ein Grund dafür ist, in einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung die HaII-EIemente möglichst nahe beieinander anzuordnen.

Aus dem beschriebenen kosinusartigen Verhalten der Nullspannung ergibt sich weiter, daß für bestimmte Werte des Winkels zwischen der Stromrichtung eines Hall-Elements und der genannten zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse die Nullspannung des Hall-Elements praktisch gleich Null sein kann. Diese Tatsache könnte dazu benutzt werden, ein einfaches Hall-Element, dessen Nullspannung praktisch gleich Null ist, herzustellen. In der Praxis erweist sich dies jedoch als besonders schwierig, u.a. infolge der Tatsache, daß sich der Winkel zwischen der Stromrichtung und der genannten Achse, für den die Nullspannung praktisch gleich Null ist, im Laufe der Zeit ändern kann.

so Eine bevorzugte Ausführungsform mit einer sehr guten Kompensation ist daher dadurch gekennzeichnet daß die Hall-Elemente einander praktisch gleich sind und Stromrichtungen aufweisen, bei denen die Summe der Kosinuswerte des Zweifachen der Winkel zwlscher

SS der Stromrichtung jedes der Hall-Elemente und elnei beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörper! parallelen Achse praktisch gleich Null iit.

Eine günstige Konfiguration ist dabei dadurcl gekennzeichnet, daß Halbleiteranordnung nnch dei

Erfindung eine Anzahl von Hall-Elementen enthält deren Stromrlchtungen zu den Hauptdiagonalen eine regelmäßigen Vielecks praktisch parallel sind und dal die Zahl er Ecken dieses Vielecks gleich den Zweifachen der Zahl der Hall-Elemente ist.

Die Anzahl der Hall-Elemente kann durch ein Anzahl Faktoren, wie das verfügbare Volumen de Halbleiterkörpers und die maximal abzuleitende Vet lustlelstung, bestimmt werden. Im allgemeinen wird di

Kompensation der Nullspannung besser sein, um so größer die Zahl der Hall-Elemente ist. Insbesondere kann bei einer großen Anzahl von Hall-Elementen der Vorteil erhalten werden, daß auch die Nullspannungen der Hall-Elemente, sofern sie durch die zufälligen Fehler im Kristallgitter herbeigeführt werden, sich ausmitteln können. Dabei kann aber die Verlustleistung ebenfalls hoch werden, weil, zum Erhalten einer Hall-Spannung einer bestimmten Größe bei einem vorgegebenen Magnetfeld, der vom Hall-Element zuführende Strom der Anzahl der Hall-Elemente proportional ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, bei der die Verlustleistung minimal ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zueinander praktisch senkrecht sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die auch große Vorteile aufweist, enthält die Halbleiteranordnung nach der Erfindung drei Hall-Elemente, deren Stromrichtungen Winkel miteinander einschlie-Ben, die praktisch gleich 120° sind.

Es sei bemerkt, daß in dieser Ausführungsform — gleich wie in den obenstehenden Ausführungsformen — die Summe der Kosinuswerte des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung jedes der Hall-EIemente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Der Halbleiterkörper kann z. B. aus einer geeigneten A^mB^v-Verbindung, wie z. B. Indium-Antimonid oder Indium-Arsenid, bestehen. In einem derartigen Halbleiterkörper können die Hall-Elemente z. B. dadurch gebildet werden, daß in den Halbleiterkörper eine Nut geätzt wird, die die zu den Hall-Elementen gehörigen Teile des Halbleiterkörpers elektrisch nahezu völlig 3s gegeneinander isoliert. Weiter kann als Halbleiterkörper eine Siliciumschicht dienen, die z. B. auf einem Träger aus Isoliermaterial angebracht ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist aber dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein Substrat von eines Leitfähigkeitstyps und eine auf dem Substrat angebracht epitaktische Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält, und daß die Hall-Körper der Hall-Elemente durch einen inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht gebildet werden.

Eine Halbleiteranordnung gemäß dieser Ausführungsform kann, wie aus der nachstehenden Figurbeschreibung hervorgehen wird, durch für die Herstellung Integrierter Schaltungen allgemein übliche Techniken so hergestellt werden. Diese Techniken können vorteilhaft zur Herstellung sogenannter diskreter Hall-Elemente verwendet werden, wobei, außer den Hall-Elementen, Im Halbleiterkörper keine weiteren Schaltungselemente angebracht werden. Die Hall-Elemente können jedoch in dieser Ausfuhrungsform auch mit anderen Schaltungselementen, wie z. B. Transistoren, Dioden, Widerständen und Kapazitäten, zu einer Integrierten Schaltung Integriert werden. Dies ist besonders wichtig, well In vielen Fällen das Hall-Signal doch von einer Verstärkerschaltung verstärkt werden muß, deren Schaltungselemente nun zusammen mit den Hall-Elementen in demselben Halbleiterkörper integriert werden können.

