DE69932942T2 - Integrierte Hall-Einrichtung - Google Patents

Integrierte Hall-Einrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE69932942T2
DE69932942T2 DE69932942T DE69932942T DE69932942T2 DE 69932942 T2 DE69932942 T2 DE 69932942T2 DE 69932942 T DE69932942 T DE 69932942T DE 69932942 T DE69932942 T DE 69932942T DE 69932942 T2 DE69932942 T2 DE 69932942T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
hall
trench
active zone
recesses
hall device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69932942T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69932942D1 (de
Inventor
Ralph Steiner
Thomas Olbrich
Friedrich Kroener
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams AG
Original Assignee
Austria Mikro Systeme International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Austria Mikro Systeme International GmbH filed Critical Austria Mikro Systeme International GmbH
Application granted granted Critical
Publication of DE69932942D1 publication Critical patent/DE69932942D1/de
Publication of DE69932942T2 publication Critical patent/DE69932942T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet integrierter Mikrosysteme und betrifft eine integrierte Hall-Einrichtung zur Messung magnetischer Felder.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Hall-Einrichtung hat üblicherweise die Gestalt eines Plättchens. Dieses Plättchen besteht aus leitfähigem Material und ist auf seinem Randbereich mit wenigstens vier elektrischen Kontakten versehen. Ein Vorspannungstrom wird der Einrichtung über zwei gegenüberliegende Kontakte zugeführt, welche als Stromkontakte bezeichnet werden. Die zwei übrigen Kontakte sind an zwei äquipotentialen Stellen am Rand des Plättchens angeordnet. Diese Kontakte werden als Spannungskontakte oder Sensorkontakte bezeichnet. Wenn die Einrichtung einem senkrecht zur Oberfläche verlaufenden magnetischen Feld ausgesetzt ist, tritt aufgrund des Hall-Effekts zwischen den Sensorkontakten eine Spannung auf. Diese Spannung wird als Hall-Spannung bezeichnet.
  • Herkömmliche integrierte Hall-Einrichtungen umfassen ein Hall-Plättchen, welches parallel zur strukturierten Substratoberfläche verläuft, und sind daher empfindlich für magnetische Induktionen senkrecht zur Chip-Oberfläche. Derartige sogenannte laterale Hall-Einrichtungen zeigen eine hervorragende Leistung bei vielen Anwendungen. Bei vielen anderen Anwendungen können laterale Einrichtungen jedoch nicht zufriedenstellen, da ihre Empfindlichkeit auf die eine magnetische Induktionskomponente senkrecht zur Chip-Oberfläche beschränkt ist.
  • Ein Beispiel einer solchen Anwendung ist die Detektion einer Winkellage mit Hilfe eines Permanentmagneten, wobei, um die Richtung des magnetischen Feldes zu bestimmen, zwei Komponenten der magnetischen Induktion vorteilhafterweise simultan gemessen werden. Üblicherweise wird dies realisiert, indem herkömmliche laterale Hall-Plättchen verwendet werden, wobei davon jedes einzelne lediglich eine magnetische Feldkomponente mißt. Dies führt zu einer Beschränkung der Genauigkeit der Winkelmessung, solange nicht teure Multipol-Magneten und eine umfangreiche Signalverarbeitung in Verbindung mit den lateralen Hall-Einrichtungen genutzt werden.
  • Bei einer integrierten Hall-Einrichtung, welche parallel zur Chip-Oberfläche empfindlich ist, ist es möglich, eine Vielzahl von Hall-Plättchen auf dem gleichen Chip zu implementieren, wobei die Hall-Plättchen nicht parallel zueinander verlaufen, sondern z.B. rechtwinklig zueinander stehen. Mit lediglich einem einzigen Chip, welcher eine Vielzahl von entsprechend angeordneten Hall-Plättchen umfaßt, ist es möglich, zwei magnetische Induktionskomponenten parallel zur Chip-Oberfläche zu messen.
  • Eine parallel zur Chip-Oberfläche empfindliche integrierte Hall-Einrichtung ist in [1] beschrieben. Diese sogenannte vertikale Hall-Einrichtung leidet jedoch an einer großen Kreuzempfindlichkeit aufgrund einer ungenügenden Beschränkung des Ladungsträgerweges [2] und kann daher z.B. das oben aufgezeigte, die Detektion einer Drehstellung betreffende Problem nicht zufriedenstellend lösen.
  • Sensors and Actuators, Vol. 053, Nr. 1, Mai 1996, Seiten 278 bis 283, offenbart einen Satz von Hall-Sensoren mit leitenden Zonen, welche sich in eine Chip-Oberfläche hinein erstrecken und derart angeordnet sind, daß sie zueinander rechtwinklige Ladungsträger-Flüsse erzeugen. Die leitenden Zonen für einen Vorspannungsstrom sind dadurch gebildet, daß ein Ladungsträger-Fluß zwischen dotierten Zonen dicht an der Chip-Oberfläche einerseits und grabenartigen Ausnehmungen, welche tiefer in die Chip-Oberfläche eingeätzt sind, andererseits begrenzt ist.
