DE69635003T2

DE69635003T2 - Halleffekt-Baustein mit vier lateralen Hallelementen

Info

Publication number: DE69635003T2
Application number: DE69635003T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Minato-ku Mochizuki; Kanae Minato-ku Fujii; Hideyuki Minato-ku Funaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: CN1136714A; KR100204872B1; CN1126183C; JP3602611B2; DE69635003D1; TW307924B; EP0735600A3; JPH08330646A; EP0735600A2; US5679973A; KR960036163A; EP0735600B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lateral-Hall-Element.
1A ist eine obere Draufsicht eines herkömmlichen Lateral-Hall-Elements, das vier Anschlüsse aufweist, und 1B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 1B-1B des in 1A gezeigten Lateral-Hall-Elements genommen ist. 1C ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 1C-1C des in 1A gezeigten Lateral-Hall-Elements genommen ist. Wie in 1A bis 1C gezeigt, ist eine aktive n-Typ-Schicht 2 auf einem p^–-Typ-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Die aktive Schicht 2 wird von einer p-Typ-Schicht 3 umgeben, die zu einer solchen Tiefe ausgebildet ist, dass sie das Substrat 1 erreicht, und somit die aktive Schicht von der anderen Region trennt. Ferner wird ein Paar von n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ gebildet, so dass sie einander auf der Oberfläche der aktiven Schicht 2 gegenüberliegen. Eine Stromversorgungselektrode 5₁ ist auf der n⁺-Typ-Schicht 4₁ und eine Stromversorgungselektrode 5₂ auf der n⁺-Typ-Schicht 4₂ ausgebildet. Ein Paar von n⁺-Typ-Schichten 6₁ , 6₂ ist ausgebildet, so dass sie einander auf der Oberfläche der aktiven Schicht 2 in einer von den n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ unterschiedlichen Position gegenüberliegen, eine Sensorelektrode 7₁ ist auf der n⁺-Typ-Schicht 6₁ ausgebildet, und eine Sensorelektrode 7₂ ist auf der n⁺-Typ-Schicht 6₂ ausgebildet.
Wenn veranlasst wird, dass ein Strom zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ parallel zu dem Oberflächenabschnitt der aktiven Schicht 2 fließt und ein Magnetfeld an die Oberfläche der aktiven Schicht 2 in einer Richtung senkrecht zu den Strömen angelegt wird, wird eine Hall-Spannung V_h durch das Lorentz'sche Prinzip zwischen den beiden Sensorelektroden 7₁ und 7₂ induziert.
Ein derartiges Lateral-Hall-Element wird beispielsweise in 12–15 des US-Patents Nr. 4 929 993 offenbart. Insbesondere umfasst das in 12 und 13 dieses US-Patents gezeigte Lateral-Hall-Element 22 nicht nur die oben beschriebene Struktur, sondern ebenfalls eine Gate-Verbindung G, die zum Schützen der gesamten aktiven Zone 7 mittels einer Verarmungsregion verwendet wird (siehe Spalte 8, Zeilen 13–47).
Das obige Lateral-Hall-Element kann mit niedrigen Kosten mittels der planaren Technik hergestellt werden, die ein Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen ist, da die Anschlüsse der Stromversorgungselektroden und der Sensorelektroden auf der Oberfläche der Halbleiterschicht ausgebildet werden. Um eine Offset-Spannung zu verringern, die auftritt, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, werden eine Mehrzahl der Lateral-Hall-Elemente ferner mit einem Neigungswinkel von 90 Grad zueinander auf dem gleichen Substrat angeordnet, und die orthogonale Verbindung zum Verbinden der Stromversorgungselektroden und der Sensorelektroden der jeweiligen Elemente parallel wird in einigen Fällen verwendet. Wenn die orthogonale Verbindung angewendet wird, ist es notwendig, die Lateral-Hall-Elemente voneinander zu isolieren, und das in 1A bis 1C gezeigte Lateral-Hall-Element weist eine derartige Struktur auf, um extrem einfach von den anderen Elementen isoliert zu werden.
Die orthogonale Verbindung einer Mehrzahl von Lateral-Hall-Elementen wird beispielsweise in 5.4 von RS Popovic, „Hall effect devices", Adam Hilger, (1991), S. 200 offenbart. Die orthogonale Verbindung der Lateral-Hall-Elemente verringert die Offset-Spannung (siehe Seite 200, die erste bis zehnte Zeile von unten).
Nun wird ein Fall betrachtet, bei dem eine Spannung V_in zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ des obigen Lateral-Hall-Elements angelegt wird. 2A bis 2C sind charakteristische Diagramme, die die Potentialverteilung Ψ_1B an dem entlang der Linie 1B-1B von 1A genommenen Querschnitt, die Potentialverteilung Ψ_D an dem entlang der Linie D-D von 1A genommenen Querschnitt und die Breite W_j einer Verarmungsschicht in dem pn-Übergangsabschnitt zwischen der aktiven Schicht 2 und der p-Typ-Schicht 3 zeigt, wenn V_in auf 0, einen positiven Wert bzw. einen negativen Wert eingestellt wird. 2A zeigt einen Fall von V_in = 0, 2B zeigt einen Fall von V_in > 0, 2C zeigt einen Fall von V_in < 0. Um zu verhindern, dass ein Strom in dem pn-Übergangsabschnitt im Fall von V_in < 0 fließt, ist es notwendig, eine negative Vorspannung an die p-Typ-Schicht 3 anzulegen.
Im Fall von V_in = 0 koinzidiert ein Pegel des Potentials 0 mit dem Fermi-Niveau (F. L. = Fermi level) an dem entlang der Linie 1B-1B genommenen Querschnitt, Ψ_1B ist positiv in der gesamten Region, hoch in den n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ , 6₁ und niedrig in der aktiven Schicht 2. An dem entlang der Linie D-D genommenen Querschnitt ist das F. L. um einen Betrag, der durch V_R angegeben wird, niedriger als das Potential, und Y_D wird niedriger als das F. L. In diesem Fall ist W_j konstant.
Im Fall von V_in > 0 wird das F. L. auf der Seite der Stromversorgungselektrode 5₂ an dem entlang der Linie 1B-1B genommenen Querschnitt um einen durch V_in angegebenen Betrag höher als das Potential 0, und Ψ_1B ist höher als das F. L. in der gesamten Region. Aus diesem Grund wird die Breite W_j der Verarmungsschicht um einen Betrag breiter gemacht, der einem Anstieg des F. L. entspricht. Die Potentialverteilung Ψ_D auf der Linie D-D ist die gleiche wie die im Fall von V_in = 0.
Im Fall von V_in < 0 werden die Potentialverteilung und eine Veränderung in der Breite der Verarmungsschicht mit Bezug auf diejenigen im Fall von V_in > 0 umgekehrt. Wie aus 2B und 2C ersichtlich ist, wird die Verarmungsschicht breiter, wenn V_in positiv ist, und schmäler, wenn V_in negativ ist.
Beispielsweise wird ein Fall betrachtet, bei dem eine Spannung von –2 V an die p^–-Typ-Schicht 3 und eine Spannung von ±2 V an die Stromversorgungselektrode 5 angelegt wird. Wenn die Breite W_j zur Zeit der Spannung 0 gleich 0,7 μm ist, verändert sich W_j sehr, die erhalten wird, wenn die Spannung angelegt wird, und wird auf 1,79 μm eingestellt. Ferner wird die Vergrößerung der Verarmungsschicht ebenfalls durch die Hall-Spannung V_h geändert. In 2A bis 2C werden Veränderungen in der Breite der Verarmungsschicht des pn-Übergangsabschnitts zwischen der aktiven Schicht 2 und der p-Typ-Schicht 3 gezeigt, wobei jedoch die Breite der Verarmungsschicht des pn-Übergangsabschnitts zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 ebenfalls geändert wird, da eine Vorspannung an den pn-Übergangsabschnitt zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 angelegt wird. Eine derartige Veränderung in der Breite der Verarmungsschicht verursacht eine Veränderung in der Breite des Strompfades, d.h. eine Veränderung in dem Widerstandswert des Elements, wodurch ein Problem verursacht wird, dass die Linearität zwischen der Hall-Empfindlichkeit und dem Magnetfeld nicht beibehalten werden kann. 3 ist ein Diagramm, das eine Abweichung in der Hall-Spannung V_h von einer Bezugslinie mit Bezug auf eine Eingangsspannung zeigt, indem eine Linie, die einen Punkt, der die Hall-Spannung V_h angibt, die erhalten wird, wenn die Eingangsspannung 1 V ist, mit dem Ursprung verbindet, als die Bezugslinie in dem in 1A bis 1C gezeigten Lateral-Hall-Element verwendet wird. Wie in 3 gezeigt, steigt eine Abweichung der Hall-Spannung V_h im Verhältnis zu einem Anstieg in der Eingangsspannung schnell an.