In einer einfachen Ausfuhrungsform wird der Halbleiterkörper durch eine Anzahl gegeneinander Isolierter und nahe beieinander liegender Inseln in der epitaktischen Schicht gebildet, die je zu einem der Hall-Elemente gehören. Die Inseln können dabei auf übliche Weise durch schalenförmige Isolierzonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp oder dadurch ein schichtförmiges Muster aus Isoliermaterial, z. B. Siliciumoxyd, das über wenigstens einen Teil seiner Dicke in den Halbleiterkörper versenkt ist, gegeneinander isoliert werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Körper der Hall-Elemente einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung eine Insel bilden, die eine Anzahl Teile enthält, die sich von einem mittleren Teil der Insel her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht erstrekken und die je einen Teil des Hall-Körpers eines der Hall-Elemente bilden, daß der mittlere Teil der Insel den Hall-Körpern der Hall-Elemente gemeinsam ist und mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlußkontakt zum Hindurchführen eines Stromes in lateraler Richtung durch die Hall-Körper der Hall-Elemente versehen ist. Diese bevorzugte Ausführungsart bietet u. a. den Vorteil, daß eine Raumersparung dadurch erhalten wird, daß nun nicht jedes Hall-Element in der epitaktischen Schicht völlig von einer Isolierzone umgeben zu werden braucht.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Halbleiteranordnung mit zwei Hall-Elementen,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnung nach F i g. 1 gemäß der Linie 11-11 der F i g. 1,

F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper mit einer Anzahl schematisch dargestellter Hall-Elemente,

F i g. 4 den Verlauf der Nullspannung der in F i g. 3 dargestellten Hall-Elemente als Funktion der Stromrichtung,

Fig.5 eine schematische Draufischt auf einen anderen Halbleiterkörper mit einer Anzahl schematisch dargestellter Hall-Elemente,

F i g. 6 eine Draufsicht auf einen Teil eines anderen Ausführungsbeispiels einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung,

Fig.7 einen Querschnitt durch die Anordnung nach F i g. 6 längs der Linie VIl-VlI der F i g. 6, F i g. 8 schematisch die Anordnung nach F i g. 6,

F i g. 9 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, und

F i g. 10 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht aut und Fig.2 einen Querschnitt durch einen Teil einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper 50. Der Halbleiterkörper enthält eine Hall-Anordnung 1 mit einem schiohtförml· gen Halbleiter-Hall-Körper 2, der sich praktisch parallel zu einer Oberfläche Sl des Halbleiterkörpers SC erstreckt.

Der Hall-Körper 2 ist mit zwei Anschlußkontakten 3 und 4 versehen, mit deren Hilfe ein Strom in lateralei Richtung durch den Hall-Körper 2 hlndurchgefUhri wird. Unter Anschlußkontakten sind dabei weiter alle Mittel zu verstehen, mit deren Hilfe der schichtförmlg« Hall-Körper 2 mit einer Strom- oder Spannungsquell« verbunden werden kann. Diese Mittel, von denen ir P i g. 1 u. a. die mit 3 und 4 bezeichneten Verbindungs bahnen dargestellt sind, können also weiter auch z. G Kontaktflächen umfassen, mit deren Hilfe das HaII-EIe ment an eine außerhalb der Üblichen Umhülluni befindliche Spannungsquelle angeschlossen werdei

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Der Hall-Körper 2 ist weiter mit mindestens einem Anschlußkontakt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch zwei Anschlußkontakten 5 und 6 zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale, versehen, die in einer lateralen Richtung quer zu der genannten Stromrichtuiig mit Hilfe eines Magnetfeldes senkrecht zu der Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 erzeugt werden können.

Zur Herabsetzung der Nullspannung besteht die Hall-Anordnung 1 aus mehreren, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei, parallelgeschalteten Hall-Elementen 7 und 8. Diese Hall-Elemente enthalten je einen schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper 11 bzw. 12, der sich parallel zu der genannten Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 erstreckt.

Die Hall-Körper 11 und 12 liegen, auf die genannte Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 gesehen, nebeneinander, wobei die Hall-Elemente 7 und 8 verschiedene Stromrichtungen aufweisen, die mit den Pfeilen Pn und Pi2 angedeutet sind.