  • Die EP 0 735 600 A2 beschreibt ein laterales Hall-Element, bei welchem eine Isolationsschicht alternativ mittels einer p/n-Übergangs-Isolationsschicht oder mittels einer dielektrischen Isolationsschicht durch eine Isolierung mittels einer grabenartigen Ausnehmung erzeugt werden kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Hall-Einrichtung mit einer Sensorantwort auf magnetische Induktionen parallel zur Chip-Oberfläche zu schaffen, wobei die Hall-Einrichtung bekannte integrierte vertikale Hall-Einrichtungen verbessern soll, insbesondere was die oben angesprochene Kreuzempfindlichkeit bzw. Ladungsträgerweg-Beschränkung angeht. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße integrierte Hall-Einrichtung mittels Herstellungsverfahren herstellbar sein, welche in der Halbleiterindustrie gut bekannt sind.
  • Diese Aufgabe wird durch den im unabhängigen Anspruch angegebenen Hall-Sensor gelöst.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Die integrierte Hall-Einrichtung umfaßt ein Hall-Plättchen, welches im Vergleich zu dem Hall-Plättchen einer lateralen integrierten Hall-Einrichtung um 90° gedreht ist. Das Hall-Plättchen der erfindungsgemäßen integrierten Hall-Einrichtung erstreckt sich als aktive Zone im wesentlichen senkrecht zur Substratoberfläche in das Substrat hinein, weist einen Rand auf, welcher in der strukturierten Oberfläche des Substrats verläuft und ist vom Rest des Substrats durch wenigstens zwei parallele grabenartige Ausnehmungen getrennt, welche mittels Mikro-Materialbearbeitung (z.B. Ätzen) in das Substrat aus seiner strukturierten Oberfläche oder aus seiner zu strukturierenden Oberfläche eingearbeitet sind. Um die strukturierte Substratoberfläche zu planarisieren, können die grabenartigen Ausnehmungen mit einem dielektrischen Material ausgefüllt sein.
  • Das Hall-Plättchen der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung kann an demjenigen seiner Ränder kontaktiert sein, welcher nur in der strukturierten Oberfläche verläuft. Diese Kontaktanordnung macht die Bearbeitung einfach und führt zu einer entsprechenden Sensorleistung. Andererseits können die Kontakte überall im Randbereich des Hall-Plättchens angeordnet sein, insbesondere an seinem Rand, der gegenüber demjenigen Rand liegt, der in der Substratoberfläche verläuft und der in dem Substrat eingebettet ist. Für solche Kontakte sind Zugangssäulen vorgesehen, wobei die Zugangssäulen von der aktiven Zone und von dem Rest des Substrats durch mittels Mikro-Materialbearbeitung erzeugte grabenartige Ausnehmungen getrennt sind, welche von der gleichen Art sind wie die grabenartigen Ausnehmungen zur Trennung der aktiven Zone vom Substrat.
  • Ein erfindungsgemäßer integrierter Hall-Sensor, welcher zwei zueinander rechtwinklige Hall-Plättchen umfaßt, kann nach dem gleichen Verfahren hergestellt werden und kann zur Messung zweier senkrechter magnetischer Induktions-Komponenten dienen, wie es für die Detektion einer Winkellage mit Hilfe eines Permanentmagneten erwünscht ist.
  • Die erfindungsgemäße integrierte Hall-Einrichtung kann unter Anwendung des in [3] erläuterten Herstellungsverfahrens gefertigt werden. Diese Art und Weise kommt der industriellen kostengünstigen Fertigung von integrierten Mikrosystemen nach dem Stand der Technik nahe.
  • Im Unterschied zu den bekannten vertikalen Hall-Einrichtungen gemäß [1] zeigt die erfindungsgemäße Hall-Einrichtung (eine sogenannte trench-Hall-Einrichtung) eine sehr geringe Kreuzempfindlichkeit, da die durch zwei parallele grabenartige Ausnehmungen begrenzte aktive Zone sehr dünn ausgebildet sein kann (z.B. 2,4 μm). Zusätzlich eröffnet die erfindungsgemäße Hall-Einrichtung die Möglichkeit eines dynamischen Offset-Ausgleichs. Daher ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung bei Anwendungen von Vorteil, bei welchen der Absolutwert des gemessenen magnetischen Feldes von Interesse ist, obwohl die trench-Hall-Einrichtung aufgrund notwendiger zusätzlicher Bearbeitungsschritte kostenintensiver sein kann als eine bekannte vertikale Hall-Einrichtung.
