JP3350183B2 - 薄膜電流センサ - Google Patents
薄膜電流センサInfo
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- JP3350183B2 JP3350183B2 JP30875893A JP30875893A JP3350183B2 JP 3350183 B2 JP3350183 B2 JP 3350183B2 JP 30875893 A JP30875893 A JP 30875893A JP 30875893 A JP30875893 A JP 30875893A JP 3350183 B2 JP3350183 B2 JP 3350183B2
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- type region
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板への拡散層
を利用して形成した薄膜電流センサに関する。
を利用して形成した薄膜電流センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気回路に流れる電流を検出するには、
電流計、シャント抵抗による電圧検出、パルストランス
による電圧検出等が採用されている。これらの手段はい
ずれも電気回路とは別個の装置として外付けされるた
め、電流検出手段を備えた装置としては小型化に不利で
ある。また、電流計、シャント抵抗による電流検出は、
電気回路と測定系との間を電気的に絶縁することができ
ないので、制御回路への信号としては不便な場合があ
る。一方、パルストランスによる検出は、電気的に絶縁
されるが、装置が大型化してしまう難点がある。
電流計、シャント抵抗による電圧検出、パルストランス
による電圧検出等が採用されている。これらの手段はい
ずれも電気回路とは別個の装置として外付けされるた
め、電流検出手段を備えた装置としては小型化に不利で
ある。また、電流計、シャント抵抗による電流検出は、
電気回路と測定系との間を電気的に絶縁することができ
ないので、制御回路への信号としては不便な場合があ
る。一方、パルストランスによる検出は、電気的に絶縁
されるが、装置が大型化してしまう難点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電流検出方法では要約すれば、次のような解決すべき課
題があった。 （１）電流を検出する手段を小型化することが困難であ
る。 （２）被測定側と測定側との電気的な絶縁を図ることが
できない。
電流検出方法では要約すれば、次のような解決すべき課
題があった。 （１）電流を検出する手段を小型化することが困難であ
る。 （２）被測定側と測定側との電気的な絶縁を図ることが
できない。
【０００４】
【発明の目的】本発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、電流センサとして小型化を図る
ことができ、かつ、被測定側と測定側との間を確実に絶
縁できる薄膜電流センサを提供することを目的とするも
のである。
ためになされたもので、電流センサとして小型化を図る
ことができ、かつ、被測定側と測定側との間を確実に絶
縁できる薄膜電流センサを提供することを目的とするも
のである。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明の薄膜電流セン
サは、半導体基板内にリング状に形成された第１導電型
領域と、当該第１導電型領域内の全周に亘って形成した
斜歯状の第２導電型拡散配線層と、当該第２導電型拡散
配線層上に絶縁層を介して第１導電型領域と同心円的に
設けたリング状磁性体層と、当該リング状磁性体上に絶
縁層を介して設けられ、前記第２導電型拡散配線層と接
続されて前記リング状磁性体層を立体的かつ螺旋状に巻
回するコイルとなす配線金属層と、当該配線金属層の端
部に設けた１対の電流検出端子部と、前記第１導電型領
域に囲まれた中心部の第２導電型領域に設けた通電端子
金属層とを有することを特徴とするものである。
サは、半導体基板内にリング状に形成された第１導電型
領域と、当該第１導電型領域内の全周に亘って形成した
斜歯状の第２導電型拡散配線層と、当該第２導電型拡散
配線層上に絶縁層を介して第１導電型領域と同心円的に
設けたリング状磁性体層と、当該リング状磁性体上に絶
縁層を介して設けられ、前記第２導電型拡散配線層と接
続されて前記リング状磁性体層を立体的かつ螺旋状に巻
回するコイルとなす配線金属層と、当該配線金属層の端