In der Hall-Anordnung können Störungen, die sich über ein verhältnismäßig großes Gebiet des Halbleiterkörpers 50 erstrecken, in jedem einzelnen der Hall-Elemente 7 und 8 eine Nullspannung herbeiführen. Dadurch, daß jedoch diese Nullspannungen miteinander korreliert sein werden und daß die Hall-Elemente auf richtige Weise in bezug aufeinander positioniert sind, werden sich diese Nullspannungen wenigstens größtenteils ausgleichen, wodurch zwischen den Anschlußkontakten 5 und 6 zum Entnehmen der Hall-Signale nur eine Nullspannung auftreten kann, die erheblich kleiner als die Nullspannungen ist, die in den einzelnen Hall-Elementen 7 und 8 auftreten können.

Dadurch, daß die genannten Störungen im Halbleiterkörper insbesondere durch die Temperatur- und Druckempfindlichkeit des Halbleitermaterials herbeigeführt werden, weist die Hall-Anordnung weiter den wichtigen Vorteil auf, daß, obgleich die Nuilspannungen der Hall-Elemente 7 und 8 infolge Druck oder Temperaturänderungen stark variieren können, die Temperatur· und Drückempfindlichkeit der Kombination der parallelgeschalteten Hall-Elemente erheblich kleiner als bei bekannten einfachen Hall-Elementen sind.

Eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung weist weiter den Vorteil auf, daß bei vielen wichtigen Anwendungen ein kleineres Magnetfeld als bei Anwendung eines bekannten Hall-Elements ausreichend ist. Insbesondere können bei Anwendungen einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung oft Magnetfelder verwendet werden, die kleiner als ISOO Oauß sind, was in baulicher Hinsicht große Vorteile ergibt, well derartige Felder im allgemeinen ohne Anwendung von Mitteln zur zusätzlichen Feldkonzentration realisiert werden können.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hall-Elemente 7 und 8 einander praktisch gleich. In diesem Falle kann eine gute Kompensation der Null-Spannungen der einzelnen Hall-Elemente erhalten werden, wenn die Hall-Elemente Sttromrlchtungen aufweisen, bei denen die Summe der Kosinuswerte des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung Jedes der Hall-Elemente und einer bliebigen zu der Oberflache des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Dies wird nunmehr an Hand der F i g. 3,4 und 5 näher erläutert.

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Halbleiterkör per mit einer Anzahl praktisch gleichen Hall-Elementer die nahe beieinanderliegen und schematisch mit den dii Stromrichtungen darstellenden Pfeilen Pi-A angedeu tet sind. Die Stromrichtungen Pi-Pe schließen, in de mit P₀ angegebenen Drehrichtung gesehen, Winke (Xi-«8 mit einer beliebigen Achse A parallel zu de Oberfläche des Halbleiterkörpers ein. Von den Winkeli αϊ—«8 sind in Fig.3 der Deutlichkeit halber nur di<

Winkel «1 und as angegeben.

Messungen haben ergeben, daß die Nullspannungei der einzelnen Hall-Elemente als Funktion des Zweifa chen der Winkel α einen praktisch kosinusförmigei Verlauf aufweisen, wie in F i g. 4 dargestellt ist.

Außerdem ergibt sich aus Fig.4, daß sich di( Nullspannungen einer Anzahl der Hall-Elemente Pi-P bei Parallelschaltung der Hall-Elemente wenigsten: größtenteils ausgleichen werden. So werden sich ζ. Β die Nullspannungen der Hall-Elemente P₁, P₂ und P oder der Hall-Elemente P₅, P₆ und P₈ oder dei Hall-Elemente P₂ und P₃ größtenteils ausgleichei können.

Die Nullspannungen z. B. der Hall-Elemente P₂ und P werden sich bei Änderungen der Störungen in

Halbleiterkörper - die sich im allgemeinen als eine Phasenänderung der in Fig.4 dargestellten Kurv«

äußern - derart ändern können, daß der kompensie

rende Effekt verschwindet.

