JP2005259803A - ホール素子および磁気センサおよび磁気検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】P型の半導体基板11の上にエピタキシャル成長されたN型の半導体層12表面のL2−L2線上に、電極15aおよび15bの電極の組と電極15cおよび15dの電極の組とをL1−L1線を対称軸として線対称の関係を有する態様で交互に配設する。これら2つの電極の組について、駆動電流供給用の電極の組とする電極の組とホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ基板(ウェハ)表面に水平な磁界成分の検出を行う。
【選択図】 図1
Description
まず、図13を参照して、ホール素子の磁界検出原理について説明する。
VH=(RHIB/d)cosθ、RH=1/(qn)
と表せる。ここで、RHはホール係数であり、またqは電荷、nはキャリア濃度である。
前中一介、外3名,「集積化三次元磁気センサ」,電気学会論文誌 C,平成元年,第109巻,第7号,p483−490
こうした構造とすることで、前記電位障壁を容易に実現することができる。
こうした構造によれば、当該電位障壁によって絶縁区画される領域に好適なホールプレート(磁気検出部)を形成することができるようになる。
磁気センサとしてこのような構造を採用することで、ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧を大きくすることができ、ひいては当該磁気センサの高感度化を図ることができるようになる。
このような構造とすることで、これら並列接続されるホール素子の出力電圧(ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧)やオフセット電圧(不平衡電圧)を平均化して高い精度で磁気を検出することができるようになる。
このような構造とすることで、これら対向配置した素子同士の出力電圧(ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧)を平均化することができ、当該センサの高精度化が期待できる。
また、請求項14に記載の磁気検出方法では、基板に電流を供給する電極および同基板から電流を取り出す電極により構成される駆動電流供給用の電極の組と、該駆動電流供給用の電極の組の少なくとも一方の電極を挟むかたちで配設されて前記基板に供給される電流に対するホール電圧を検出可能とするホール電圧検出用の電極の組とを当該基板の同一表面に少なくとも1組ずつ有し、それら2種の電極の組を通じて前記基板の表面に水平な磁界成分を検出するホール素子による磁気検出方法として、前記基板の同一表面に配設される2組の電極の組について前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行うようにする。
また、請求項15に記載の磁気検出方法では、前記基板に供給される電流として一定の電流を供給しつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行うようにする。
また上記磁気検出方法は、請求項16に記載のように、前記2組の電極の組が、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有するものに適用して特に有効である。
図1(b)中の端子TA、端子TB、並びに端子TC、端子TDは、それぞれ電極15a、電極15b、並びに電極15c、電極15dに電気的に接続された端子である。
ΔV24=I13×(R23×R41−R12×R34)/(R12+R23+R34+R41)
となる。
ΔV31=I24×(R12×R34−R23×R41)/(R12+R23+R34+R41)
となる。すなわち、これらオフセット電圧ΔV24およびΔV31は、「ΔV24×I24=−ΔV31×I13」の関係を有することとなる。
V24+V31=VH24+VH31
のように、オフセット電圧は原理的に完全に打ち消される(キャンセルされる)こととなる。そして、こうして所定周期で検出されるホール電圧からこれに対応する磁気(磁界)を算出することで、オフセット電圧を抑制して例えば格子欠陥成長等による抵抗分変化の影響や抵抗の温度変化の影響等を緩和することができるようになり、ひいてはより高い精度での磁界検出を行うことができるようになる。
(1)駆動電流供給用の端子の組(電極の組)とホール電圧検出用の端子の組(電極の組)とを所定周期で入れ替えつつ磁界の検出を行うようにした。これにより、オフセット電圧を抑制して格子欠陥成長による抵抗分変化の影響や抵抗の温度変化の影響を緩和することができるようになり、ひいてはより高い精度での磁界検出を行うことができるようになる。
(3)また、電極15aおよび15bの電極の組と電極15cおよび15dの電極の組とを、L2−L2線上に交互に配設されて且つ、同L2−L2線の垂線であるL1−L1線を対称軸として線対称の関係を有するものとした(図1(a)参照)。こうした構造をとることにより、電極15aおよび15bの電極の組、および電極15cおよび15dの電極の組のいずれをホール電圧検出用の電極の組として用いても同様にホール電圧を検出することができるようになり、ひいては上述のオフセット電圧についてもこれを好適に打ち消すことができるようになる。
次に、図4に、この発明についてその第2の実施の形態を示す。なお、図4は、この実施の形態にかかるホール素子について、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図4(a)および(b)は、先の図1(a)および(b)に対応するものである。すなわちこの図4において、符号21〜23、23a、23b、24a〜24d、25a〜25d、26a、26b、27a、27bにて示される各要素は、先の図1において符号11〜13、13a、13b、14a〜14d、15a〜15d、16a、16b、17a、17bにて示した各要素に対応するものである。また、符号T23、T23aおよびT23b、HP2にて示される各要素は、先の図1において符号T13、T13aおよびT13b、HP1にて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
次に、図5に、この発明についてその第3の実施の形態を示す。なお、図5は、この実施の形態にかかるホール素子について、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図5(a)および(b)は、先の図1(a)および(b)に対応するものである。すなわちこの図5において、符号31、32、34a〜34d、35a〜35d、36a、36b、37a、37b、HP3にて示される各要素は、先の図1において符号11、12、14a〜14d、15a〜15d、16a、16b、17a、17b、HP1にて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
次に、図6に、この発明についてその第4の実施の形態を示す。なお、図6は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図6において、符号41、42、431および432、431aおよび432a、431bおよび432b、451a〜451dおよび452a〜452dにて示される各要素は、先の図1において符号11、12、13、13a、13b、15a〜15dにて示した各要素に対応するものである。また、符号T431およびT432、T431aおよびT432a、T431bおよびT432b、HP41およびHP42にて示される各要素は、先の図1において符号T13、T13a、T13b、HP1にて示した各要素に対応するものである。また、符号443a〜443d、453a〜453d、D433にて示される各要素は、先の図14において符号84a〜84d、85a〜85d、D83にて示した各要素に対応するものである。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