  • Ein Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung besteht in der Tatsache, daß sie mit absoluter Kompatibilität zu einem CMOS-Verfahren hergestellt werden kann. Die Fertigung der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung umfaßt einen Schritt des Ätzens von grabenartigen Ausnehmungen gefolgt von einer Reihe CMOS-Schritte gemäß dem in [3] beschriebenen Verfahren. Folglich kann eine Front-End-Elektronik zum Betrieb der Hall-Einrichtung auf demselben Chip co-integriert werden, was ein genau arbeitendes und preiswertes Mikrosystem für Messungen magnetischer Felder ermöglicht.
  • Zusammengefaßt vereinigt die erfindungsgemäße Hall-Einrichtung die folgenden Vorteile:
    • – Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren (gemäß [3]) ermöglicht die co-Integration von Hall-Einrichtungen und einer systemkonformen Elektronik auf demselben Chip, jedoch elektrisch vollständig voneinander isoliert.
    • – Das vorgeschlagene Herstellungsverfahren (gemäß [3]) ermöglicht eine preiswerte Produktion mit hohem Durchsatz mit z.B. einem CMOS-Verfahren.
    • – Zur simultanen Messung von zwei Komponenten eines magnetischen Felds zeigt die Hall-Einrichtung eine hervorragende Kreuzempfindlichkeit aufgrund der dünnen aktiven Zone, welche durch zwei parallele grabenartige Ausnehmungen begrenzt ist.
    • – Ein dynamischer Offset-Ausgleich gemäß [4] ist anwendbar.
    • – Die Arbeitsweise des Sensors kann beliebig über die Geometrie und die Dotierungskonzentration der aktiven Zone ohne Änderung der Parameter der systemkonformen Elektronik auf demselben Chip angepaßt werden.
    • – Die aktive Zone kann an jeder Stelle kontaktiert werden, ohne daß sich das Betriebsprinzip der Hall- Einrichtung ändert.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die erfindungsgemäße integrierte Hall-Einrichtung wird in Verbindung mit den beigefügten Figuren näher erläuter; von diesen zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße integrierte Hall-Einrichtung, welche für eine Detektion einer Drehstellung mit Hilfe eines Permanentmagneten geeignet ist;
  • 2 schematisch eine herkömmliche integrierte Hall-Einrichtung und das Prinzip sowie zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen integrierten Hall-Einrichtung;
  • 3 eine dreidimensionale und geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen integrierten Hall-Einrichtung mit einem eingebetteten Kontakt zur aktiven Zone;
  • 4 die magnetische Sensorantwort der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung von 3 bei einem Vorspannungsstrom von 100 μA sowie die entsprechende Linearitätsabweichung;
  • 5 eine Fotografie der strukturierten Substratoberfläche einer erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung mit einer senkrechten Anordnung zweier Hall-Plättchen;
  • 6 die Feldwinkel-Abhängigkeit zweier senkrechter trench-Hall-Einrichtungen, welche auf dem selben Chip, wie in 5 gezeigt, integriert sind, sowie die entsprechenden Signalabweichungen von Sinus- und Kosinus-Anpassungen.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt ein Winkeldetektions-System mit einem Permanentmagneten 1 in Kombination mit einer erfindungsgemäßen integrierten Einrichtung 2, welche zur Messung der beiden Komponenten Bx und By der magnetischen Induktion parallel zur Chip-Oberfläche zwei Hall-Einrichtungen 3.1 und 3.2 mit aktiven Zonen umfaßt, welche als Hall-Plättchen dienen, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Die Messung mit dem in 1 veranschaulichten System ist unempfindlich auf die Feldstärke und auf die Lage der Hall-Einrichtungen in Bezug auf die Rotationsachse des Permanentmagneten.
  • Um das Prinzip der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung zu veranschaulichen, zeigt 2 eine herkömmliche laterale Hall-Einrichtung 10, welche empfindlich für eine magnetische Induktion senkrecht zur Chip-Oberfläche (B.1) ist, und wie sich eine vertikale Hall-Einrichtung 11 aus dem Drehen der aktiven Zone der Einrichtung 10 um 90° ergibt, die zu einer Empfindlichkeit parallel zur Chip-Oberfläche (B.2) führt. 2 zeigt zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele 12 und 13 der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung, wobei das eine (12) Kontakte lediglich auf der Chip-Oberfläche aufweist und das andere (13) Kontakte auf der Chip-Oberfläche (strukturierte Substratoberfläche) und eingebettete Kontakte aufweist.