Aus Fig.4 ist jedoch ersichtlich, daß, wenn zwe

beliebige Hall-Elemente, deren Stromrichtungen zuein ->nder prak»isch senkrecht sind, parallel geschalte! werden, die Nullspannungen dieser Hall-Elemente siel· stets größtenteils ausgleichen werden. Ein derartige! Hall-Elementepaar wird in Fig.3 durch die HaII-EIe

mentc P₁ und P₃ gebildet. Auf ähnliche Weise werder sich die Nullspannungen der drei Hall-Elemente, z. B. Pi P4 und P₆, die miteinander Winkel von etwa 120° einschließen, größtenteils bei Parallelschaltung diesel Hall-Elemente ausgleichen können. Allgemein laßt sich

sagen, daß sich die Nullspannungen von Hall-Elementen, deren Stromrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmäßigen Vielecks parallel sind, wobei die Anzahl Ecken dieses Vielecks gleich dem Zweifachen der Anzahl Hall-Elemente ist, größtenteils ausgleichen

werden können. Zur Illustrierung sind in Fig.5 schematisch fünf Hall-Elemente P13-P17 dargestellt deren S'romrichtungen zu den Hauptdiagonalen eines regelmüßigen Zehnecks parallel sind und deren Nullspannungen sich bei Parallelschaltung größtenteils

ausgleichen werden, wie aus Fig.4 deutlich ersichtlich ist·

Im Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2, in dem zwei Hal.-Elemente vorgesehen sind, sind die Stromrichtungen P_n und P,j parallel zu den Diagonalen eines Quadrats, wie auch deutlich ersichtlich ist.

Der Halbleiterkörper 50 enthält In dem hier zu beschreibenden Ausführungsbeispiel ein Substrat 9 aus p-leitendem Silicium und eine auf dem Substrat angebrachte η-leitende epitaktische Schloht to aus Silicium. Die Hall-Körper It und 12 werden durch einen Inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht 10 gebildet

Dadurch kann die Hall-Anordnung mit Hilfe der üblichen planaren Halbleitertechniken, die zur Herste!·

I!5J3Sä ^{Schaltun8en angewandt werdeni}

Außerdem kann die Hall-Anordnung In dieser ^Au8fünrungsform mit anderen Schaltungselementen, wie z.B. Transistoren, Dioden, Widerständen usw.,

integriert werden, von denen beispielsweise in den F i g. 1 und 2 nur ein Transistor mit einer Emitterzone 52, einer Basiszone 53 und einer Kollektorzone 54 dargestellt ist, wobei die Basiszone 53 mit dem Kontakt 5 des H all-Elements verbunden ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Hall-Körper 11 und 12 durch Inseln gebildet, die nahe beieinanderliegen. Diese Inseln sind nur durch eine Isolierzone 13 gegeneinander isoliert, die völlig aus einer Halbleiterzone vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 9 besteht, aber die auch völlig oder teilweise durch eine Zone aus Isoliermaterial, wie Siliciumoxyd, gebildet werden kann, das durch örtliche Oxydation der epitaktischen Schicht 10 erhalten werden kann.

Die Hall-Elemente 7 und 8 sind dadurch parallel geschaltet, daß die Anschlußkontakte 3 und 4 (siehe F i g. 1) zum Hindurchführen eines elektrischen Stromes, ebenso wie die Kontakte 5 und 6 zum Entnehmen der elektrischen Hall-Sigale, mit den beiden Hall-Elementen 7 und 8 kontaktiert sind. Die Kontakte werden durch Metallbahnen gebildet, die von dem Halbleiterkörper durch eine Isolierschicht 23 aus Siliciumoxyd getrennt sind, die auf der Oberfläche 51 des Halbleiterkörper 50 angebracht sind. Die Anschlußkontakte 3 und 4 sind an der Stelle von Kontaktöffnungen 14 und 15 in der Isolierschicht 23 mit dem Hall-Element 7 und an der Stelle der öffnungen 16 und 17 mit dem Hall-Element 8 kontaktiert. Auf entsprechende Weise sind die Kontakte 5 und 6 zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale an der Stelle der öffnungen 18 und 19 mit dem Hall-Element 7 und an der Stelle der öffnungen 20 und 21 mit dem Hall-Element 8 kontaktiert. Es sei bemerkt, daß die Isolierschicht 23 in Fig. 1 nicht gezeichnet ist und daß daher die Kontaktöffnungen durch gestrichelte Linien bezeichnet sind. Außerdem sind in der epitaktischen Schicht 10 an der Stelle der Kontaktfenster 14—20 niederohmigc und in F i g. 1 nicht dargestellte Kontaktzonen 22 (siehe F i g. 2) angebracht, die den gleichen Leitfähigkeitstyp und eine höhere Dotierung als die epitaktische Schicht 10 aufweisen.