部に設けた１対の電流検出端子部と、前記第１導電型領
域に囲まれた中心部の第２導電型領域に設けた通電端子
金属層とを有することを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】本発明の薄膜電流センサは、半導体基板上にリ
ング状磁性体層を形成し、この磁性体層を配線金属層に
より基板内部の斜歯の第２導電型拡散配線層と接続し、
立体的、かつ、螺旋状に巻回してコイルを形成するよう
にしたので、外付けの電流センサに比し小型化が実現で
きる。また、反対導電型の境界面を利用することにより
被測定側と測定側との間の絶縁を図ることができる。
ング状磁性体層を形成し、この磁性体層を配線金属層に
より基板内部の斜歯の第２導電型拡散配線層と接続し、
立体的、かつ、螺旋状に巻回してコイルを形成するよう
にしたので、外付けの電流センサに比し小型化が実現で
きる。また、反対導電型の境界面を利用することにより
被測定側と測定側との間の絶縁を図ることができる。
【０００７】
【実施例】本発明の第１の実施例を図１及び図２に示
す。図１は薄膜電流センサの半導体チップの断面図、図
２はその平面図である。これらの図において、１は薄膜
電流センサ全体を示す。２はリング状の第１導電型領域
であり、この実施例ではＮ型半導体基板である。上記の
第１導電型領域２の中心部には、Ｐ型領域である第２導
電型拡散部３が形成されている。また、前記のリング状
の第１導電型領域２の外周には、Ｐ型領域４が拡散によ
り形成されている。
す。図１は薄膜電流センサの半導体チップの断面図、図
２はその平面図である。これらの図において、１は薄膜
電流センサ全体を示す。２はリング状の第１導電型領域
であり、この実施例ではＮ型半導体基板である。上記の
第１導電型領域２の中心部には、Ｐ型領域である第２導
電型拡散部３が形成されている。また、前記のリング状
の第１導電型領域２の外周には、Ｐ型領域４が拡散によ
り形成されている。
【０００８】上記の半導体チップの裏面側は、その中心
部の第２導電型拡散部３のみが窓明けされた絶縁層５が
設けられ、この絶縁層５の外側に通電端子金属層６が全
面に設けられている。
部の第２導電型拡散部３のみが窓明けされた絶縁層５が
設けられ、この絶縁層５の外側に通電端子金属層６が全
面に設けられている。
【０００９】一方、半導体チップの上面には、第１導電
型領域２の内部に、その円周方向に沿って斜歯状の第２
導電型拡散配線層７が形成されている。この第２導電型
拡散配線層７上には、絶縁層８を介してリング状磁性体
層９が第１導電型領域２と同心円的に形成されている。
このリング状磁性体層９上には、絶縁層１０を介して配
線金属層１１が形成されている。この配線金属層１１
は、前記斜歯状の第２導電型拡散配線層７にそれぞれ接
続される。
型領域２の内部に、その円周方向に沿って斜歯状の第２
導電型拡散配線層７が形成されている。この第２導電型
拡散配線層７上には、絶縁層８を介してリング状磁性体
層９が第１導電型領域２と同心円的に形成されている。
このリング状磁性体層９上には、絶縁層１０を介して配
線金属層１１が形成されている。この配線金属層１１
は、前記斜歯状の第２導電型拡散配線層７にそれぞれ接
続される。
【００１０】即ち、配線金属層１１の一端は、絶縁層８
を突き抜けて斜歯状の第２導電型拡散配線層７の一端と
接続され、また、前記配線金属層１１の他端は、同じく
絶縁層８を突き抜けて隣接する斜歯状の第２導電型拡散
配線層７の他端に接続される。このように順次、配線金
属層１１が絶縁層８を突き抜けて前記第２導電型拡散配
線層７に接続され、リング状磁性体層７を立体的かつ螺
旋状に取り囲むコイルを形成する。なお、前記配線金属
層１１の終端には、電流検出端子Ｓ１，Ｓ２が形成され
ている。また、半導体チップの中心部の第２導電型拡散
部３の上面には、絶縁層８を貫通する通電端子金属層１
２が形成されている。
を突き抜けて斜歯状の第２導電型拡散配線層７の一端と
接続され、また、前記配線金属層１１の他端は、同じく
絶縁層８を突き抜けて隣接する斜歯状の第２導電型拡散
配線層７の他端に接続される。このように順次、配線金
属層１１が絶縁層８を突き抜けて前記第２導電型拡散配
線層７に接続され、リング状磁性体層７を立体的かつ螺
旋状に取り囲むコイルを形成する。なお、前記配線金属
層１１の終端には、電流検出端子Ｓ１，Ｓ２が形成され
ている。また、半導体チップの中心部の第２導電型拡散
部３の上面には、絶縁層８を貫通する通電端子金属層１
２が形成されている。
【００１１】次に、上記の構造の薄膜電流センサの製造