  • Die Anordnung aller Kontakte auf der Chip-Oberfläche macht zwar den Herstellungs-Prozeß einfacher, führt jedoch zu Beschränkungen des Designs hinsichtlich einer symme trischen Geometrie der Einrichtung. Diese Beschränkungen werden beseitigt, indem eingebettete Kontakte eingeführt werden, welche es erlauben, daß das Design einer vertikalen Hall-Einrichtung sich bei einer Drehung um π/2 nicht verändert. Im Sinne des spinning-current-Prinzips führt dies zu einer effektiveren Offset-Verringerung.
  • 3 zeigt eine detailliertere dreidimensionale und geschnittene Darstellung des Ausführungsbeispiels 13 der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung. Diese Einrichtung umfaßt eine aktive Zone 20, welche senkrecht zur strukturierten Substratoberfläche 21 in das Substrat 22 hineinläuft und durch wenigstens zwei parallele grabenartige Ausnehmungen 23.1 und 23.2 begrenzt ist. Sie umfaßt außerdem zwei Kontaktsäulen 24.1 und 24.2, welche den eingebetteten Rand der aktiven Zone 20 mit der strukturierten Chip-Oberfläche verbinden und von der aktiven Zone 20 durch die grabenartigen Ausnehmungen 23.1 und 23.2 und von dem Rest des Substrats durch weitere ähnliche grabenartige Ausnehmungen 25.1 und 25.2 getrennt sind. Die Oberflächenkontakte 26 zum Oberflächenrand der aktiven Zone und zu den Kontaktsäulen werden in einem CMOS-Verfahren fertig gestellt (source/drain-Diffusionen 27).
  • Vorzugsweise ist die aktive Zone 20 so dünn wie möglich, d. h. sie hat eine Dicke, welche bis zu einhundert Mal kleiner als ihre Erstreckung senkrecht zur Chip-Oberfläche (Tiefe der grabenartigen Ausnehmungen) ist.
  • Das Substrat 22 ist z.B. ein p-dotiertes Silizium-Substrat. Das Einbringen der vorher aufgebrachten Donatoren für die aktive Zone 20 und für die Zugangssäulen 24.1 und 24.2 (welche als schraffierter und gepunkteter Bereich gezeigt sind) erfolgt gleichzeitig mit der transistor-well-Ausbildung.
  • Das Herstellungs-Schema für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung, wie sie z.B. in 3 veranschaulicht ist, setzt sich aus verschiedenen Vorbearbeitungsschritten gefolgt. von einem industriellen CMOS-Verfahren zusammen. Die Vorbearbeitung umfaßt vornehmlich Hochtemperatur-Schritte, welche zur Herstellung einer Hall-Einrichtung notwendig sind, wobei diese Schritte lediglich dann mit der Wärmebilanz des CMOS-Verfahrens kompatibel sind, wenn sie im voraus durchgeführt werden. Der Haupt-Vorbearbeitungsschritt ist das Ätzen der grabenartigen Ausnehmungen (z.B. ein ähnlicher Schritt, wie er bei der Herstellung von DRAM-Speicherzellen angewendet wird). Im nachfolgenden Verfahren werden elektrische Kontakte für die aktive Zone definiert und kann die Front-End-Elektronik für den Sensorbetrieb co-integriert werden. Um die Front-End-Elektronik zu designen, ist das gesamte Design-Umfeld des jeweiligen CMOS-Verfahrens verfügbar.
  • Die Herstellung beginnt mit dem Aufbringen einer Hartmaske auf ein Siliziumsubstrat. Die Hartmaske ist ein Sandwich aus dielektrischen CMOS-Schichten gemäß dem in [3] beschriebenen Verfahren. Die Hartmaske dient zwei Zwecken: erstens als Maske für das Ätzen der grabenartigen Ausnehmungen, und zweitens zum Schutz des Bereichs des Siliziumsubstrats, welcher nicht für Hall-Einrichtungen verwendet wird. Die Hartmaske wird mittels Plasmaätzen durchbrochen. Dann werden parallele grabenartige Ausnehmungen und gegebenenfalls grabenartige Ausnehmungen für Zugangssäulen auf eine Tiefe von z.B. bis zu etwa 20 μm geätzt. Die parallelen grabenartigen Ausnehmungen, welche die aktive Zone begrenzen, weisen eine Breite von beispielsweise 0,8 μm und einen Abstand von beispielsweise 2,4 μm (Dicke der aktiven Zone) voneinander auf.
  • Alle Seitenwände der grabenartigen Ausnehmungen werden mittels Ionenimplantation [3] dotiert. Mit diesem besonderen Verfahren des Ätzens von grabenartigen Ausnehmungen, gefolgt von einer Ionenimplantation, wird eine Vordepositionstiefe von über 20 μm ohne ein zeitaufwendiges Hineintreiben von der Chip-Oberfläche her erreicht. Zusätzlich kann die Ionendosis beliebig gewählt werden, um die Leistung der trench-Hall-Einrichtung zu optimieren. Daher werden die Parameter der co-integrierten Elektronik nicht beeinflußt. Das Einbringen der vordeponierten Donatoren erfolgt gleichzeitig mit der transistor-well-Ausbildung der mit dem CMOS-Verfahren, welches der Vorbearbeitung [3] folgt.