Die Anschlußkontakte 3 und 4 bzw. 5 und 6 können mit z. B. äußeren Zufuhrleitern oder, wenn die Hall-Anordnung einen Teil einer integrierten Schaltung bildet, mit anderen Schaltungselementen verbunden werden, wie im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel veranschaulicht wird, indem der Kontakt 5 mit der Basiszone 53 eines Bipolartransistors verbunden ist, dessen Emitter 52 mit dem Anschluß 55 und dessen Kollektor 34 mit dem Anschluß 56 verbunden ist.

Bei der Herstellung der Halbleiternanordnung nach den F1 g. 1 und 2 wird von dem p-leitenden Substrat 9 aus Silicium mit einer Dicke von etwa 200 μπι und einem spezifischen Widerstand von etwa 2Ω·αη ausgegangen.

Auf in der HaIbIe'tertechnologle übliche Weise wird auf dem Substrat 9 die n-leitendo epitaktische Slllciumschlcht 10 mit einer Dicke von etwa 10 μπι und einem spezifischen Widerstand von etwa 0,5 Ω ■ cm angebracht.

Es sei bemerkt, daß In demselben Halbleiterkörper zugleich mehrere Halbleiteranordnungen mit Hall-Elementen oder mehrere integrierte Schaltungen mit einer Halbleiteranordnung mit Hall-Elementen hergestellt werden können, die dann in einer späteren Herstellungsstufe in einzelne Teile unterteilt werden können.

Nach dem Anbringen der epitaktischen Schicht 10 werden mit Hilfe der üblichen Photoresisttechniken die p-leltenden Isolierzonen 13 durch Diffusion von Bor angebracht. Die Isolierzonen 13 schließen die Inseln 11 und 12 ein und definieren auch die Kollektorzone 54 des Bipolartransistors (52,53,54).

Die Inseln, die die Hall-Körper 11 und 12 der Hall-Elemente 7 und 9 bilden, weisen, in einer Richtung quer zu der Oberfläche 51 des Halbleiterkörpers 50 gesehen, eine im wesentlichen rechteckige Form auf, deren Abmessungen etwa 100 χ 250 μπι betragen. Diese Inseln weisen weiter lateral hervorragende Teile für die

ίο Kontakte zum Entnehmen der Hall-Signale auf.

Mit Hilfe üblicher Maskierungs- und Diffusions- oder lorienimplantationstechniken wird dann die p-leitende Basiszone 53 angebracht. Zugleich mit der Basiszone 53 kann in jeder der Inseln 11 und 12 erwünschtenfalls eine p-leitende Oberflächenzone angebracht werden, wodurch die Dicke der Hall-Körper 11 und 12 verringert und somit der Widerstand vergrößert wird.

Durch Diffusion von Phosphor werden die Emitterzone 52, die Kontaktzonen 22 und eine übliche, in F i g. 1 auch nicht dargestellte Kollektorkontaktzone angebracht. Auf der epitaktischen Schicht 10 wird eine isolierende und passivierende Schicht 23, z. B. aus Siliciumoxyd, angebracht, die an der Stelle der Kontaktzonen 22 mit den Kontaktfenstern 14—21 und mit Fenstern 57, 58 und 59 zum Kontaktieren der Emitterzone 52, der Basiszone 53 bzw. der Kollektorzone 54 des Transistors versehen wird.

Die Anschlußkontakte 3—6 der Hallanordnung, der Emitterkontakt 55 und der Kollektorkontakt 56 können zugleich mit weiteren Verbindungsbahnen auf übliche Weise durch Ablagerung von Aluminium und mit Hilfe üblicher Photoätztechniken angebracht v/erden.

Dann kann der Halbleiterkörper in dem, wie üblich, eine Vielzahl der hier beschriebenen Halbleiteranordnungen zugleich hergestellt ist, in einzelne Elemente unterteilt werden, die in einer geeigneten Umhüllung untergebracht werden können.

Zur lllusirierung des Effekts der Erfindung sei noch bemerkt, daß eine Vielzahl von Messungen ergeben hat, daß die mittlere Größe der Nullspannung von Hall-Elementen der beschriebenen Art praktisch gleich NuP ist und daß die statistische Streuung in den Nullspannungen um einen Faktor 2 bis 3 und die Druckempfindlichkeit um einen Faktor 10 oder mehr kleiner als bei den einzelnen Hall-Elementen ist, was bedeutet, daß bei einer Anzahl \on Anwendungen das benötigte magnetische Streufeld um einen Faktor 2 kleiner sein kann als bei Anwendung eines einfacher Hall-Elements.

so Nun wird an Hand der Fig.6 und 7 ein andere; Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nacl der Erfindung beschrieben. Die Anordnung nach P i g. 6 die in F1 g. 7 Im Querschnitt dargestellt ist, enthält einei schichtförmigen Halbleiter-Hall-Körper 30, der, ebens«

js wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel, durcl

einen inselförmigen Teil einer n-leitendon epitaktischei

Siliciumschlcht 31, die auf einem p-'eltenden Silicium

substrat 32 angebracht ist, gebildet wird.