Wenn eine Spannung von ±2 V angelegt und die Breite des Elements auf ungefähr 100 μm eingestellt wird, verändert sich außerdem der Widerstandswert des Elements um mehrere Prozent.
Um die Veränderung in dem Widerstandswert zu verhindern, wird beispielsweise ein Verfahren zum Bilden einer p-Typ-Schicht auf der Oberfläche eines Teils der aktiven Schicht 2 und zum Zurückführen einer an die p-Typ-Schicht angelegten Spannung auf V_in oder V_h bereitgestellt, um eine Veränderung in der Breite der Verarmungsschicht zu verringern. Mit diesem Verfahren ist es jedoch notwendig, eine komplizierte externe Schaltung zu verwenden, und es tritt ein Problem auf, dass es unmöglich ist, auf eine Veränderung mit extrem hoher Geschwindigkeit in der Spannung V_in zu reagieren.
Wenn das Lateral-Hall-Element für die Erfassung von elektrischer Leistung eines Wattstunden-Zählers oder dergleichen verwendet wird, wird es notwendig, abwechselnd positive und negative Spannungen an ein Paar von Stromversorgungselektroden eines Lateral-Hall-Elements anzulegen, da die elektrische Leistung ein Wechselstrom ist. Das heißt, dass die Richtung eines zwischen dem Paar von Stromversorgungselektroden fließenden Stroms gemäß der Frequenz des Wechselstroms geändert wird. In einem Fall, in dem sich zwischen den Stromelektroden angelegte positive und negative Spannungen im Absolutwert unterscheiden, werden die Abmessungen der Verarmungsschichten, die in den Übergangsabschnitten zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat und der Element-Isolationsregion ausgebildet sind, zur Zeit der Anlegung von positiven und negativen Spannungen anders sein, und daher wird die Hall-Kennlinie anders sein. Das heißt, die Abhängigkeiten der Hall-Kennlinie von der Polarität der Spannung und von dem Absolutwert der Spannung treten auf. In diesem Fall wird in Erwägung gezogen, den obigen Einfluss durch Erhöhen der Dicke der aktiven Schicht zu unterdrücken, wobei jedoch die zur Hall-Spannung V_h beitragende Stromkomponente, die zu dieser Zeit induziert wird, verringert und die Hall-Empfindlichkeit abgesenkt wird. Wenn die Dicke der aktiven Schicht extrem groß wird, wird die Element-Isolations-Diffusion ferner unrealistisch, und die Seiten-Diffusion durch die Element-Isolations-Diffusion wird größer, um einen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Musterform des Lateral-Hall-Elements auszuüben.
Andererseits gibt es als einen die Leistung des Lateral-Hall-Elements bestimmenden Faktor eine Offset-Spannung, die auftritt, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, wie zuvor beschrieben. Es sei berücksichtigt, dass die Ursache der Erzeugung der Offset-Spannung das Nicht-Gleichgewicht einer Brücke mit vier Anschlüssen ist, die durch zwei Stromversorgungselektroden und zwei Sensorelektroden in dem Lateral-Hall-Element aufgebaut wird. Wenn beispielsweise die Widerstandswerte zwischen den Stromversorgungselektroden und den Sensorelektroden einander gleich sind, wird eine Spannung zwischen den Sensorelektroden gleich 0, wobei jedoch, wenn die Widerstandswerte voneinander unterschiedlich sind, eine bestimmte Spannung auftritt. Es ist in der Technik bekannt, dass eine Abweichung in den Widerstandswerten die Unsymmetrie der Stromversorgungselektroden und der Sensorelektroden oder die partielle Veränderung in den Widerstandswerten durch den Piezo-Widerstandseffekt verursacht wird, der in dem Si-Kristall durch eine Spannung erzeugt wird, die an dem Lateral-Hall-Element von außen anliegt. Um diese Art von Offset-Spannung zu unterdrücken, wurden verschiedene Vorschläge gemacht. Die orthogonale Verbindung ist eines der wirksamsten Verfahren. Mit diesem Verfahren ist es jedoch notwendig, eine Mehrzahl von Hall-Elementen zu bilden, und die Offset-Spannung kann nicht vollständig beseitigt werden. Es ist schwierig, die Offset-Spannung direkt von außen einzustellen, wenn die Offset-Spannung einmal erzeugt ist.
Wie oben beschrieben, werden bei dem herkömmlichen Lateral-Hall-Element die Ausdehnungen von Verarmungsschichten von dem Substrat und der Element-Isolationsregion zu der aktiven Schicht hin verändert, um die Linearität der Hall-Empfindlichkeit zu verschlechtern, und es ist schwierig, eine durch eine Abweichung in den Widerstandswerten der Brücke mit vier Anschlüssen, die durch ein Paar von Stromversorgungselektroden und ein Paar von Sensorelektroden aufgebaut wird, zu kompensieren.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Lateral-Hall-Element bereitzustellen, das in der Linearität der Hall-Empfindlichkeit verglichen mit dem herkömmlichen Lateral-Hall-Element ausgezeichnet ist, und das die Offset-Kompensation ausreichend erreichen kann.
Um die obige Aufgabe zu erreichen, umfasst ein Lateral-Hall-Element gemäß dieser Erfindung eine Mehrzahl von Lateral-Hall-Elementen, die jeweils umfassen: ein Substrat; eine aktive Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Substrat ausgebildet ist; ein Paar von ersten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps mit hoher Verunreinigungskonzentration, die selektiv mit einem voreingestellten Abstand getrennt voneinander in der Oberfläche der aktiven Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind; Stromversorgungselektroden, die jeweils auf dem Paar von ersten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; ein Paar von zweiten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps mit hoher Verunreinigungskonzentration, die mit einem voreingestellten Abstand getrennt voneinander in der Oberfläche der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps an einer von den ersten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps unterschiedlichen Position in einer oberen Draufsicht ausgebildet sind; und Sensorelektroden, die jeweils auf dem Paar von zweiten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Lateral-Hallelementen vier Lateral-Hallelemente sind; wobei jedes der vier Lateral-Hallelemente umfasst: eine Mehrzahl von Halbleiterregionen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der Oberfläche der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position verschieden von den ersten und zweiten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps in der oberen Draufsicht ausgebildet sind; Gate-Elektroden, die jeweils auf den Halbleiterregionen des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; einen Isolierfilm, der zwischen der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und dem Substrat ausgebildet ist; und eine Elementisolationsregion, die aus einer Halbleiterregion des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, wobei die Elementisolationsregion ausgebildet ist, so dass sie die aktive Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps umgibt, und zu einer Tiefe ausgebildet ist, so dass sie den Isolierfilm erreicht; wobei die Lateral-Hallelemente mit einem Neigungswinkel von 90° zueinander angeordnet sind, wobei entsprechende Stromversorgungselektroden der Lateral-Hallelemente auf eine orthogonale Art und Weise parallel geschaltet sind, wobei entsprechende Sensorelektroden der Lateral-Hallelemente auf eine orthogonale Art und Weise parallel geschaltet sind, und die Gate-Elektroden der Lateral-Hallelemente auf eine gewünschte Art und Weise verbunden sind.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen zeigen:
1A eine obere Draufsicht eines herkömmlichen Lateral-Hall-Elements;
1B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 1B-1B von 1A genommen ist;
1C eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 1C-1C von 1A genommen ist;
2A ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements von 1A, wenn V_IN = 0 ist;
2B ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements von 1A, wenn V_IN > 0 ist;
2C ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements von 1A, wenn V_IN < 0 ist;
3 ein Diagramm, das eine Abweichung der Hall-Spannung V_h von der Linearität im Verhältnis zu einer Eingangsspannung bei dem herkömmlichen Lateral-Hall-Element angibt;
4A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem ersten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
4B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 4B-4B von 4A genommen ist;
4C eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 4C-4C von 4A genommen ist;
4D eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 4D-4D von 4A genommen ist;
5 ein schematisches Diagramm, das die Verdrahtung für die Elektroden bei dem Lateral-Hall-Element des obigen Beispiels zeigt, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
6A ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements des obigen Beispiels, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, wenn V_IN = 0 ist;