  • In einem nächsten Schritt werden die grabenartigen Ausnehmungen zur Isolation oxidiert. Ein hoch-n-dotiertes Polysilizium (oder ein anderes dielektrisches Material) wird in die grabenartigen Ausnehmungen eingebracht, hauptsächlich, um die Graben-Rinnen zu planarisieren. Zusätzlich dient das Polysilizium als elektrische Abschirmung, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMC, electromagnetic compatibility) der trench-Hall-Einrichtung zu verbessern. Das Polysilizium wird geformt und mittels Plasmaätzen rückgeätzt. Als Ergebnis ist ein Polysilizium-Paddel ausgebildet, welches eine elektrische Verbindung zu dem Polysilizium in den grabenartigen Ausnehmungen in nachfolgenden Verfahrensschritten ermöglicht. Zuletzt wird der Rest der Hartmaske mittels Naßätzen entfernt, um die Vorbearbeitung abzuschließen. Die Wafer mit der oder den fertiggestellten vorbearbeiteten trench-Hall-Einrichtung/-Einrichtungen dienen als Ausgangssubstrat für das CMOS-Verfahren.
  • Beim CMOS-Verfahren erfolgt das Einbringen der aktiven Zone und der Zugangssäulen gleichzeitig mit der transistor-well-Ausbildung. Als Ergebnis wird eine homogen dotierte aktive Zone mit einer Tiefe von bis zu 20 μm und mit einer Dicke von z.B. etwa 2,4 μm erreicht. Ferner werden die elektrischen Kontakte der Hall-Einrichtung mittels source/drain-Diffusion ausgebildet.
  • Meßcharakteristika der wie oben beschrieben hergestellten Einrichtung gemäß 3 sind die folgenden:
    Die strombezogene Empfindlichkeit der Einrichtung wurde zu 314 V/AT ermittelt. Dieser Wert liegt im Bereich der Empfindlichkeit einer herkömmlichen lateralen Hall-Einrichtung. Die Empfindlichkeit kann jedoch durch die Ionendosis beliebig eingestellt werden, ohne daß sich ein elektrischer Parameter der co-integrierten Elektronik ändert. Wie es in 4, welche die Sensorantwort in mV auf eine magnetische Induktion von bis zu 0,3 T bei einem Vorspannungsstrom von 100 μA zeigt, dargestellt ist, liegt die Abweichung des Signals von einer linearen Anpassung unter 0,15 %.
  • 5 zeigt eine Fotografie der strukturierten Substratoberfläche einer verwirklichten erfindungsgemäßen Hall-Einrichtung, wie sie in 1 skizziert ist. Diese Einrichtung umfaßt zwei Hall-Einrichtungen 3.1 und 3.2, welche beide dem Prinzip der Einrichtung 12 von 2 entsprechen, d. h. beide haben lediglich Oberflächenkontakte. Jede der Hall-Einrichtungen hat eine aktive Zone, wobei die aktiven Zonen rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind. Jeder Sensor 3.1 und 3.2 wird an den Kontakten C, O1 und O2 unter Vorspannung gesetzt. Die entsprechenden Hall-Spannungen werden an den Kontakten L und C gemessen.
  • Um die Kreuzempfindlichkeit der in 5 dargestellten Einrichtung zu bestimmen, wurde die Sensorantwort der zwei Hall-Einrichtungen 3.1 und 3.2 gemessen, während die magnetische Induktion parallel zur Chip-Oberfläche gedreht wurde. 6 zeigt die Kreuzempfindlichkeit und die Linearabweichungen für eine magnetische Induktion von 0,3 T, die zu einer Signalabweichung von einer Sinus-/Kosinus-Funktion von unterhalb 0,1 % führen. Dies drückt sich in Form einer äquivalenten Winkelabweichung von annähernd 0,1° aus. Diese Abweichungen beruhen auf einer Kombination von Nichtlinearität und Kreuzempfindlichkeit.
  • Die trench-Hall-Einrichtung kann mittels des spinning-current-Prinzips [4] dynamisch Offset-kompensiert werden. Messungen von zehn Einrichtungen haben verbleibende Offsets von 0,1 bis 1,0 mT gezeigt.
  • Quellenangaben
    • [1] R.S. Popovic, "The vertical Hall-effect device", IEEE Electron Device Lett., Vol. EDL-5, S. 357, 1984.
    • [2] C.S. Roumenin, "Parallel-field Hall microsensors: an overview", Sensors and Actuators A, Vol. 30, Nr. 1–2, S. 77, 1992.