Der Hall-Körper 30 Ist mit zwei Anschlußkontaktei

33 und 34 versehen, mit deren Hilfe ein Strom i lateraler Richtung durch den Hall-Körper 30 hindurch geführt wird, während dieser Hall-Körper weiter zwt Anschlußkontakte 35 und 36 zum Entnehmen de elektrischen Hall-Signale aufweist.

6s Zur Herabsetzung der Nullspannung weist di Halbleiteranordnung im vorliegenden Ausführungsbe spiel drei parallelgeschaltete Hall-Elemente 37,38 un 39 auf, deren Stromrichtungen Pv-Pn zu de

Diagonalen eines regelmäßigen Sechsecks nach F i g. 8 parallel sind und miteinander Winkel einschließen, die praktisch gleich 120° sind.

Es sei bemerkt, daß in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls die Summe der Kosinus werte des Zweifachen der Winkel zwischen der Stromrichtung jedes der Hall-Elemente 37—39 und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse praktisch gleich Null ist.

Die Hall-Elemente weisen je einen Hall-Körper auf, ιό wobei die Hall-Körper der Hall-Elemente zusammen die Insel 30 bilden, die drei Teile 40, 41 und 42 enthält, die sich von einem mittleren Teil 43 her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht 31 erstrecken. Die Teile 40—42 bilden einen Teil des Hall-Körpers eines der Hall-Elemente, wobei der Teil 40 einen Teil des Hall-Körpers des Hall-Elements 37, der Teil 41 einen Teil des Hall-Körpers des Hall-Elements 38 und der Teil 42 einen Teil des Hall-Körpers des Hall-Elements 39 bildet. zo

Der mittlere Teil 43 der Insel 30 ist den Hall-Körpern der Hall-Elemente 37, 38 und 39 gemeinsam, wodurch das Hall-Element 37 den Hall-Körper (40; 43), das Hall-Element 38 den Hall-Körper (41; 43) und das Hall-Element 39 den Hall-Körper (42;43) enthält.

Der mittlere Teil 43 ist mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlußkontakt 34 zum Hindurchführen eines Stromes in lateraler Richtung durch die Hall-Körper (40,41,42,43) versehen.

Die Insel 30 wird in p-leitenden Isolierzonen 44 begrenzt, die sich über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 31 bis zu dem p-leitenden Substrat 32 erstrecken. In der Insel 30 sind weiter eine Anzahl Kontaktzonen 45 angebracht, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie und eine höhere Dotierung als die epitaktische Schicht 3t aufweisen.

Die Kontaktzonen 45 sind auf übliche Weise durch Fenster 47 in einer isolierenden und passivierenden Schicht 46 aus Siliciumoxyd mit den Anschlußkontakten 33—36 verbunden, die die Hall-Elemente 37, 38 und 39 zueinander parallel schalten.

Es sei bemerkt, daß die Oxydschicht 46 in F i g. 6 nicht dargestellt ist und daß daher die Fenster 47 mit gestrichelten Linien bezeichnet sind. Außerdem sind der Deutlichkeit halber die Kontaktzonen 45 in F i g. 6 nicht dargestellt.

Die Anschlußkontakte 33—36 können weiter mit äußeren Zufuhrleitern verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, daß z. B. nur die Anschlußkontakte 33 und 34 zum Hindurchführen eines elektrischen Stromes mit äußeren Zufuhrleitern verbunden sind und daß die Anschlußkontakte 35 und 26 zur Entnahme der elektrischen Hall-Signale mit anderen Schaltungselementen verbunden sind, die mit der Halbleiteranordnung eine integrierte Schaltung bilden.

F i g. 9 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit vier Hall-Elementen, die nur mit den Stromrichtungen P91 —Pm bezeichnet sind. Das in dieser Figur gezeigte Ausführungsbeispiel bildet tatsächlich eine Verdopplung des an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiels und enthält zwei Gruppen von Hall-Elementen P₉i, P92 und P₉₃, Pm, wobei die Nullspannungen der Hall-Elemente P91 und P92 sich, ebenso wie die Nullspannungen der Hall-Elemente P93 und P94, ausgleichen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist u. a. eine bessere Kompensation zufälliger Fehler möglich, als mit nur zwei Hall-Elementen mit zueinander senkrechten Stromrichtungen erzielbar ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließen die Stromrichtungen Pn und Pm Winkel von 180° mit den Stromrichtungen P91 bzw. P92 ein. Die Stromrichtungen P₉₃ und Pm können aber auch einen beliebigen Winkel mit den Stromrichtungen P91 bzw. P₉₂ einschließen, wie im Ausführuiigsbeispiel nach F i g. 10 dargestellt ist.