6B ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements des obigen Beispiels, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, wenn V_IN > 0 ist;
6C ein charakteristisches Diagramm des Lateral-Hall-Elements des obigen Beispiels, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, wenn V_IN < 0 ist;
7 eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem zweiten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
8A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall- Elements gemäß einem dritten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
8B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 8B-8B von 8A genommen ist;
9 eine Querschnittsansicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem vierten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
10A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem fünften Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
10B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 10B-10B von 10A genommen ist;
11A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem sechsten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
11B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 11B-11B von 11A genommen ist;
12A ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der Offset-Spannung des Lateral-Hall-Elements gemäß dem obigen Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, zusammen mit einem Vergleichsbeispiel angibt;
13A eine obere Draufsicht, die eine Modifikation des Lateral-Hall-Elements des obigen Beispiels zeigt, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
13B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 13B-13B von 13A genommen ist;
14 ein Diagramm, das eine Veränderung in der spezifischen Empfindlichkeit mit Bezug auf die Dicke der aktiven Schicht des Lateral-Hall-Elements gemäß dem obigen Beispiel angibt, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
15A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem siebten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
15B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 15B-15B von 15A genommen ist;
16A eine obere Draufsicht, die eine Modifikation des Lateral-Hall-Elements gemäß der obigen Ausführungsform zeigt;
16B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 16B-16B von 16A genommen ist;
17A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem achten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
17B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 17B-17B von 17A genommen ist;
18A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements zur Verwendung bei einer Hall-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung;
18B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 18B-18B von 18A genommen ist;
19 ein Diagramm, das das Ergebnis von Experimenten zeigt, die durch Einstellen der Offset-Spannung durch Ändern der Gate-Spannung in dem Lateral-Hall-Element von 18A und 18B erhalten wurde;
20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke der aktiven Schicht und der Dicke der Diffusionsschicht vom Leitfähigkeitstyp mit Bezug auf eine Veränderung in der spezifischen Empfindlichkeit in dem Lateral-Hall-Element von 18A und 18B angibt;
21 ein Diagramm, das eine Abweichung der Hall- Spannung V_h von der Linearität im Verhältnis zu einer Eingangsspannung in dem Lateral-Hall-Element gemäß 18A und 18B angibt;
22A eine obere Draufsicht, die eine Modifikation des Lateral-Hall-Elements gemäß 18A und 18B zeigt;
22B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 22B-22B von 22A genommen ist;
23A eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem neunten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist;
23B eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 23B-23B von 23A genommen ist;
24 ein Schaltungsdiagramm einer Lateral-Hall-Vorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform dieser Erfindung, die die Einstellung einer Offset-Spannung von außen durch Verwendung von vier Lateral-Hall-Elementen von 18A, 18B erlaubt und eine orthogonale Verbindung herstellt; und
25 ein Schaltbild, das ein Beispiel eines Wattstunden-Zählers mit einem Lateral-Hall-Element der obigen Ausführungsform zeigt.
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung und Beispiele, die zum Verständnis der Erfindung nützlich sind, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
4A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem ersten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 4B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, das entlang der Linie 4B-4B von 4A genommen ist. 4C ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 4C-4C von 4A genommen ist, und 4D ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 4D-4D von 4A genommen ist. In 4A bis 4D wird eine aktive n-Typ-Schicht 2 auf einem p^–-Typ-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet. Die aktive Schicht 2 wird von einer p-Typ-Schicht 3 umgeben, die zu einer solchen Tiefe ausgebildet ist, dass sie das Substrat 1 erreicht, und somit ist die aktive Schicht von der anderen Region getrennt. Ferner wird ein Paar von n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ gebildet, so dass sie einander auf der Oberfläche der aktiven Schicht 2 gegenüberliegen. Eine Stromversorgungselektrode 5₁ wird auf der n⁺-Typ-Schicht 4₁ ausgebildet, und eine Stromversorgungselektrode 5₂ wird auf der n⁺-Typ-Schicht 4₂ ausgebildet. Ein Paar von n⁺-Typ-Schichten 6₁ , 6₂ werden ausgebildet, so dass sie einander auf der Oberfläche der aktiven Schicht 2 in einer Position gegenüberliegen, die sich von der n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ unterscheidet, eine Sensorelektrode 7₁ wird auf der n⁺-Typ-Schicht 6₁ und eine Sensorelektrode 7₂ wird auf der n⁺-Typ-Schicht 6₂ ausgebildet.
Ferner werden p-Typ-Schichten 8₁ , 8₂ , 8₃ zu einer solchen Tiefe ausgebildet, dass sie das Substrat 1 nicht erreichen, und werden in einer Reihe in Position an der äußeren Seite mit Bezug auf die n⁺-Typ-Schicht 6₂ angeordnet. Eine Elektrode 9₁ ist auf der p-Typ-Schicht 8₁ , eine Elektrode 9₁ auf der p-Typ-Schicht 8₂ und eine Elektrode 9₃ auf der p-Typ-Schicht 8₃ ausgebildet. Auf ähnliche Weise werden p-Typ-Schichten 10₁ , 10₂ , 10₃ in einer Reihe auf der Oberfläche der aktiven Schicht 3 in Position auf der äußeren Seite mit Bezug auf die n⁺-Typ-Schicht 6₁ ausgebildet, und Elektroden 11₁ , 11₂ , 11₃ werden auf den jeweiligen p-Typ-Schichten ausgebildet. Die p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ werden in einem ausreichenden Abstand von dem Substrat 1 und den anderen p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ angeordnet, so dass die sich von den p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ erstreckenden Verarmungsschichten nicht in Kontakt mit dem Substrat 1 oder den anderen p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ gebracht werden.
Das Verhältnis L/W des Abstands L zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ zu der Breite W der Stromversorgungselektrode 5 wird auf ungefähr 1 eingestellt, um die Hall-Empfindlichkeit maximal zu machen. Insbesondere sind die Breite W und der Abstand L ungefähr 120 μm und können vorzugsweise auf ungefähr 10 bis 1000 μm eingestellt werden. Der Grund ist, das ein Ausrichtungsfehler bei dem Herstellungsprozess groß wird und ein Abweichungsbetrag der Offset-Spannung groß wird, wenn die Breite W und der Abstand L gleich 10 μm oder weniger sind. Ferner wird, wenn die Breite W und der Abstand L größer als 1000 μm sind, der Widerstandswert des Elements kleiner, so dass sich der Verlust erhöht und die Chipfläche groß wird. Die Abmessungen der Breite W und des Abstands L der Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ werden auch bei der zweiten und jeder nachfolgenden Ausführungsform verwendet.
Ein Beispiel der Verdrahtung zwischen den Elektroden des in 4A bis 4D gezeigten Lateral-Hall-Elements wird diagrammartig in 5 gezeigt. Die Stromversorgungselektrode 5₁ , die Elektroden 9₁ , 9₂ , 9₃ und die Stromversorgungselektrode 5₂ sind miteinander über Widerstände 12₁ , 12₂ , 12₃ , 12₉ von hohem Widerstandswert verbunden. Auf ähnliche Weise sind die Stromversorgungselektrode 5₁ , die Elektroden 11₁ , 11₂ , 11₃ und die Stromversorgungselektrode 5₂ miteinander über Widerstände 13₁ , 13₂ , 13₃ , 13₄ von hohem Widerstandswert verbunden. Ferner ist eine veränderliche Leistungsversorgung 14₁ zwischen der Stromversorgungselektrode 5₃ und der Elektrode 9₃ verbunden, und eine veränderliche Leistungsversorgung 14₂ ist zwischen der Stromversorgungselektrode 5₂ und der Elektrode 11₃ verbunden. Ferner ist eine veränderliche Leistungsversorgung 15 zum Liefern von V_in zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ verbunden. Eine Hall-Spannung V_h wird durch einen Spannungsmesser 16 erfasst, der zwischen den Sensorelektroden 7₁ , 7₂ verbunden ist.