    • [3] Austria Mikro Systeme International, "Verfahren zur Herstellung von begrenzten, dotierten Teilgebieten in einem Substratmaterial aus monokristallinem Silizium", Österreichisches Patent Nr. GM378/97, 1997.
    • [4] P. Munter, "A low offset spinning-current Hall plate", Sensors and Actuators A, Vol. 21–23, S. 743, 1990.

Claims (7)

  1. Hall-Einrichtung mit einer plattenartigen aktiven Zone (20), die in ein dotiertes Siliziumsubstrat (22) mit einer strukturierten Substratoberfläche (21) integriert ist und die von mindestens zwei Vorspannungskontakten kontaktiert ist, über welche ein Vorspannungsstrom der aktiven Zone zuführbar ist, und von mindestens einem Sensorkontakt, der mit einer Einrichtung zur Detektion und Quantifizierung einer Hall-Spannung verbunden oder verbindbar ist, wobei die aktive Zone, um auf eine magnetische Feldkomponente parallel zur strukturierten Substratoberfläche (21) empfindlich zu sein, senkrecht zur strukturierten Substratoberfläche (21) verläuft und einen Rand hat, der sich in der strukturierten Substratoberfläche (21) erstreckt, und wobei die aktive Zone (20) von dem Rest des Substrates (22) durch mindestens zwei parallelen grabenartigen Ausnehmungen (23.1 und 23.2) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen den parallelen grabenartigen Ausnehmungen (23.1 und 23.2) die Dicke der aktiven Zone (20) definiert und daß die aktive Zone (20) durch Dotierung der Seitenwände der grabenartigen Ausnehmungen dotiert ist und durch diese Dotierung elektrisch vom Rest des Substrates (22) durch einen p/n-Übergang isoliert ist, und daß die grabenartigen Ausnehmungen zur Planarisierung der strukturierten Substratoberfläche (21) ausgefüllt sind.
  2. Hall-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der mindestens zwei parallelen grabenartigen Ausnehmungen (21.1 und 23.2) bis zu einhundert Mal größer als die Entfernung zwischen den parallelen grabenartigen Ausnehmungen (23.1 und 23.2) ist.
  3. Hall-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf demselben Substrat integriert eine weitere Hall-Einrichtung (3.2) umfaßt, deren aktive Zone senkrecht zur strukturierten Substratoberfläche und senkrecht zur aktiven Zone der ersten Hall-Einrichtung (3.1) ausgerichtet ist.
  4. Hall-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Detektieren und Quantifizieren der Hall-Spannung auf demselben Substrat integriert ist.
  5. Hall-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (20) an dem einen Rand kontaktiert ist, der in der strukturierten Substratoberfläche (21) verläuft.
  6. Hall-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (20) zusätzlich in einer Fläche kontaktiert ist, die in dem Substrat (22) eingebettet ist, wobei mindestens ein zusätzlicher Kontakt eine Zugangssäule (24.1 und 24.2) umfaßt, welche die eingebettete Fläche mit der strukturierten Substratoberfläche (21) verbindet und von dem Rest des Substrates (22) und von der aktiven Zone (20) durch grabenartige Ausnehmungen (23.1/2, 25.1/2) getrennt ist, die zur Planarisierung der strukturierten Substratoberfläche (21) gefüllt sind.
  7. Hall-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die grabenartigen Ausnehmungen (23.1/2, 25.1/2) zur Isolation oxidiert sind und daß das Material, mit dem die grabenartigen Ausnehmungen (23.1/2, 25.1/2) gefüllt sind, hoch dotiert ist und als elektrische Abschirmung dient.