In diesem Ausführungsbeispiel werden ebenfalls schematisch vier Hall-Elemente mit den Stromrichtungen P95-P98 bezeichnet. Die Stromrichtungen P₉₅ und P₉₆ sind zueinander praktisch senkrecht, ebenso wie die Stromrichtungen P97 und Pw- Die Stromrichtungen P₉₇ und P98 schließen jedoch in diesem Ausführungsbeispiel einen beliebigen Winkel ungleich 180° mit den Stromrichtungen P95 bzw. P% ein. Auch in diesem Falle ist jedoch eine bessere Kompensation zufälliger Fehler möglich, als mit nur zwei Hall-Elementen mit zueinander senkrechten Stromrichtungen erreichbar ist.

Die Hall-Elemente nach den Fig.9 und 10 können weiter auf ähnliche Weise wie die Hall-Elemente gemäß der vorangehenden Ausfuhrungsbeispielen ausgebildet werden.

Bisher wurden nur A isführungsbeispiele beschrieben, in denen sich die Nullspannungen der Hall-Elemente maximal ausgleichen. Es sind jedoch auch Strukturen möglich, bei denen die Nullspannungen der Hall-Elemente sich größtenteils, aber nicht maximal ausgleichen. Eine derartige Struktur kann z. ß. dadurch erhalten werden, daß zwei Hall-Elemente mit zueinander parallelen oder einander entgegengesetzten Stromrichtungen zu einem dritten Hall-Element parallel geschaltet werden, dessen Stromrichtung quer auf den Stromrichtungen der beiden anderen. Hall-Elemente steht. Die Nullspannungen werden sich dabei durchschnittlich zu etwa 70% ausgleichen.

Abweichend von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann statt eines aus Silicium bestehenden Halbleiterkörpers auch ein Halbleiterkörper aus einem anderen Halbleitermaterial, insbesondere einer A'"B^V-Verbindung, wie z. B. Indiumarsenid oder Indiumantimonid, verwendet werden.

Statt eines Substrats vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp kann auch ein Substratkörper aus Isoliermaterial Anwendung finden. Die Isolierzonen 13 in Fig. 2 und 44 in Fig.7 können auch durch Zonen aus Isoliermaterial, z. B. Siliciumoxyd, gebildet werden, das mittels örtlicher Oxydation des Halbleiterkörpers angebracht werden kann. Die dadurch erhaltene Oxydschicht kann sich dabei völlig oder teilweise über die Dicke der epitaktischen Schicht erstrecken.

Die Leitfähigkeitstypen der in den Ausführungsbeispielen angegebenen Halbleitergebtete können durch die entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen ersetzt werden, wodurch η-leitende Zonen in p-leitende Zonen und p-leitende Zonen in -η-leitende Zonen geändert werden.

Vorteilhaft kann der Widerstand des Hall-Körpers dadurch vergrößert werden, daß z. B. in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Dicke des Hall-Körpers mittels einer p-leitenden Oberflächenzone verkleinert wird, die, mit Ausnahme der Kontaktstellen, auf der ganzen Oberfläche des Hall-Körpers angebracht ist, wodurch sich der Hall-Körper im wesentlichen zwischen dem p-leitenden Substrat und dieser p-leitenden Oberflächenzone erstreckt Eine derartige Vergrößerung des Widerstandes kann auch mittels einer p-leitenden vergrabenen Schicht erhalten werden, wobei im Substrat an der Stelle des Hall-Körpers eine

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hochdotierte p-leitende Oberflächenzone angebracht ist, die sich während der Herstellung der Halbleiteranordnung in der epitaktischen Schicht ausdehnt.