方法を説明する。まず、Ｎ型シリコン基板に、外周のＰ
型領域４及び中心部の第２導電型拡散部３を形成すべ
く、その両面からＰ型不純物を拡散する。この時の拡散
によりＮ型シリコン基板の両面から拡散されるので、Ｎ
型の第１導電型拡散領域２がリング状に残る。次に、上
記の第１導電型拡散領域２内に、図２の破線で示したよ
うに、斜歯状の第２導電型拡散配線層７を選択拡散によ
り形成する。この拡散配線層７は下側コイルの半分を形
成するので、斜歯の本数は可能な限り多くするのが望ま
しい。
方法を説明する。まず、Ｎ型シリコン基板に、外周のＰ
型領域４及び中心部の第２導電型拡散部３を形成すべ
く、その両面からＰ型不純物を拡散する。この時の拡散
によりＮ型シリコン基板の両面から拡散されるので、Ｎ
型の第１導電型拡散領域２がリング状に残る。次に、上
記の第１導電型拡散領域２内に、図２の破線で示したよ
うに、斜歯状の第２導電型拡散配線層７を選択拡散によ
り形成する。この拡散配線層７は下側コイルの半分を形
成するので、斜歯の本数は可能な限り多くするのが望ま
しい。
【００１２】次に、Ｎ型シリコン基板の両面に絶縁層
５，８を形成する。さらに、上記シリコン基板の上面全
面にパーマロイ等の強磁性体を蒸着等の手段により付着
させる。その後、フォトリソグラフィ技術により不要部
分を除去し、リング状磁性体層９を形成する。次に、上
記シリコン基板の上面に再度、絶縁層１０を形成する。
次に、斜歯状の第２導電型拡散層７のそれぞれの両端部
がシリコン基板の上面に露出するようにフォトリソグラ
フィ技術を用いて絶縁層８を窓明けする。同時に、シリ
コン基板の中央部の第２導電型拡散部３の両主面側の絶
縁層５，８についても窓明けを行なう。
５，８を形成する。さらに、上記シリコン基板の上面全
面にパーマロイ等の強磁性体を蒸着等の手段により付着
させる。その後、フォトリソグラフィ技術により不要部
分を除去し、リング状磁性体層９を形成する。次に、上
記シリコン基板の上面に再度、絶縁層１０を形成する。
次に、斜歯状の第２導電型拡散層７のそれぞれの両端部
がシリコン基板の上面に露出するようにフォトリソグラ
フィ技術を用いて絶縁層８を窓明けする。同時に、シリ
コン基板の中央部の第２導電型拡散部３の両主面側の絶
縁層５，８についても窓明けを行なう。
【００１３】次に、上記シリコン基板の両主面に蒸着等
の手段により所定の金属を蒸着し金属層を形成する。こ
の場合、シリコン基板の上面は、フォトリソグラフィ技
術を用いて図２に示すように、第２導電型拡散層７と対
応させた配線金属層１１と中央部に残存させた配線金属
層１２とする。なお、裏面側は全面金属層を残し、通電
端子金属層６とする。このようにして、下半分の第２導
電型拡散配線層７と上半分の配線金属層１１によって、
磁性体層９を立体的かつ螺旋状に巻回したコイルが完成
する。
の手段により所定の金属を蒸着し金属層を形成する。こ
の場合、シリコン基板の上面は、フォトリソグラフィ技
術を用いて図２に示すように、第２導電型拡散層７と対
応させた配線金属層１１と中央部に残存させた配線金属
層１２とする。なお、裏面側は全面金属層を残し、通電
端子金属層６とする。このようにして、下半分の第２導
電型拡散配線層７と上半分の配線金属層１１によって、
磁性体層９を立体的かつ螺旋状に巻回したコイルが完成
する。
【００１４】次に、上記のように構成の薄膜電流センサ
１の動作について説明する。まず、電気回路の電流検出
のために、薄膜電流センサ１の両面に設けられた通電端
子金属層６，１２間に導体を接続する。次に、当該通電
端子金属層６，１２間に、パルス状電流、若しくは交流
電流を流すと、リング状磁性体層１０を介してコイルの
両端の電流検出端子Ｓ１，Ｓ２（図２参照）間に誘起電
圧が発生する。この電圧を図示を省略した制御回路への
信号として送出することにより電圧検出が可能となる。
１の動作について説明する。まず、電気回路の電流検出
のために、薄膜電流センサ１の両面に設けられた通電端
子金属層６，１２間に導体を接続する。次に、当該通電
端子金属層６，１２間に、パルス状電流、若しくは交流
電流を流すと、リング状磁性体層１０を介してコイルの
両端の電流検出端子Ｓ１，Ｓ２（図２参照）間に誘起電
圧が発生する。この電圧を図示を省略した制御回路への
信号として送出することにより電圧検出が可能となる。
【００１５】以上のようにして製作された薄膜電流セン
サ７は、当該薄膜電流センサ７として独立して半導体基
板に作り込むのではなく、他の半導体素子と共通の半導
体基板に作り込むことができるため、電流センサとして
小型化が実現できる。また、反対導電型の拡散領域を巧