6A bis 6C sind charakteristische Diagramme, die jeweils die Potentialverteilung V_in auf dem entlang der Linie 4B-4B von 4A genommenen Querschnitt, die Potentialverteilung Ψ_4C auf dem entlang der Linie 4C-4C von 1A genommenen Querschnitt und die Breite W_j der Verarmungsschicht in dem pn-Übergangsabschnitt zwischen der aktiven Schicht 2 und der p-Typ-Schicht 3 zeigt, wenn eine Spannung V_in zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ des obigen Lateral-Hall-Elements angelegt wird. 6A zeigt einen Fall, in dem V_in = 0 ist, 6B einen Fall, in dem V_in > 0 ist, und 6C einen Fall, in dem V_in < 0 ist.
Im Fall von V_in = 0, wird Ψ_4C gleich wie in 2A mit Ψ_1B gezeigt, wobei jedoch in Ψ_4C das Potential der n⁺-Typ-Schicht 2 höher als das Potential 0 und die Potentiale der p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ größer als das Potential 0 werden. Die Verarmungsschichten nehmen Formen an, die den p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ entsprechen.
Im Fall von V_in > 0 wird sowohl in Ψ_4B als auch Ψ_4C das F. L. auf der Seite der Stromversorgungselektrode 5₂ um V_in höher als das Potential 0. Zu dieser Zeit steigen die Potentiale der p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₃ im Verhältnis zu V_in an. Als Ergebnis wird die Breite W_j der Verarmungsschicht auf der Seite der Stromversorgungselektrode 5₂ breiter, wobei sie jedoch auf der Seite der Stromversorgungselektrode 5₁ schmäler wird. Daher verändert sich in diesem Fall nur die Form der Verarmungsschicht im Fall von V_in = 0, und die Verarmungsschicht wird als Ganzes nicht wesentlich breiter. Der Anstieg ist höchstens 2 Prozent für eine Anwendungsspannung von +2 V.
Im Fall von V_in < 0 ist das Verhältnis zwischen der Stromversorgungselektrode, die auf der Potential-Anstiegsseite liegt, und der anderen Stromversorgungselektrode im Vergleich mit dem Fall von V_in > 0 umgekehrt und in diesem Fall wird die Verarmungsschicht nicht wesentlich als Ganzes breiter gemacht.
Daher wird die Ausdehnung der gesamten Verarmungsschicht entlang der entlang der Linien 4B-4B und 4C-4C genommenen Querschnitte im Wesentlichen unabhängig von V_in. Als Ergebnis wird der Widerstandswert des Elements im Wesentlichen unverändert gehalten, und die Linearität der Hall-Empfindlichkeit kann beibehalten werden. Ferner können bei dem obigen Lateral-Hall-Element, da die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 9₁ , 9₂ , 9₃ und den Elektroden 11₁ , 11₂ , 11₃ mittels der Leistungsversorgungen 14₁ und 14₂ angelegt werden können, unterschiedliche Werte von W_j auf der Seite der Elektroden 9₁ bis 9₃ und auf der Seite der Elektroden 11₁ bis 11₃ eingestellt werden. Somit kann eine unausgeglichene Spannung, die zwischen den Sensorelektroden 7₁ und 72 auftritt, kompensiert werden.
(Zweites Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
7 ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem zweiten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist. In 7 werden Abschnitte, die die gleichen wie die von 4A bis 4D sind, durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und dies wird auf die folgenden Zeichnungen angewendet. Das Lateral-Hall-Element ist von dem Lateral-Hall-Element von 4A bis 4D dadurch unterschiedlich, dass acht p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₉ , 10₁ bis 10₄ ausgebildet sind, und auf diesen acht Elektroden 9₁ bis 9₄ , 11₁ bis 11₄ ausgebildet sind. Noch ein weiterer unterschiedlicher Punkt ist, dass die p-Typ-Schichten 8₁ bis 8₄ , 10₁ bis 10₄ und die Elektroden 9₁ bis 9₄ , 11₁ bis 11₄ nicht auf der äußeren Seite der Sensorelektroden 7₁ , 7₂ sondern im Wesentlichen in der gleichen Reihe wie die Sensorelektroden 7₁ , 7₂ zwischen den beiden Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ ausgebildet sind, wobei die Elektroden 9₂ , 9₃ und die Elektroden 11₂ , 11₃ angeordnet sind, so dass sie jeweils Halb-Abschnitte der Sensorelektroden 7₁ und 7₂ umgeben.
Bei dem Lateral-Hall-Element kann, da die Empfindlichkeit abgesenkt wird, wenn die n⁺-Typ-Schichten 6₁ , 6₂ in dem Strompfad angeordnet sind, die Empfindlichkeit mittels der in 7 gezeigten Struktur verbessert werden.
(Drittes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
8A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem dritten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 8B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 8B-8B von 8A genommen ist. Das Lateral-Hall-Element ist von dem Lateral-Hall-Element von 4A bis 4D dadurch unterschiedlich, dass vier p-Typ-Schichten 17₁ , 17₂ , 17₃ , 17₄ in einem Bereich ausgebildet sind, der von den Stromversorgungselektroden 5 umgeben wird, und die Elektroden 9, 11 und die Elektroden 18₁ , 18₂ , 18₃ , 18₄ jeweils auf den p-Typ-Schichten 17₁ , 17₂ , 17₃ , 17₄ ausgebildet sind. Noch ein weiterer unterschiedlicher Punkt ist, dass eine n^–-Typ-Schicht 19 zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 ausgebildet ist. Da ein Einfluss durch die sich von dem Substrat 1 erstreckende Verarmungsschicht nur auf die n^–-Typ-Schicht 19 und nicht auf die aktive Schicht 2 aufgrund der Anwesenheit der n^–-Typ-Schichten 19 ausgeübt wird, kann die Empfindlichkeit der Messung konstant gemacht werden.
Bei dem obigen Lateral-Hall-Element kann die Ausdehnung der Verarmungsschicht in einer Richtung senkrecht zu dem entlang der Linie 8B-8B genommenen Querschnitt durch Einstellen der Potentiale der Stromversorgungselektroden 5₁ , der Elektroden 18₁ , 18₃ , der Elektroden 18₂ , 18₄ und der Stromversorgungselektrode 5₂ auf feste Werte unterdrückt werden, die in dieser Reihenfolge größer oder kleiner werden.
Die p-Typ-Schichten 17₁ bis 17₄ werden durch Diffundieren einer Verunreinigung von der oberen Oberfläche des Elements ausgebildet, wobei jedoch, wenn die Diffusionstiefe t_Gate nahe der Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 kommt, die Empfindlichkeit abgesenkt wird. Daher ist vorzuziehen, t_Gate so klein wie möglich einzustellen, und sie kann beispielsweise auf 1 μm oder weniger eingestellt werden.
Ferner wird, wenn die Fläche der p-Typ-Schichten 17₁ bis 17₄ groß ist, der Widerstandswert des Elements größer und dessen Empfindlichkeit abgesenkt, und daher ist es vorzuziehen, die Länge L_G und die Breite W_G der Elektroden 18₁ bis 18₄ auf den p-Typ-Schichten 17₁ bis 17₄ so klein wie möglich in einem Bereich einzustellen, so dass die Bildung der Elektroden 18₁ bis 18₄ wirksam ist. Insbesondere wird die Länge L_G auf ungefähr 30 μm und vorzugsweise auf 50 μm oder weniger und die Breite W_G auf ungefähr 30 μm und vorzugsweise 50 μm oder weniger eingestellt.