次に、図7に、この発明についてその第5の実施の形態を示す。なお、図7は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図7において、符号51、52、551a〜551dおよび552a〜552dおよび55na〜55ndにて示される各要素は、先の図1において符号11,12、15a〜15dにて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
次に、図8に、この発明についてその第6の実施の形態を示す。なお、図8は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図8において、符号61、62、651a〜651dおよび652a〜652dおよび653a〜653dおよび65na〜65ndにて示される各要素は、先の図1において符号11,12、15a〜15dにて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
次に、図9に、この発明についてその第7の実施の形態を示す。なお、図9は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図9において、符号71、72、751a〜751dおよび752a〜752dおよび753a〜753dおよび754a〜754dにて示される各要素は、先の図1において符号11,12、15a〜15dにて示した各要素に対応するものである。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
なお、上記各実施の形態は、以下の態様をもって実施することもできる。
・上記第1の実施の形態において、図1中の埋込層16aおよび16b、拡散層17aおよび17b、あるいはこれら双方を割愛した構造も適宜採用することができる。図10(a)〜(c)に、これらを割愛した構造をそれぞれ示す。なお、同図10(a)〜(c)は各々、図1(b)に対応する断面図である。そして、図10(a)は埋込層16aおよび16bを割愛した構造を示す断面図、図10(b)は拡散層17aおよび17bを割愛した構造を示す断面図、図10(c)は埋込層16aおよび16bと拡散層17aおよび17bとの双方を割愛した構造を示す断面図である。またここで、上記埋込層16aおよび16bを割愛した構造においても、トレンチT13aおよびT13bによって半導体層12の底面近傍に選択的に電流通路が形成されている。ただしここでは、埋込層16aおよび16bに代わって半導体層12が電流通路となる。そして、これら構造のいずれの構造を採用した場合も、例えば第1の実施の形態の前記(1)〜(5)の効果に準じた効果を得ることができる。また、素子形成工程の工程数を削減することができ、ひいては素子単体の低コスト化を図ることができるようになる。
Claims (16)
- 基板に電流を供給する電極および同基板から電流を取り出す電極により構成される駆動電流供給用の電極の組と、該駆動電流供給用の電極の組の少なくとも一方の電極を挟むかたちで配設されて前記基板に供給される電流に対するホール電圧を検出可能とするホール電圧検出用の電極の組とを当該基板の同一表面に少なくとも1組ずつ有し、それら2種の電極の組を通じて前記基板の表面に水平な磁界成分を検出するホール素子において、
前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組との2組の電極の組を入れ替えることによって前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行うときのオフセット電圧の少なくとも一部が打ち消されるような配置をもって前記2組の電極の組が配設されてなる
ことを特徴とするホール素子。 - 前記2組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有する
請求項1に記載のホール素子。 - 前記基板は、第1の導電型からなる半導体基板の上に第2の導電型からなる半導体層が形成されてなるとともに、該半導体層には、前記2組の電極の組として配設される4つの電極のうちの内側に位置する2つの電極の周囲を囲繞するかたちで当該半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されてなる
請求項2に記載のホール素子。 - 前記電位障壁は、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第2の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設されてなる
請求項3に記載のホール素子。 - 前記電位障壁は、第1の導電型からなる拡散領域として形成されてなる
請求項3または4に記載のホール素子。 - 前記電位障壁は、絶縁膜の埋設されてなるトレンチとして形成されてなる
請求項3または4に記載のホール素子。 - 第1の導電型からなる拡散領域が、前記トレンチの内壁面に形成されてなる
請求項6に記載のホール素子。 - 前記半導体層よりも濃度の高い第2の導電型からなる拡散層が、前記2組の電極の組として配設される4つの電極のうちの両端に位置する2つの電極の下方に延設されてなる
請求項3〜7のいずれか一項に記載のホール素子。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のホール素子が同一基板上に直列接続される態様で配設されてなる
ことを特徴とする磁気センサ。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のホール素子が同一基板上に並列接続される態様で配設されてなる
ことを特徴とする磁気センサ。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のホール素子が同一基板上に対向配置されてなる
ことを特徴とする磁気センサ。 - 前記対向配置されてなるホール素子は、チップとして切り出された基板の側面に対して略45°傾けられて配置されてなる
請求項11に記載のホール素子。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載のホール素子の2つと、基板表面に垂直な磁界成分の検出を可能とするホール素子の1つとが、同一基板上に直交する3軸方向の磁界成分を検出可能に配設されてなる
ことを特徴とする磁気センサ。 - 基板に電流を供給する電極および同基板から電流を取り出す電極により構成される駆動電流供給用の電極の組と、該駆動電流供給用の電極の組の少なくとも一方の電極を挟むかたちで配設されて前記基板に供給される電流に対するホール電圧を検出可能とするホール電圧検出用の電極の組とを当該基板の同一表面に少なくとも1組ずつ有し、それら2種の電極の組を通じて前記基板の表面に水平な磁界成分を検出するホール素子による磁気検出方法であって、
前記基板の同一表面に配設される2組の電極の組について前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行う
ことを特徴とする磁気検出方法。 - 前記基板に供給される電流として一定の電流を供給しつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行う
請求項14に記載の磁気検出方法。 - 前記2組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有する
請求項14または15に記載の磁気検出方法。
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