みに利用することにより被測定側と測定側との間の電気
的絶縁が図れる利点を有する。
サ７は、当該薄膜電流センサ７として独立して半導体基
板に作り込むのではなく、他の半導体素子と共通の半導
体基板に作り込むことができるため、電流センサとして
小型化が実現できる。また、反対導電型の拡散領域を巧
みに利用することにより被測定側と測定側との間の電気
的絶縁が図れる利点を有する。
【００１６】次に、本発明の第２の実施例を図３を参照
して説明する。この実施例では、Ｐ型の第２導電型半導
体基板１３にリング状の第１導電型分離拡散層１４が所
定の深さまで拡散されている。この第１分離拡散層１４
内に前記第１の実施例と同様にリング状の第２導電型拡
散配線層７が形成されている。また、上記基板１３の裏
面側は、全面に金属が蒸着等の手段により蒸着され、通
電配線金属層６を形成している。
して説明する。この実施例では、Ｐ型の第２導電型半導
体基板１３にリング状の第１導電型分離拡散層１４が所
定の深さまで拡散されている。この第１分離拡散層１４
内に前記第１の実施例と同様にリング状の第２導電型拡
散配線層７が形成されている。また、上記基板１３の裏
面側は、全面に金属が蒸着等の手段により蒸着され、通
電配線金属層６を形成している。
【００１７】上記基板１３の上面には、当該基板１３の
中心部の通電端子金属層１２及びリング状の磁性体層
９、配線金属層１１が第１の実施例と同様に形成されて
いる。なお、第１の実施例と同等部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。
中心部の通電端子金属層１２及びリング状の磁性体層
９、配線金属層１１が第１の実施例と同様に形成されて
いる。なお、第１の実施例と同等部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。
【００１８】この第２の実施例において、上記第１の実
施例と異なる点の１つは、Ｐ型の上記基板１３の外周部
の上面に、通電端子金属層１５を形成した点である。こ
の通電端子金属層１５の形成により一主面側ですべて配
線が可能となり便利である。なお、第２の実施例におけ
る薄膜電流センサ１の製造工程は、基本的には第１の実
施例と同様であるため、その説明は省略する。また、動
作についても第１実施例と同様であるため、その説明を
省略する。また、上記の薄膜電流センサは、チップ単独
として製作し、マルチチップモジュールの中に組み込ん
で使用するようにしても良い。
施例と異なる点の１つは、Ｐ型の上記基板１３の外周部
の上面に、通電端子金属層１５を形成した点である。こ
の通電端子金属層１５の形成により一主面側ですべて配
線が可能となり便利である。なお、第２の実施例におけ
る薄膜電流センサ１の製造工程は、基本的には第１の実
施例と同様であるため、その説明は省略する。また、動
作についても第１実施例と同様であるため、その説明を
省略する。また、上記の薄膜電流センサは、チップ単独
として製作し、マルチチップモジュールの中に組み込ん
で使用するようにしても良い。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明はシリコン基板上
にリング状磁性体層を形成し、この磁性体層を基板内部
の斜歯状の第２導電型拡散配線層と上部の配線金属層に
より立体的、かつ、螺旋状に巻回してコイルを形成する
ようにしたので、概略次のような効果が得られる。 （１）別個の装置として外付けすることなく、他の半導
体素子の半導体基板内に作り込むことができるため、電
流センサとして小型化が実現できる。 （２）電流計、シャント抵抗による電流検出は、電気回
路と測定系との間が電気的に絶縁することができない
が、本発明では反対導電型の拡散層により被測定側と測
定側間の電気的な絶縁を効果的に図ることができる。
にリング状磁性体層を形成し、この磁性体層を基板内部
の斜歯状の第２導電型拡散配線層と上部の配線金属層に
より立体的、かつ、螺旋状に巻回してコイルを形成する
ようにしたので、概略次のような効果が得られる。 （１）別個の装置として外付けすることなく、他の半導
体素子の半導体基板内に作り込むことができるため、電
流センサとして小型化が実現できる。 （２）電流計、シャント抵抗による電流検出は、電気回
路と測定系との間が電気的に絶縁することができない
が、本発明では反対導電型の拡散層により被測定側と測
定側間の電気的な絶縁を効果的に図ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す薄膜電流センサの
断面図である。
断面図である。