DE69932942T 1998-07-02 1999-07-01 Integrierte Hall-Einrichtung Expired - Lifetime DE69932942T2 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US9153498P 1998-07-02 1998-07-02
US91534P 1998-07-02
US10048698P 1998-09-16 1998-09-16
US100486P 1998-09-16
PCT/EP1999/004557 WO2000002266A1 (en) 1998-07-02 1999-07-01 Integrated hall device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69932942D1 DE69932942D1 (de) 2006-10-05
DE69932942T2 true DE69932942T2 (de) 2007-03-01

Family

ID=26784060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69932942T Expired - Lifetime DE69932942T2 (de) 1998-07-02 1999-07-01 Integrierte Hall-Einrichtung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1129495B1 (de)
AT (1) ATE337617T1 (de)
DE (1) DE69932942T2 (de)
WO (1) WO2000002266A1 (de)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10144268B4 (de) * 2001-09-08 2015-03-05 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Messung der Stärke einer Vektorkomponente eines Magnetfeldes
US7714570B2 (en) 2006-06-21 2010-05-11 Allegro Microsystems, Inc. Methods and apparatus for an analog rotational sensor having magnetic sensor elements
US8125216B2 (en) 2008-01-04 2012-02-28 Allegro Microsystems, Inc. Methods and apparatus for angular position sensing using multiple quadrature signals
US8093891B2 (en) * 2009-03-02 2012-01-10 Robert Bosch Gmbh Vertical Hall Effect sensor
EP2234185B1 (de) 2009-03-24 2012-10-10 austriamicrosystems AG Vertikaler Hallgenerator und Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Hallgenerators
DE102009038938B4 (de) 2009-08-26 2013-10-10 Austriamicrosystems Ag Verfahren zur Herstellung eines vertikalen Hall-Sensors
US8395381B2 (en) 2010-07-09 2013-03-12 Invensense, Inc. Micromachined magnetic field sensors
US9062990B2 (en) 2011-02-25 2015-06-23 Allegro Microsystems, Llc Circular vertical hall magnetic field sensing element and method with a plurality of continuous output signals
US8786279B2 (en) 2011-02-25 2014-07-22 Allegro Microsystems, Llc Circuit and method for processing signals generated by a plurality of sensors
US8729890B2 (en) 2011-04-12 2014-05-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic angle and rotation speed sensor with continuous and discontinuous modes of operation based on rotation speed of a target object
US8860410B2 (en) 2011-05-23 2014-10-14 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for processing a signal generated by a plurality of measuring devices
US8890518B2 (en) 2011-06-08 2014-11-18 Allegro Microsystems, Llc Arrangements for self-testing a circular vertical hall (CVH) sensing element and/or for self-testing a magnetic field sensor that uses a circular vertical hall (CVH) sensing element
US8793085B2 (en) 2011-08-19 2014-07-29 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for automatically adjusting a magnetic field sensor in accordance with a speed of rotation sensed by the magnetic field sensor
US8922206B2 (en) 2011-09-07 2014-12-30 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensing element combining a circular vertical hall magnetic field sensing element with a planar hall element
US9285438B2 (en) 2011-09-28 2016-03-15 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for processing signals generated by a plurality of magnetic field sensing elements
US9046383B2 (en) 2012-01-09 2015-06-02 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods that use magnetic field sensors to identify positions of a gear shift lever
US9182456B2 (en) 2012-03-06 2015-11-10 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor for sensing rotation of an object
US10215550B2 (en) 2012-05-01 2019-02-26 Allegro Microsystems, Llc Methods and apparatus for magnetic sensors having highly uniform magnetic fields
US9606190B2 (en) 2012-12-21 2017-03-28 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor arrangements and associated methods
US8749005B1 (en) 2012-12-21 2014-06-10 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and method of fabricating a magnetic field sensor having a plurality of vertical hall elements arranged in at least a portion of a polygonal shape
US9417295B2 (en) 2012-12-21 2016-08-16 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for processing signals generated by a circular vertical hall (CVH) sensing element in the presence of a multi-pole magnet
US9548443B2 (en) 2013-01-29 2017-01-17 Allegro Microsystems, Llc Vertical Hall Effect element with improved sensitivity
US9389060B2 (en) 2013-02-13 2016-07-12 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and related techniques that provide an angle error correction module
US9377285B2 (en) 2013-02-13 2016-06-28 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and related techniques that provide varying current spinning phase sequences of a magnetic field sensing element
US9099638B2 (en) 2013-03-15 2015-08-04 Allegro Microsystems, Llc Vertical hall effect element with structures to improve sensitivity
US9400164B2 (en) 2013-07-22 2016-07-26 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and related techniques that provide an angle correction module
US9312473B2 (en) 2013-09-30 2016-04-12 Allegro Microsystems, Llc Vertical hall effect sensor
US9574867B2 (en) 2013-12-23 2017-02-21 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and related techniques that inject an error correction signal into a signal channel to result in reduced error
US10120042B2 (en) 2013-12-23 2018-11-06 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and related techniques that inject a synthesized error correction signal into a signal channel to result in reduced error