Weiter sind in den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Hall-Elemente dauernd mittels der Anschlußkontakte zum Hindurchführen eines Stromes und mittels der Anschlußkontakte zum Entnehmen der elektrischen Hall-Signale parallel miteinander verbunden. Es leuchtet aber ein, daß die Hall-Elemente je für sich mit Anschlußkontakten versehen sein können, die mit äußeren Zufuhrdrähten verbunden werden können, wobei die Hall-Elemente, außerhalb oder innerhalb der üblichen Umhüllung, zueinander parallel geschaltet werden können. Statt Metallstreifen, die sich über die Isolierschicht erstrecken, können zum Miteinanderverbinden der Hall-Elemente auch Drähte verwendet

werden.
Weiter brauchen die Hall-Körper der Hall-Elemente

nicht notwendigerweise durch die die Hall-Körper umgebende Inselisolierung definiert zu werden. So kann z. B. in dem AusführungsDeispiel nach den F i g. 6 und 7 ohne weitere Abänderung der Halbleiteranordnung die Inseltsolierung 44, die aus p-leitendem Halbleitermaterial besteht und die die Teile 40, 41 und 42 lateral voneinander trennt, durch η-leitendes Halbleitermaterial, also vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Teile 40, 41 und 42 und somit wie die Hall-Körper der Hall-Elemente 37, 38 und 39, ersetzt werden. Dabei liegen die Hall-Elemente also zusammen in einer Insel wobei die Hall-Körper der Hall-Eiemente nur durch die Lage der Elektroden definiert werden. Obgleich die elektrischen Eigenschaften einer derartigen Halbleiter anordnung etwas ungünstiger als die der Anordnunj nach den Fig.6 und 7 sein können, ist die Struktui einfacher, was unter Umständen vorteilhaft sein kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der mehrere Hall-Elemente mit nebeneinanderliegenden schichtförmigen, sich praktisch parallel zu einer Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckenden Halbleiter-Hall-Körpern enthält, welche Hall-Körper mit zwei Anschlußkontakten, mit deren Hilfe ein Strom in lateraler Richtung durch die »° Hall-Körper hindurchgeführt wird, und mindestens einem weiteren Anschlußkontakt versehen sind, über den die elektrischen Hall-Signale entnommen werden können, die in lateraler Richtung senkrecht zu der Stromrichtung mit Hilfe eines Magnetfeldes '5 erzeugt werden, und deren Stromanschlußkontakte parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Anschlußkontakte (18,19, 20, 21) für die Hall-Signale parallel geschaltet sind, und daß die Hall-Elemente (7, 8) verschiedene *<> Stromrichtungen (Pw, Pu) aufweisen.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Elemente (7,8), auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers (50) gesehen, nahe beieinander liegen und höchstens durch ein zwi- *5 schenliegendes Isoliergebiet voneinander getrennt sind.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Elemente einander praktisch gleich sind und Stromrichtungen (P\ bis Ps) aufweisen, bei denen die Summe der Kosinuswerte des Zweifachen der Winkel (oci bis as) zwischen der Stromrichtung jedes der Hall-Elemente und einer beliebigen zu der Oberfläche des Halbleiterkörpers parallelen Achse (A) praktisch gleich Null ist (F i g. 3).

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtungen Pu bis Pm, Pn bis P39 der Hall-Elemente zu den Hauptdiagonalen eines regelmäßigen Vielecks praktisch parallel sind und daß die Zahl der Ecken dieses Vielecks gleich dem Zweifachen der Zahl der Hall-Elemente ist (F i g. 5 und 8).

5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen zueinander praktisch senkrecht sind

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Hall-Elemente enthält, deren Stromrichtungen (Pv bis P39) miteinander Winkel einschließen, die praktisch gleich 120° sind (F ig. 8).

7. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein Substrat (9) eines Leitfähigkeitstyps und eine auf dem Substrat angebrachte epitaktische Schicht (10) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthält und daß die Hall-Körper (11,12) der Hall-Elemente (7,8) durch einen inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht (10) gebildet sind (F i g. 1 und 2).

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Körper der Hall-Elemente (37, 38, 39) eine Insel (30) bilden, die eine Anzahl Teile (40,41,42) enthält, die sich von einem mittleren Teil (43) der Insel her in lateraler Richtung in der epitaktischen Schicht (31) erstrecken und die je einen Teil des Hall-Körpers eines der Hall-Elemente (37, 38, 39) bilden, und daß der mittlere Teil (43) der Insel den Hall-Körpern der Hall-Elemente (37, 38, 39) gemeinsam ist und mit einem ebenfalls gemeinsamen Anschlußkontakt (34) zum Hindurchführen eines Stromes in lateraler Richtung durch die Hall-Körper der Hall-Elemente (37,38,39) versehen ist (F i g. 6 und 7).

9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der epitaktischen Schicht (10) weitere Schaltungselemente, wie z. B. Transistoren (52 bis 59), Dioden oder Widerstände, angebracht sind (F i g. 1 und 2).