【図２】上記薄膜電流センサの平面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す薄膜電流センサの
断面図である。
断面図である。
１ 薄膜電流センサ ２ 第１導電型領域 ３ 第２導電型拡散部 ４ Ｐ型領域 ５ 絶縁層 ６ 通電端子金属層 ７ 第２導電型拡散配線層 ８ 絶縁層 ９ リング状磁性体層 １０ 絶縁層 １１ 配線金属層 １２ 通電端子金属層 １３ 第２導電型半導体基板 １４ 第１導電型分離拡散層 Ｓ１，Ｓ２ 電流検出端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/822 H01L 27/04 H01L 27/22 H01L 43/00 - 43/14 G01R 15/00 - 15/26 G01R 19/00 - 19/32
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板内にリング状に形成された第
１導電型領域２と、当該第１導電型領域２内の全周に亘
って形成した斜歯状の第２導電型拡散配線層７と、当該
第２導電型拡散配線層７上に絶縁層８を介して第１導電
型領域２と同心円的に設けたリング状磁性体層９と、当
該リング状磁性体９上に絶縁層１０を介して設けられ、
前記第２導電型拡散配線層７と接続されて前記リング状
磁性体層９を立体的かつ螺旋状に巻回するコイルとなす
配線金属層１１と、当該配線金属層１１の端部に設けた
１対の電流検出端子部Ｓ１，Ｓ２と、前記第１導電型領
域２に囲まれた中心部の第２導電型領域３に設けた通電
端子金属層６，１２とを有することを特徴とする薄膜電
流センサ。 - 【請求項２】 前記第１導電型領域２が半導体基板と同
一導電型であり、当該第１導電型領域２に囲まれた中心
部の第２導電型領域３は、拡散により形成したことを特
徴とする請求項１に記載の薄膜電流センサ。 - 【請求項３】 第２導電型からなる半導体基板内に、所
定の深さのリング状の拡散層により前記第１導電型領域
２を形成したことを特徴とする請求項１に記載の薄膜電
流センサ。 - 【請求項４】 前記中心部の通電端子金属層１２及び外
周部のリング状の通電端子金属層１５を前記半導体基板
の同一主面側に設けたことを特徴とする請求項３に記載
の薄膜電流センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30875893A JP3350183B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 薄膜電流センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30875893A JP3350183B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 薄膜電流センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142684A JPH07142684A (ja) | 1995-06-02 |
| JP3350183B2 true JP3350183B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17984943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30875893A Expired - Fee Related JP3350183B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 薄膜電流センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350183B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE1026245B1 (de) * | 2018-05-04 | 2019-12-02 | Phoenix Contact Gmbh & Co | Stromsensor |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP30875893A patent/JP3350183B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07142684A (ja) | 1995-06-02 |
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