Ferner wird, wenn die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 auf einen Wert eingestellt wird, der übermäßig größer als die Diffusionstiefe der n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ , 6₁ , 6₂ ist, eine Stromkomponente in der Longitudinalrichtung erzeugt, die nicht zu der Hall-Spannung V_h beiträgt, und die Empfindlichkeit abgesenkt, und daher wird sie vorzugsweise auf 3,5 bis 6 μm eingestellt. Die Tatsache, dass es vorzuziehen ist, die Diffusionstiefe t_Gate so klein wie möglich, beispielsweise auf 1 μm oder weniger, einzustellen und dass es vorzuziehen ist, die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 auf ungefähr 3,5 bis 6 μm einzustellen, ist nicht auf diese Ausführungsform begrenzt und kann auch auf die anderen Ausführungsformen angewendet werden.
(Viertes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
9 ist eine Querschnittsansicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem vierten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und die der entlang der Linie 8B-8B von 8A genommenen Querschnittsansicht entspricht. Das Lateral-Hall-Element ist von dem Lateral-Hall-Element von 8B dadurch unterschiedlich, dass anstatt der n^–-Typ-Schicht 19 von 8B ein Siliziumoxid-Film 20 zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 gebildet ist, wie es in 9 gezeigt ist. Da die aktive Schicht 2 von dem Substrat 1 aufgrund der Anwesenheit der Siliziumoxid-Schicht 2 elektrisch isoliert werden kann, kann ein Einfluss durch die Verarmungsschicht, die sich von dem Substrat 1 auf der aktiven Schicht 2 erstreckt, fast vollständig beseitigt werden.
(Fünftes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
10A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem fünften Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 10B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 10B-10B von 10A genommen ist. Das Lateral-Hall-Element umfasst ein Substrat 1 (p-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 2 bis 6 Ω·cm; Dicke: ungefähr 625 μm), eine aktive Schicht 2 (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 1,5 bis 2,5 Ω·cm; Dicke: ungefähr 5 μm), die einen Leitfähigkeitstyp aufweist, der dem des Substrats 1 entgegengesetzt ist und auf dem Substrat 1 ausgebildet ist, und eine Halbleiterschicht 19 (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 0,001 Ω·cm oder weniger), die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den der aktiven Schicht 2 und einen Widerstandswert aufweist, der niedriger als der der aktiven Schicht 2 ist, und selektiv oder vollständig zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 ausgebildet ist.
Mit der obigen Struktur erstrecken sich, wenn eine Vorspannung zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 angelegt wird, Verarmungsschichten auf der Seite des Substrats und der Seite der aktiven Schicht 2, wobei jedoch die Ausdehnung der Verarmungsschicht auf der aktiven Schicht 2 unterdrückt werden kann, da die Halbleiterschicht 2 einen niedrigen Widerstandswert und eine hohe Verunreinigungs-Konzentration von 10²⁰ cm^–3 oder weniger aufweist. Ferner kann die Linearität der verschiedenen Hall-Kennlinien, wie beispielsweise spezifische Empfindlichkeit, Offset-Spannung, Eingangs-Widerstandswert, mit Bezug auf die Eingangsspannung verbessert werden, und eine Veränderung in der Hall-Kennlinie mit Bezug auf die Polarität der an das Stromversorgungselektrodenpaar 5₁ , 5₂ angelegten Spannung und deren Beträge, die durch einen Einfluss durch die zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 angelegten Vorspannung verursacht wird, kann unterdrückt werden.
Es ist vorzuziehen, die Dicke der Halbleiterschicht 19 auf 0,5 bis 3 μm einzustellen, wenn berücksichtigt wird, dass sie die Ausdehnung der Verarmungsschicht und die Seitendiffusionslänge zur Zeit der Bildung unterdrücken wird. Ferner wird eine zweischichtige Struktur von SiO₂-Filmen 41, 42 auf der aktiven Schicht 2 und der p-Typ-Schicht 3 ausgebildet wird, und es ist vorzuziehen, die Dicke der oberen Schicht oder des SiO₂-Films 41 auf 3000 bis 5000 μm einzustellen, und die Dicke der unteren Schicht oder des SiO₂-Films 42 auf ungefähr 500 μm einzustellen.
(Sechstes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
11A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem sechsten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 11B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 11B-11B von 11A genommen ist. Das Lateral-Hall-Element umfasst ein SiO-Substrat, das auf einem Substrat 1 ausgebildet ist (p-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 2 bis 6 Ω·cm), eine aktive Schicht 2 (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 1,5 bis 2,5 Ω·cm;) und eine Isolationsschicht 21 (SiO₂), die zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 ausgebildet ist. Eine Element-Isolationsschicht 22 (Breite: 1 μm) kann von einer pn-Übergangs-Isolationsschicht (p-Typ-Oberflächenkonzentration: 10¹⁸ cm^–3 oder weniger) oder einer dielektrische Isolationsschicht durch Grabenelement-Isolation ausgebildet werden. Die Verarmungsschicht erstreckt sich überhaupt nicht in die aktive Schicht 2 aufgrund der Anwesenheit der isolierenden Schicht 21, und eine Veränderung in den verschiedenen Hall-Kennlinien, die durch die, Potentialdifferenz zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 verursacht wird, kann verhindert werden. Ferner kann, wenn die Element-Isolationsschicht 22 durch dielektrische Isolation ausgebildet wird, ein Einfluss der Verarmungsschicht, die sich in die aktive Schicht 2 von der Seitenoberfläche erstreckt, verhindert werden. Es ist vorzuziehen, die Dicke der isolierenden Schicht 21 auf 0,3 bis 2 μm vom Gesichtspunkt der Unterdrückung des Betriebs des parasitären Transistors und des Verhinderns der Verziehung der SiO-Halbleiterscheibe einzustellen. Ferner kann, wenn die Element-Isolationsschicht aus einer p-Typ-Schicht 3 und durch pn-Übergangsisolation, wie in 13B gezeigt, in dem in 13A gezeigten Lateral-Hall-Element ausgebildet wird, eine Schutzring-Schicht 23 (p-Typ) mit einer Diffusionstiefe, die größer als die der n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ , 6₁ , 6₂ ist (Tiefe: ungefähr 0,5 μm) für die Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ ausgebildet werden, und Sensorelektroden 7₁ , 7₂ können ausgebildet werden, um die Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ und Sensorelektroden 7₁ , 7₂ zu umgeben, um den Einfluss durch die Ausdehnung der Verarmungsschicht von der Seitenoberfläche zu unterdrücken, wie zuvor beschrieben. Es ist notwendig, die Dicke der Schutzring-Schicht 23 größer als die Hälfte der Dicke der aktiven Schicht 2 in solch einem Bereich einzustellen, sodass die Schutzring-Schicht nicht die isolierende Schicht 21 erreichen wird. 12 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Offset-Spannung V_off von der Eingangsspannung V_in angibt, wenn das SiO-Substrat der obigen Ausführungsform verwendet wird. Eine Veränderung in V_off mit einer Veränderung in V_in ist im Vergleich mit dem Fall der herkömmlichen Struktur extrem klein und wird auf 1 mV oder weniger unterdrückt.
Eine Veränderung in der spezifischen Empfindlichkeit mit Bezug auf die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 wird in 14 gezeigt. Es ist aus 14 ersichtlich, dass die maximale spezifische Empfindlichkeit erreicht werden kann, wenn die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 ungefähr 4 μm ist. Andererseits kann, wenn die spezifische Empfindlichkeit übermäßig niedrig ist, Rauschen nicht unterschieden werden, und die Auflösung wird abgesenkt. Daher ist es vorzuziehen, die spezifische Empfindlichkeit auf 6,5 mV/KG·V einzustellen, und in diesem Fall ist die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 gleich 9 μm oder weniger. Wenn die Dicke t_VG übermäßig klein ist, tritt jedoch die Oberflächenstreuung von Trägern in der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht 2 und der isolierenden Schicht 21 auf, um die Mobilität abzusenken, und es ist vorzuziehen, die Dicke t_VG auf 0,5 μm oder mehr einzustellen.
(Siebtes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
15A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem siebten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 15B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 15B-15B von 15A genommen ist. Das Lateral-Hall-Element umfasst ein Substrat 1 (p-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 2 bis 6 Ω·cm), eine Halbleiterschicht 24 (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 1,5 bis 2,5 Ω·cm; Dicke: 1,5 bis 5 μm), die einen dem Substrat 1 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist und durch Epitaxialwachstum auf dem Substrat 1 gebildet wird, eine Halbleiterschicht 25 (p-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 0,05 bis 0,1 Ω·cm, Dicke: 0,5 bis 3 μm), die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den des Substrats 1 aufweist und selektiv auf der Oberfläche der Halbleiterschicht 25 ausgebildet ist, und eine aktive Schicht 2 (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 1,5 bis 2,5 Ω·cm; Dicke: ungefähr 5 μm), die einen dem Substrats 1 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist und durch Epitaxialwachstum auf den Halbleiterschichten 24, 25 ausgebildet wird.
Ferner wird eine Schutzring-Schicht 23 (p-Typ; Oberflächenkonzentration: 10¹⁸ cm³), die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den des Substrats 1 aufweist, selektiv von der Oberfläche der aktiven Schicht 2 ausgebildet, so dass sie die Halbleiterschicht 25 erreicht und n⁺-Typ-Schichten 4₁ , 4₂ umgibt (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 0,001 Ω·cm), die auf der aktiven Schicht 2 für ein Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ ausgebildet sind, und n⁺-Typ-Schichten (n-Typ; spezifischer elektrischer Widerstand: 0,001 Ω·cm), die für ein Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ ausgebildet sind. Mit der obigen Struktur können Veränderungen in den verschiedenen Hall-Kennlinien, die durch den Einfluss von Vorspannungen erzeugt werden, die zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 und zwischen der Element-Isolationsschicht 3 und der aktiven Schicht 2 anliegt, unterdrückt werden, wie zuvor beschrieben. Wenn das Substrat 1 bei der siebten Ausführungsform vom n-Typ ist, kann die Halbleiterschicht 25, die den gleichen Leitfähigkeitstyp wie den des Substrats 1 aufweist, weggelassen werden, wie in 16A, 16B gezeigt. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Halbleiterschicht 24 vom p-Typ gebildet wird, deren spezifischer elektrischer Widerstand in einem Bereich von 1,5 bis 2,5 μm liegt und deren Dicke in einem Bereich von 1,5 bis 3,0 μm eingestellt wird.
(Achtes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
17A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem achten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 17B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 17B-17B von 17A genommen ist. Dieses zum Verständnis der Erfindung nützliche Beispiel ist so aufgebaut, dass der Widerstandswert des Substrats 1 um zwei bis vier Stellen größer als der der aktiven Schicht 2 ausgeführt wird (die Verunreinigungskonzentration des Substrats wird abgesenkt und dessen spezifischer elektrischer Widerstand auf 200 bis 400 Ω·cm eingestellt), um zu ermöglichen, dass sich die Verarmungsschicht zu der Seite des Substrats 1 hin erstreckt, wodurch die Ausdehnung der Verarmungsschicht zu der Seite der aktiven Schicht 2 hin unterdrückt wird.
18A ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements zur Verwendung bei einer Lateral-Hall-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und 18B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 18B-18B von 18A genommen ist. Das Element ist so aufgebaut, dass die Offset-Spannung von außen eingestellt werden kann. Bei einem Beispiel von 18A, 18B wird das in 11A, 11B gezeigte Element verwendet. Das heißt, eine oder mehrere Diffusionsschichten 26 (Oberflächenkonzentration: 10¹⁸ cm^–3 oder weniger; Tiefe: 0,35 μm) mit einem Leitfähigkeitstyp, der sich von dem der aktiven Schicht 2 unterscheidet, werden selektiv von der Oberfläche der aktiven Schicht 2 in einem Abschnitt der aktiven Schicht 2 ausgebildet, der zwischen einem Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ und einem Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ ausgebildet ist, und Gate-Anschlüsse (Elektrodenanschlüsse) 27 werden auf den Diffusionsschichten zusätzlich zu der Struktur von 11A, 11B ausgebildet.
Wenn eine Spannung an den Gate-Anschluss 27 von außen angelegt wird, erstreckt sich bei der obigen Struktur die Verarmungsschicht in die aktive Schicht 2, um den Durchgang eines zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ ,5₂ fließenden Stroms zu ändern, womit es möglich gemacht wird, die Offset-Spannung einzustellen. Bei dem Lateral-Hall-Element ist es notwendig, eine Potentialdifferenz zu korrigieren, die zwischen einem Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ durch die Unsymmetrie der Widerstandswerte zwischen den Anschlüssen einer äquivalenten Brücke mit vier Anschlüssen, die durch ein Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ und ein Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ aufgebaut wird, verursacht wird, und genauer gesagt ist es notwendig, die Gate-Anschlüsse 27 in einer Position anzuordnen, die von dem Schnittpunkt (Zentrum der aktiven Schicht 2) einer Linie, die die Zentren der beiden Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ verbindet, und einer Linie, die die Zentren der beiden Sensorelektroden 7₁ , 7₂ verbinden, abweicht.
In diesem Fall wird es notwendig, da das Muster des Lateral-Hall-Elements nicht symmetrisch ist, eine Maßnahme zum Unterdrücken der Ausdehnung der Verarmungsschicht zu der aktiven Schicht 2 hin durch eine Potentialdifferenz zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 wie bei den fünften bis achten Ausführungsformen zu treffen. Das heißt, dass sogar, wenn ein festgelegtes Potential an den Gate-Anschluss 27 angelegt wird, es durch eine Veränderung der Verarmungsschicht zwischen dem Substrat 1 und der aktiven Schicht 2 nicht wirksam verwendet werden kann. 19 zeigt die Beziehung zwischen der an den Gate-Anschluss 27 angelegten Gate-Spannung und der eingestellten Offset-Spannung. Die Offset-Spannung kann ohne weiteres durch Anlegen eines Potentials an den Gate-Anschluss 27 geändert werden. Gemäß den Daten kann die Offset-Spannung mit der Rate von 0,8 mV/V eingestellt werden. Die Dicke (t_VG) der aktiven Schicht 2 und die Dicke (t_Gate) der Diffusionsschicht 26 können auf optimale Werte im Verhältnis zu der Hall-Kennlinie eingestellt werden. Beispielsweise wird ein bevorzugter Bereich von (t_VG – t_Gate) auf 3,5 bis 6 μm eingestellt, da es vorzuziehen ist, die spezifische Empfindlichkeit auf 6,5 oder mehr einzustellen. Das heißt, dass, wenn die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 extrem größer als die Tiefe t_Gate der Diffusionsschicht 26 ist, ein Strom, der zu der Erzeugung der Hall-Spannung V_h beiträgt, verringert wird, um die spezifische Empfindlichkeit abzusenken, und die Funktion des Einstellens der Offset-Spannung durch die Gate-Spannung wird beträchtlich abgesenkt.
Andererseits wird, wenn die Dicke t_VG der aktiven Schicht 2 extrem kleiner als die Dicke t_Gate der Diffusionsschicht 26 ist, der Durchgang eines Hall-Stroms durch die Anwesenheit der Diffusionsschicht 26 behindert, um die spezifische Empfindlichkeit abzusenken und die Offset-Spannung zu erhöhen. 20 ist ein Diagramm, das eine Veränderung in der spezifischen Empfindlichkeit mit Bezug auf eine Differenz zwischen der Dicke der aktiven Schicht und der Tiefe der Diffusionsschicht 26 angibt. Gemäß 20 wird bestimmt, dass der Bereich von (t_VG – t_Gate), der die spezifische Empfindlichkeit von 5 oder mehr ergibt, auf 2 bis 5 μm eingestellt wird. Wenn der Wert von (t_VG – t_Gate) gleich 3,8 μm ist, wird die maximale spezifische Empfindlichkeit erhalten. Um den Wert von (t_VG – t_Gate) auf 3,8 μm einzustellen, ist es vorzuziehen, t_VG auf 4,5 μm einzustellen, wenn t_Gate beispielsweise gleich 0,75 μm ist.
21 ist ein Diagramm, das einen Betrag der Abweichung der Hall-Spannung V_h von einer geraden Linie, die als eine Bezugslinie verwendet wird, und die einen Punkt der Hall-Spannung V_h, der erhalten wird, wenn die Eingangsspannung gleich 2 V ist, mit dem Ursprung verbindet, mit Bezug auf die Eingangsspannung in dem in 18A, 18B gezeigten Hall-Element angibt. Wie in 2 gezeigt ist, kann ein Abweichungsbetrag der Hall-Spannung V_h in den Bereich von 0,2% unterdrückt werden, wenn die Eingangsspannung in dem Bereich von 0 bis 2 V ist.
22A, 22B zeigen eine Modifikation des Elements von 18A und 18B und geben ein Lateral-Hall-Element an, das vier Diffusionsschichten 26 aufweist. Ferner sind in dem Lateral-Hall-Element vier Gate-Anschlüsse 27 ausgebildet.
Im Gegensatz zu den Lateral-Hall-Elementen, die die beiden in 18A, 18B gezeigten Gate-Anschlüsse 27 aufweisen, kann bei dem Lateral-Hall-Element dieser Modifikation eine Brücke mit vier Anschlüssen aufgebaut und eine stabilere und genauere Einstellung der Offset-Spannung erhalten werden.
(Neuntes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
23 ist eine obere Draufsicht eines Lateral-Hall-Elements gemäß einem neunten Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und 23B ist eine Querschnittsansicht des Lateral-Hall-Elements, die entlang der Linie 23B-23B von 23A genommen ist. Das Lateral-Hall-Element dieses Beispiels benutzt eine MOS-Struktur anstatt des Gates der pn-Übergangsstruktur bei der Hall-Vorrichtung von 18A und 18B in dem System zum Einstellen der Offset-Spannung von außen. Das heißt, dass bei dem Lateral-Hall-Element dieses Beispiels die Dicke der aktiven Schicht 2 auf 1 μm oder weniger verringert wird, die Isolationstechnik, die einen LOCOS-Oxidfilm 28 benutzt, zur Bildung der Element-Isolationsregion verwendet wird, und eine oder mehrere MOS-Strukturen in der Oberflächenregion der aktiven Schicht 2 ausgebildet werden, die zwischen einem Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ und einem Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ angeordnet ist, um die Offset-Spannung von außen einzustellen. Bei der MOS-Struktur werden ein Gate-Oxidfilm 29 mit einer Filmdicke von 10 nm und eine Gate-Elektrode 30 eines Polysilizium-Gates verwendet. Die aktive Schicht 2 ist vom n-Typ, und die Filmdicke eines vergrabenen Oxidfilms 31 wird auf 0,5 μm eingestellt. Bei diesem Beispiel wird ein negatives Potential an die Gate-Elektrode 30 angelegt, und ein p-Kanal wird in der SiO₂/Si-Grenzfläche ausgebildet. Da die aktive Schicht 2 dünn ist, kann der Strompfad ohne weiteres geändert werden, und die Offset-Spannung kann durch Anlegen einer Spannung an die Gate-Elektrode 30 eingestellt werden.
Ausführungsform der Erfindung
24 ist eine obere Draufsicht, die eine Lateral-Hall-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform sind vier Lateral-Hall-Elemente mit einem Neigungswinkel von 90 Grad zueinander angeordnet, Stromversorgungselektroden 5₁ , 5₂ und Sensorelektroden 7₁ , 7₂ der jeweiligen Lateral-Hall-Elemente sind parallel in einer orthogonalen Art und Weise verbunden, und die Gate-Anschlüsse 27 sind auf eine gewünschte Art und Weise verbunden, so dass ein gewünschtes Potential an die Gate-Anschlüsse angelegt werden kann, und eine Offset-Spannung, die durch den Piezo-Widerstandseffekt aufgrund von Stress erzeugt wird, kann von außen unterdrückt werden. Die Offset-Spannung kann durch die Verwendung eines Gate-Anschlusses passend eingestellt werden, wobei jedoch durch Kombinieren der Verbindungen einer Mehrzahl von Gate-Anschlüssen das Ausmaß und die Breite der Veränderungen in der Gate-Anschlussspannung und der Offset-Spannungs-Einstellung ausgewählt werden können. Bei dem Beispiel der in 24 gezeigten Struktur werden vier Lateral-Hall-Elemente verwendet, von denen jedes gleich dem Lateral-Hall-Element von 18A, 18B ist, zwei Gate-Anschlüsse 27 der jeweiligen Lateral-Hall-Elemente sind parallel verbunden und werden als Anschlüsse G1 bzw. G2 verwendet, und die Offset-Spannung kann durch Anlegen einer Spannung an die Anschlüsse von außen eingestellt werden. Der Anschluss G1 wird verwendet, um die Offset-Spannung in einem positiven Spannungsbereich einzustellen, und der Anschluss G2 wird verwendet, um die negative Offset-Spannung einzustellen. Das Lateral-Hall-Element mit der MOS-Gate-Struktur von 23A, 23B (neuntes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist), kann auf die Lateral-Hall-Vorrichtung dieser Ausführungsform angewendet werden.
(Zehntes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist)
25 ist ein Schaltbild, das einen Wattstunden-Hauszähler gemäß einem zehnten Beispiel zeigt, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und das eines der Lateral-Hall-Elemente der obigen Beispiele darauf angebracht hat. Insbesondere wird das in 18A, 18B gezeigte Hall-Element, das die Gate-Anschlüsse 27 aufweist, beispielsweise in 25 verwendet. B gibt ein Applikations-Magnetfeld an, das sich im Verhältnis zu einem Strom in dem zu messenden System ändert und mittels eines Kerns oder dergleichen umgewandelt wird. T_in gibt einen Spannungseingangs-Anschluss an, der zum Angeben einer Spannung des zu messenden Systems verwendet und an den normalerweise eine Spannung von 100 V Wechselstrom angelegt wird. Widerstände R₄, R₅ bilden ein Dämpfungselement, das die Spannung des zu messenden Systems in einen Spannungspegel umwandelt, der für die interne Schaltung dieser Vorrichtung geeignet ist. Ein dritter Operationsverstärker OP3, der als ein Puffer wirkt, gibt eine Spannung V₁ aus, die sich im Verhältnis zu der Spannung des zu messenden Systems verändert. Die Spannung V₁ ist eine Wechselspannung oder Gleichspannung, die schwanken wird.
Ein erster Operationsverstärker OP1 leitet einen Strom, der sich im Verhältnis zu der Spannung des zu messenden Systems verändert, zwischen einem Paar von Strom-Eingangsanschlüssen 5₁ , 5₂ weiter, und leitet insbesondere einen Strom I₁, der durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird, zwischen den Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ in dem Hall-Element durch Ausgeben einer Spannung V₂ an die Stromversorgungselektrode 5₂ weiter, um das Potential der Stromversorgungselektrode 5₁ auf 0 zu halten. I1 = V1/R1 (1)
Die Ausgangsspannung V₂ des ersten Operationsverstärkers OP1 wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt. V1 = I1·Rin, (2)wobei R_in einen Widerstandswert eines Abschnitts des Hall-Elements angibt, der zwischen dem Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ liegt. Ein „Subtracter" 32 multipliziert eine Differenz (V_a – V_b) zwischen Hall-Spannungen, die an einem Paar von Sensorelektroden 7₁ , 7₂ in dem Lateral-Hall-Element auftreten, mit k und gibt das Ergebnis der Multiplikation an einen Ausgangsanschluss T_out aus. Da die Spannungsdifferenz (V_a – V_b) ein Wert ist, der sich im Verhältnis zu der elektrischen Leistung des zu messenden Systems verändert, kann die elektrische Leistung des zu messenden Systems durch Lesen der Ausgangsspannung des Ausgangsanschlusses T_out gemessen werden. Ein Offset-Detektor 33 erfasst Offset-Spannungen, die an den Sensorelektroden 7₁ , 7₂ auftreten, und bewirkt die Rückkopplungssteuerung zum Anlegen einer Kompensationsspannung an einen der Gate-Anschlüsse 27, um den Offset auszugleichen. Der Offset-Detektor 33 und einer der Gate-Anschlüsse 27, der mit dem Offset-Detektor verbunden ist, bildet ein Offset-Kompensationsmittel. Bei dem Hall-Element dieses Beispiels wird eine Brückenschaltung durch vier äquivalente Widerstände r_a bis r_d, das heißt, einem äquivalenten Widerstand r_a zwischen der Stromversorgungselektrode 5₁ und der Sensorelektrode 7₁ , einem äquivalenten Widerstand r_b zwischen der Stromversorgungselektrode 5₁ und der Sensorelektrode 7₂ , einem äquivalenten Widerstand r_c zwischen der Sensorelektrode 7₁ und der Stromversorgungselektrode 5₂ und einem äquivalenten Widerstand r_d zwischen der Sensorelektrode 7₂ und der Stromversorgungselektrode 5₂ aufgebaut, und die Offset-Einstellung kann durch Einstellen des Widerstandswerts des äquivalenten Widerstands r_d der Brückenschaltung ausgeführt werden. Ferner wird, um den Eingangs-Widerstandswert R_in des Hall-Elements auf einem konstanten Wert durch Ändern der Widerstandswerte des äquivalenten Widerstandswerts r_c zu halten, wenn der Widerstandswert des äquivalenten Widerstands r_d durch das Offset-Kompensationsmittel verändert wird, das Eingangs-Widerstandswert-Steuermittel durch einen zweiten Operationsverstärker OP2, Widerstände R₂, R₃ und dem anderen der Gate-Anschlüsse 27 aufgebaut. Ferner wird der Widerstandswert R_in auf einen festen Wert eingestellt, um eine konstante Empfindlichkeit bereitzustellen.
Wenn die Spannung V₁ eine Wechselspannung ist, bewirkt eine Polaritäts-Schalteinheit 34 die negative Rückkopplung für den Eingang des zweiten Operationsverstärkers OP2, und sie wird durch einen vierten Operationsverstärker OP4, der als ein Komparator wirkt, einen Inverter 35 und Schalter SW1 bis SW4 aufgebaut. Die Polaritäts-Schalteinheit 34 steuert die AN/AUS-Positionen der Schalter SW1 bis SW4 gemäß der Polarität der Spannung V₁, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist, um den Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R₂ und R₃ mit dem invertierenden Eingangs-Anschluss oder nicht-invertierenden Eingangs-Anschluss des zweiten Operationsverstärkers OP2 selektiv zu verbinden.
TABELLE 1
Der zweite Operationsverstärker OP2 arbeitet, um den Widerstandswert R_in des Hall-Elements zwischen dem Paar von Stromversorgungselektroden 5₁ und 5₂ auf einem konstanten Wert zu halten, und stellt insbesondere die Breite der Verarmungsschicht in der aktiven Schicht 2 durch Anlegen einer Ausgangsspannung an den anderen der Gate-Anschlüsse 27 ein, um das Potential an dem Verbindungsknoten zwischen den Widerstandswerten R₂ und R₃ auf 0 zu halten. Ferner wird, wenn der Widerstandswert R_in des Hall-Elements auf einen konstanten Wert durch Einstellen der Breite der Verarmungsschicht gesteuert wird, ein in den Widerständen R₂, R₃ fließender Strom I₂ in der durch die folgende Gleichung (3) angegebenen Beziehung eingestellt. I2 = V1/R2 = V2/R3 (3)
V₂ kann durch die folgende Gleichung (4) durch Einsetzen der Gleichung (1) in die Gleichung (2) ausgedrückt werden. V2 = V1·Rin/R1 (4)
Die folgende Gleichung (5) kann durch Eliminieren von V₁, V₂ aus den Gleichungen (3) und (4) hergeleitet werden. Rin = R1·R3/R2 (5)
Das heißt, dass mit dem obigen Aufbau das durch den zweiten Operationsverstärker OP2 aufgebaute Eingangs-Widerstandswert-Steuermittel den Eingangs-Widerstandswert R_in auf einen konstanten Wert, wie durch die Gleichung (5) angegeben ist, steuert, ungeachtet dessen, ob die Spannung V₁ Wechselstrom oder Gleichstrom ist.
Als Ergebnis kann eine Schwankung in der Mess-Empfindlichkeit verhindert werden, sogar wenn der Widerstandswert eines äquivalenten Widerstands r_c verändert wird, um die Offset-Spannung auszugleichen und die Offset-Spannung auf 0 zu kompensieren.
TABELLE 2
Die obige Tabelle 2 gibt die Strom-Kennlinie in einem Fall an, in dem das Lateral-Hall-Element dieses Elements an einem Wattstunden-Hauszähler angebracht ist. Der Bereich des Messstroms ist von 1 bis 30 A. Ein Ergebnis, dass der Leistungs-Messfehler gleich 0,7% ist, wenn der Leistungsfaktor gleich 1,0 ist, kann erhalten werden. Als das Lateral-Hall-Element dieser Ausführungsform kann das Lateral-Hall-Element mit der MOS-Gate-Struktur in 23A, 23B (neuntes Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist) angewendet werden.
Die Ausführungsformen der Erfindung sind oben dargelegt, wobei jedoch diese Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt ist.

Claims

Lateral-Hallvorrichtung mit: einer Mehrzahl von Lateral-Hallelementen, die jeweils umfassen: ein Substrat (1); eine aktive Schicht (2) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die auf dem Substrat ausgebildet ist; ein Paar von ersten Halbleiterregionen (4₁ , 4₂ ) des ersten Leitfähigkeitstyps mit hoher Verunreinigungskonzentration, die selektiv mit einem voreingestellten Abstand getrennt voneinander in der Oberfläche der aktiven Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind; Stromversorgungselektroden (5₁ , 5₂ ), die jeweils auf dem Paar von ersten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; ein Paar von zweiten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps (6₁ , 6₂ ) mit hoher Verunreinigungskonzentration, die einen voreingestellten Abstand getrennt voneinander in der Oberfläche der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position unterschiedlich von den ersten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps in einer oberen Draufsicht ausgebildet sind; und Sensorelektroden (7₁ , 7₂ ), die jeweils auf dem Paar von zweiten Halbleitern des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Lateral-Hallelementen vier Lateral-Hallelemente sind; wobei jedes der vier Lateral-Hallelemente umfasst: eine Mehrzahl von Halbleiterregionen (26) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der Oberfläche der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps an einer Position verschieden von den ersten und zweiten Halbleiterregionen des ersten Leitfähigkeitstyps in der oberen Draufsicht ausgebildet sind; Gate-Elektroden (27), die jeweils auf den Halbleiterregionen des zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind; einen Isolierfilm (21), der zwischen der aktiven Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und dem Substrat ausgebildet ist; eine Elementisolationsregion (22), die aus einer Halbleiterregion des zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, wobei die Elementisolationsregion ausgebildet ist, um die aktive Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zu umgeben, und zu einer Tiefe ausgebildet ist, um den Isolierfilm zu erreichen; wobei die Lateral-Hallelemente mit einem Neigungswinkel von 90° zueinander angeordnet sind, wobei entsprechende Stromversorgungselektroden (5₁ , 5₂ ) der Lateral-Hallelemente auf eine orthogonale Art und Weise parallel geschaltet sind, wobei entsprechende Sensorelektroden (7₁ , 7₂ ) der Lateral-Hallelemente auf eine orthogonale Art und Weise parallel geschaltet sind, und die Gate-Elektroden (27) der Lateral-Hallelemente auf eine gewünschte Art und Weise verbunden sind.
Lateral-Hallvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Lateral-Hallelemente als Leistungserfassungselemente verwendet werden, in dem ein Strom, der proportional zu einer Spannung eines zu messenden Systems ist, zwischen dem Paar von Stromversorgungselektroden geleitet wird, ein Magnetfeld proportional zu einem Strom des zu messenden Systems angelegt wird, eine Hallspannung proportional zu dem Produkt der Spannung und Strom des zu messenden Systems zwischen dem Paar von Sensorelektroden hergeleitet wird, Offset-Spannungen, die an den Sensorelektroden (7₁ , 7₂ ) erscheinen, erfasst werden, und eine Kompensationsspannung an eine der Gate-Elektroden (27) angelegt wird, um die Offset-Spannungen zu kompensieren.
Lateral-Hallvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterregionen vom zweiten Leitfähigkeitstyp (26) an einer Position ausgebildet sind, die sich von dem Schnittpunkt einer Linie, die Mitten der Paare von ersten Halbleiterregionen (4₁ , 4₂ ) des ersten Halbleitertyps in der oberen Draufsicht verbinden, und einer Linie, die Mitten des Paars von Halbleiterregionen (6₁ , 6₂ ) des zweiten Leitfähigkeitstyps in der oberen Draufsicht verbinden, unterscheiden.