US9547048B2 (en) 2014-01-14 2017-01-17 Allegro Micosystems, LLC Circuit and method for reducing an offset component of a plurality of vertical hall elements arranged in a circle
US9753097B2 (en) 2014-05-05 2017-09-05 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensors and associated methods with reduced offset and improved accuracy
US9448288B2 (en) 2014-05-20 2016-09-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with improved accuracy resulting from a digital potentiometer
US9823092B2 (en) 2014-10-31 2017-11-21 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor providing a movement detector
US9638766B2 (en) 2014-11-24 2017-05-02 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with improved accuracy resulting from a variable potentiometer and a gain circuit
US9684042B2 (en) 2015-02-27 2017-06-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor with improved accuracy and method of obtaining improved accuracy with a magnetic field sensor
US11163022B2 (en) 2015-06-12 2021-11-02 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor for angle detection with a phase-locked loop
US10481220B2 (en) 2016-02-01 2019-11-19 Allegro Microsystems, Llc Circular vertical hall (CVH) sensing element with signal processing and arctangent function
US9739847B1 (en) 2016-02-01 2017-08-22 Allegro Microsystems, Llc Circular vertical hall (CVH) sensing element with signal processing
US9739848B1 (en) 2016-02-01 2017-08-22 Allegro Microsystems, Llc Circular vertical hall (CVH) sensing element with sliding integration
US10385964B2 (en) 2016-06-08 2019-08-20 Allegro Microsystems, Llc Enhanced neutral gear sensor
US10585147B2 (en) 2016-06-14 2020-03-10 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor having error correction
US10739164B2 (en) 2017-01-27 2020-08-11 Allegro Microsystems, Llc Circuit for detecting motion of an object
US10495701B2 (en) 2017-03-02 2019-12-03 Allegro Microsystems, Llc Circular vertical hall (CVH) sensing element with DC offset removal
US10823586B2 (en) 2018-12-26 2020-11-03 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor having unequally spaced magnetic field sensing elements
US11237020B2 (en) 2019-11-14 2022-02-01 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor having two rows of magnetic field sensing elements for measuring an angle of rotation of a magnet
US11280637B2 (en) 2019-11-14 2022-03-22 Allegro Microsystems, Llc High performance magnetic angle sensor
US11802922B2 (en) 2021-01-13 2023-10-31 Allegro Microsystems, Llc Circuit for reducing an offset component of a plurality of vertical hall elements arranged in one or more circles
US11473935B1 (en) 2021-04-16 2022-10-18 Allegro Microsystems, Llc System and related techniques that provide an angle sensor for sensing an angle of rotation of a ferromagnetic screw

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3602611B2 (ja) * 1995-03-30 2004-12-15 株式会社東芝 横型ホール素子
US5572058A (en) * 1995-07-17 1996-11-05 Honeywell Inc. Hall effect device formed in an epitaxial layer of silicon for sensing magnetic fields parallel to the epitaxial layer
US5831513A (en) * 1997-02-04 1998-11-03 United Microelectronics Corp. Magnetic field sensing device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000002266A1 (en) 2000-01-13
ATE337617T1 (de) 2006-09-15
DE69932942D1 (de) 2006-10-05
EP1129495B1 (de) 2006-08-23
EP1129495A1 (de) 2001-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69932942T2 (de) Integrierte Hall-Einrichtung
EP2806283B1 (de) Dreidimensionaler Hallsensor zum Detektieren eines räumlichen Magnetfeldes
DE102007024436B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einem Erfassungs-Hall-Element zum Erfassen eines Magnetfelds sowie Magnetsensor
DE4339190B4 (de) Halbleiter-Beschleunigungsmesser
EP2490036B1 (de) Stresssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen in einem Halbleiterchip und stresskompensierter Hallsensor
DE102012201727B4 (de) Hallplatte mit niedrigem spinning-strom-versatz und verfahren zum betreiben derselben
DE102005051306A1 (de) Vertikale Hallvorrichtung und Verfahren zur Einstellung der Offsetspannung einer vertikalen Hallvorrichtung
DE102006028520B4 (de) Stromsensor mit einem Hall-Element
DE19906067A1 (de) Halbleitersensor für physikalische Größen und dessen Herstellungsverfahren
EP2449394A1 (de) Hall-sensorelement und verfahren zur messung eines magnetfelds
EP1772737A2 (de) Baugruppe zur Strommessung
DE102012100007A1 (de) Halbleitervorrichtungen mit Isoliersubstraten und Verfahren zur Bildung derselben
DE2326731B2 (de) Halbleiteranordnung mit mehreren hall- elementen
DE3407923C2 (de) Magnetfeldsensor
DE102005008724B4 (de) Sensor zum Messen eines Magnetfeldes
DE10144268B4 (de) Vorrichtung zur Messung der Stärke einer Vektorkomponente eines Magnetfeldes
DE102019004599B4 (de) Vertikale Hallsensorstruktur, Betrieb derselben und vertikaler Hallsensor
EP0626100B1 (de) Verfahren zur herstellung einer halbleiterstruktur
DE102009045693B4 (de) Mikromechanisches Bauteil für eine Hall-Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Hall-Sensorvorrichtung
DE4313556C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur berührungslosen Messung von Drehmomenten an Wellen
EP1327891B1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Magnetfeldes, Magnetfeldsensor und Strommesser
DE10062637B4 (de) Differenzdrucksensor
DE19818060A1 (de) Beschleunigungssensor, Winkelbeschleunigungssensor und Herstellverfahren für diese Sensoren
DE3733836C2 (de)
DE19852878A1 (de) Mikromechanisches Bauelement und Herstellungsverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition