JP4353055B2 - Vertical Hall element - Google Patents
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Description
この発明は、半導体基板(ウェハ)の表面に垂直な成分を含む電流が同半導体基板内の磁気検出部に供給されることに基づきその電流に対して発生するホール電圧を通じて半導体基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子に関する。 The present invention is based on the fact that a current containing a component perpendicular to the surface of a semiconductor substrate (wafer) is supplied to a magnetic detection unit in the semiconductor substrate, and is horizontal to the surface of the semiconductor substrate through a Hall voltage generated for the current. The present invention relates to a vertical Hall element that detects a simple magnetic field component.
周知のように、ホール素子は、非接触での角度検出が可能であることから、例えば磁気センサとして車載内燃機関のスロットル弁開度センサ等の角度検出センサに用いられる。まず、図8を参照して、ホール素子の磁気検出原理について説明する。 As is well known, since the Hall element can detect the angle without contact, it is used as an angle detection sensor such as a throttle valve opening sensor of an in-vehicle internal combustion engine as a magnetic sensor. First, the magnetic detection principle of the Hall element will be described with reference to FIG.
一般に、物質中を流れる電流に対して垂直な磁界(磁気)が加わると、それら電流および磁界の双方に垂直な電界が生じる。そしてこの電界により移動するキャリアは、ローレンツ力を受けて、該キャリアの運動(移動)方向と上記磁界の方向との双方に垂直な方向に曲げられる。こうして、この物質の片側にキャリアが溜まるようになり、同キャリアの曲げられた方向に電界(電圧)が生じることとなる。この現象をホール効果と呼び、ここで発生する電圧をホール電圧と呼ぶ。 In general, when a magnetic field (magnetism) perpendicular to a current flowing in a material is applied, an electric field perpendicular to both the current and the magnetic field is generated. The carrier moving by this electric field receives the Lorentz force and is bent in a direction perpendicular to both the movement (movement) direction of the carrier and the direction of the magnetic field. Thus, carriers accumulate on one side of the substance, and an electric field (voltage) is generated in the bent direction of the carriers. This phenomenon is called the Hall effect, and the voltage generated here is called the Hall voltage.
例えば、図8に示すようなホール素子100を考えた場合、同素子の磁気検出の幅(ホール素子の幅)をw、長さをL、厚さをt、同素子と磁界とのなす角度をθ、磁束密度をB、供給(駆動)電流(端子S−G間に供給する電流)をI、電圧端子V1、V2を形成する電極の幅をsとすると、ホール電圧(端子V1−V2間に生じる電圧)VHは、
VH=RH(IB/t)cosθ …(1)
RH=1/(qn) …(2)
のように表せる。ここで、RHはホール係数、またqは電荷、nはキャリア濃度である。また、上記ホール電圧VHは上記電流経路の形状によっても変化することから式1は
VH=(RH/t)G(L/w,s/w)IBcosθ …(3)
のように表すこともできる。ここで、Gは形状効果係数である。
For example, when a
V H = R H (IB / t) cos θ (1)
R H = 1 / (qn) (2)
It can be expressed as Here, R H is the Hall coefficient, q is the charge, and n is the carrier concentration. Further, since the Hall voltage V H also changes depending on the shape of the current path,
It can also be expressed as Here, G is a shape effect coefficient.
これら式1〜式3から分かるように、ホール素子と磁界とのなす角度θに応じてホール電圧VHが変化するため、これを利用することで角度の検出が可能となる。このように、ホール素子を用いることで、上述の角度検出センサを実現することができる。
As can be seen from
ところで、一般的なホール素子としては、基板(ウェハ)表面に垂直な磁界成分を検出する横型ホール素子が知られているが、近年、これに加え、基板(ウェハ)表面に対して水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子も研究されている。この縦型ホール素子は、位相差の異なる2つの素子を1チップに集積化できるという特長を持つため、2つの縦型ホール素子を90°の角度をなすように配置することで、0°〜360°の角度範囲でリニアな出力が得られる回転センサも実現可能になる。そして、こうした縦型ホール素子としては、例えば特許文献1に記載されているものが知られている。以下、図9を参照して縦型ホール素子の一例について説明する。
By the way, as a general Hall element, a horizontal Hall element that detects a magnetic field component perpendicular to the substrate (wafer) surface is known. Recently, however, in addition to this, a magnetic field that is horizontal to the substrate (wafer) surface is known. Vertical Hall elements that detect components have also been studied. Since this vertical Hall element has a feature that two elements having different phase differences can be integrated on one chip, the two vertical Hall elements are arranged at an angle of 90 °, so that 0 ° to A rotation sensor capable of obtaining a linear output in an angle range of 360 ° can also be realized. And as such a vertical Hall element, what is described, for example in
図9(a)は、この縦型ホール素子の平面構造を、図9(b)は、同図9(a)のC1−C1線に沿った断面構造を、また図9(c)は、同図9(a)のC2−C2線に沿った断面構造をそれぞれ示したものである。 9A shows a planar structure of the vertical Hall element, FIG. 9B shows a cross-sectional structure taken along line C1-C1 of FIG. 9A, and FIG. The cross-sectional structures along the line C2-C2 in FIG. 9A are respectively shown.
これら図9(a)〜(c)に示されるように、ホール素子90は、エピタキシャル膜を有して構成される半導体基板、いわゆるエピタキシャル基板に形成される。具体的には、例えばP型のシリコンからなる半導体層(P−sub)91を有し、この表面にN型の不純物を導入して形成されて埋込層BLが形成されるとともに、さらにその上に、エピタキシャル成長にて形成されたN型の半導体領域92を有している。なお、上記埋込層BLは、いわば下部電極として機能するものであり、その不純物濃度は上記半導体領域92より高い濃度に設定されている。
As shown in FIGS. 9A to 9C, the
また、半導体領域92の表面には、同表面の不純物濃度(N型)が選択的に高められるかたちでN+拡散層93a〜93eが形成される。これにより、これらN+拡散層93a〜93eとここに配設される電極(配線)との間にオーミックコンタクトが形成されるようになる。また、これらN+拡散層93a〜93eは、そこに形成された電極(配線)を通じてそれぞれ端子SおよびG1およびG2およびV1およびV2と電気的に接続される。なお、N+拡散層93aは、N+拡散層93bおよび93cとこれらN+拡散層に直交する態様で形成されたN+拡散層93dおよび93eの双方に狭まれる態様で形成される。
Further, N + diffusion layers 93a to 93e are formed on the surface of the
また、同半導体領域92には、上記N+拡散層93a〜93eの全ての周囲を囲繞するかたちで、上記半導体層91に接続されるようなP型の拡散層94が形成される。これにより、当該ホール素子90が他の素子と素子分離されるようになる。さらに、この内側には、上記N+拡散層93aおよび93dおよび93eの周囲を上記拡散層94とともに囲繞するかたちでP型の拡散層94aおよび94bが形成される。そして、それら拡散層94および94aおよび94bによって当該半導体領域92内に区画された部分が、いわゆるホールプレート(磁気検出部)HP9となる。すなわちこのホール素子90では、この部分(ホールプレートHP9)に入射される磁気(磁界)を検出するようになっている。
In the
ここで、例えば、端子Sと端子G1との間、ならびに端子Sと端子G2との間にそれぞれ一定の電流を流すようにすると、その電流は、上記N+拡散層93aから埋込層BLを通じてN+拡散層93bあるいはN+拡散層93cへとそれぞれ流れるようになる。これにより、上記ホールプレートHP9内には、基板表面に垂直な電流成分を含む電流が流れることとなる。このとき、このホール素子90に対して、より正確には上記ホールプレートHP9に対して、基板表面に水平な成分を含む磁界が入射されたとすると、上述したホール効果によって上記端子V1と端子V2との間にホール電圧が発生することとなる。すなわち、そのホール電圧をそれら端子V1およびV2を通じて検出することで、先の図8に示した式から基板表面に水平な磁界成分を求めることができる。なお、このホール素子90では、図9に示す寸法dが、先の図8に示した式のホール素子の厚さtに相当する。その他、縦型ホール素子として、非特許文献1に記載されている構造を有するものも知られており、その一例を図10を参照して説明する。図10(a)は、この縦型ホール素子の平面構造を、図10(b)は、同図10(a)のD1−D1線に沿った断面構造を、また図10(c)は、同図10(a)のD2−D2線に沿った断面構造をそれぞれ示したものである。なお、この図10(a)〜(c)において、先の9(a)〜(c)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。これら図10(a)〜(c)に示されるように、このホール素子90aでは、上記埋込層BLの幅w9aが、先の図9(a)〜(c)に示したホール素子90の埋込層BLの幅w9よりも狭く形成されている。これにより、基板表面の電極(配線)から上記埋込層BLまでの実効的な電流経路の幅が狭められ、こうした電流の幅方向への広がりが抑制されるため、ホール素子としての磁気検出感度も高められるようになる。
このように、図9あるいは10に例示した縦型ホール素子では、ホールプレートHP9に印加される磁界成分、すなわち基板(ウェハ)表面に水平な磁界成分を検出することが可能となる。そして特に、これら縦型ホール素子には埋込層BLが設けられていることで、上記半導体領域92の底面近傍に確実に電流経路が確保されるようになり、さらに非特許文献1に記載のように、こうした埋込層BLの幅を狭めることにより、ホール素子としての磁気検出感度の向上が図られるようになる。ただし、こうした縦型ホール素子にあっては、半導体基板としてエピタキシャル基板を使用せざるを得ないため、基板の選択にかかる自由度が大きく制限されるとともに、熱処理工程に起因する上記埋込層BLの幅の広がり等も懸念され、感度向上の観点からすれば、未だ改良の余地を残すものとなっている。
As described above, the vertical Hall element illustrated in FIG. 9 or 10 can detect a magnetic field component applied to the Hall plate HP9, that is, a magnetic field component horizontal to the substrate (wafer) surface. In particular, these vertical Hall elements are provided with the buried layer BL, so that a current path is ensured in the vicinity of the bottom surface of the
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、基板の選択にかかる自由度を高めつつ、基板表面に水平な磁界成分をより高い感度にて検出することのできる縦型ホール素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a vertical Hall element capable of detecting a magnetic field component horizontal to the substrate surface with higher sensitivity while increasing the degree of freedom in selecting the substrate. The purpose is to do.
こうした目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体基板内に所定の導電型からなる半導体領域が形成されており、前記半導体基板の表面に垂直な電流成分を含む電流がこの半導体領域内の磁気検出部に供給されることに基づき発生するホール電圧を通じて前記半導体基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子として、前記ホール電圧を検出する2つのホール電圧出力端が前記電流を供給する電流供給端を挟むように並設された前記半導体領域は、同一の導電型からなって前記供給される電流の出力領域となる半導体領域により挟まれる態様で、他の導電型からなる拡散層たる磁気検出部区画層により半導体基板の表面で区画されるとともに、半導体基板の内部ではそれら電流の出力領域となる半導体領域と電気的に接続されており、同じく他の導電型からなる拡散層たる素子分離層の拡幅によって、前記電流の出力領域となる各半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅が、前記半導体基板の表面においてのみ、前記電流が供給される半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅よりも狭く形成される構造とした。 In order to achieve such an object, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor region having a predetermined conductivity type is formed in a semiconductor substrate, and a current containing a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to the semiconductor substrate. As a vertical Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate through a Hall voltage generated based on being supplied to a magnetic detection unit in the region, two Hall voltage output terminals for detecting the Hall voltage are provided. The semiconductor regions arranged side by side so as to sandwich the current supply end for supplying the current are of the same conductivity type and are sandwiched by the semiconductor regions serving as the output regions of the supplied current. while it is partitioned by the surface of the semiconductor substrate by diffusion layer serving as a magnetic detector compartment layer made of electrically semiconductor region serving as an output region of their current within the semiconductor substrate Are connected, also by widening the diffusion layer serving as the element isolation layer formed of another conductive type, width in the direction perpendicular to the path of the current of each semiconductor region serving as the output region of the current, the surface of the semiconductor substrate In this case, the width of the semiconductor region to which the current is supplied is narrower than the width in the direction perpendicular to the current path .
縦型ホール素子としてのこのような構造によれば、上記他の導電型からなる拡散層(磁気検出部区画層)によって半導体基板の表面で区画される半導体領域のうち、上記電流が供給される半導体領域が磁気検出部となる。そして上記各半導体領域の底面近傍には、上記他の導電型からなる拡散層(素子分離層)によって選択的に狭められるかたちで電流の経路が確保されるようになる。これにより、上記磁気検出部の表面から供給された上記半導体基板の表面に垂直な電流成分を含む電流が、こうした電流の経路を通じて上記磁気検出部の外部へと誘導されて、上記電流の出力領域となる各半導体領域に流れ込むようになる。ただし、上記他の導電型からなる拡散層(素子分離層)の拡幅によって、この電流の出力領域となる各半導体領域の上記電流の経路と直交する方向の幅が、前記半導体基板の表面においてのみ、上記電流が供給される半導体領域(磁気検出部)の上記電流の経路と直交する方向の幅よりも狭く形成されているため、上記半導体領域内を流れる実効的な電流の経路の幅が狭められるようになる。これにより、上記半導体基板表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子としての磁気検出感度を高めることができるようになる。また、縦型ホール素子としての同構造は、前述したエピタキシャル基板に限らない任意の半導体基板において実現可能であり、基板の選択にかかる自由度も自ずと高められるようになる。また、同構造のように、上記電流の出力領域となる各半導体領域の上記電流の経路と直交する方向の幅が、半導体基板の表面においてのみ狭く形成されることとすれば、比較的容易に上記電流の出力領域における上記電流の経路の幅を狭めることができるため、こうした範囲において上記半導体領域内を流れる実効的な電流の経路の幅を狭めることができるようになる。 According to such a structure as a vertical Hall element, the current is supplied in the semiconductor region partitioned on the surface of the semiconductor substrate by the diffusion layer (magnetic detection unit partition layer) having the other conductivity type. The semiconductor region becomes a magnetic detection unit. In the vicinity of the bottom surface of each semiconductor region, a current path is secured in such a manner that it is selectively narrowed by the diffusion layer (element isolation layer) made of the other conductivity type. Accordingly, a current including a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate supplied from the surface of the magnetic detection unit is induced to the outside of the magnetic detection unit through such a current path, and the current output region It flows into each semiconductor region. However, due to the widening of the diffusion layer (element isolation layer) made of the other conductivity type , the width in the direction perpendicular to the current path of each semiconductor region serving as the current output region is only at the surface of the semiconductor substrate. Since the width of the semiconductor region to which the current is supplied ( magnetic detection unit ) is narrower than the width in the direction perpendicular to the current path , the effective current path flowing in the semiconductor region is narrowed. Be able to. As a result, the magnetic detection sensitivity as a vertical Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate can be increased. The same structure as a vertical Hall element can be realized in any semiconductor substrate, not limited to the above-described epitaxial substrate, and the degree of freedom in selecting the substrate is naturally increased. Further, as in the same structure, if the width in the direction perpendicular to the current path of each semiconductor region serving as the current output region is formed narrow only on the surface of the semiconductor substrate, it is relatively easy. Since the current path width in the current output region can be reduced, the effective current path width flowing in the semiconductor region can be reduced in such a range .
あるいは、こうした目的を達成するため、請求項2に記載の発明によるように、半導体基板内に所定の導電型からなる半導体領域が形成されており、前記半導体基板の表面に垂直な電流成分を含む電流がこの半導体領域内の磁気検出部に供給されることに基づき発生するホール電圧を通じて前記半導体基板の表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子として、前記ホール電圧を検出する2つのホール電圧出力端が前記電流を供給する電流供給端を挟むように並設された前記半導体領域は、同一の導電型からなって前記供給される電流の出力領域となる半導体領域により挟まれる態様で、他の導電型からなる拡散層たる磁気検出部区画層により半導体基板の表面で区画されるとともに、半導体基板の内部ではそれら電流の出力領域となる半導体領域と電気的に接続されており、同じく他の導電型からなる拡散層たる素子分離層の拡幅によって、前記電流の出力領域となる各半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅が、前記半導体基板の内部にわたって、前記電流が供給される半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅よりも狭く形成される構造とした。 Alternatively, in order to achieve such an object, a semiconductor region having a predetermined conductivity type is formed in the semiconductor substrate, and includes a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. Two holes that detect the Hall voltage as vertical Hall elements that detect a magnetic field component that is horizontal to the surface of the semiconductor substrate through a Hall voltage that is generated when current is supplied to the magnetic detection unit in the semiconductor region. The semiconductor regions arranged side by side so that the voltage output end sandwiches the current supply end for supplying the current are sandwiched between the semiconductor regions that are of the same conductivity type and become the output region of the supplied current, It is partitioned on the surface of the semiconductor substrate by a magnetic detecting portion partition layer which is a diffusion layer of another conductivity type, and becomes an output region of these currents inside the semiconductor substrate. It is connected to conductive area electrically, also by widening the diffusion layer serving as the element isolation layer formed of another conductive type, the width in the direction perpendicular to the path of the current of each semiconductor region serving as the output region of the current the over the semiconductor substrate, and a structure in which the current is smaller than the width perpendicular to the path of the current of the semiconductor regions to be supplied.
ちなみに、上記請求項2に記載の発明に係る構造のように、上記電流の出力領域となる各半導体領域の上記電流の経路と直交する方向の幅が、半導体基板の内部にわたって狭く形成されることとすれば、上記電流の出力領域内のより広い範囲にわたって上記電流の経路の幅を狭めることができるため、より広範囲において上記半導体領域内を流れる実効的な電流の経路の幅を狭めることができるようになり、上記請求項1に記載の発明が奏し得
る作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
Incidentally, as in the structure according to the invention described in
It is possible to obtain the same operational effects as the operational effects .
また、これら請求項1または2に記載の縦型ホール素子において、請求項3に記載の発明によるように、前記電流が供給される半導体領域の表面、および前記電流の出力領域となる各半導体領域の表面には、それら半導体領域と同一の導電型からなってその不純物濃度が選択的に高められた拡散層として形成されて電極とオーミック接触される前記電流供給端および前記電流出力端がそれぞれ設けられており、前記電流が供給される半導体領域の表面にはさらに、同じく該半導体領域と同一の導電型からなってその不純物濃度が選択的に高められた拡散層として形成されて電極とオーミック接触される前記2つのホール電圧出力端が前記電流の経路と直交する方向に設けられる構造とすることが特に有効である、このような構造によれば、これら電流供給端、電流出力端、2つのホール電圧出力端とそれら各部分に配設される電極との間に良好なオーミックコンタクトが形成されるとともに、半導体基板の表面に水平な磁界成分に対応する電圧として出力されるホール電圧を効率よく取り出すことができるようになる。
Further, in the vertical Hall element according to
また請求項1〜3のいずれかに記載の縦型ホール素子において、請求項4に記載の発明によるように、前記電流が供給される半導体領域、および前記電流の出力領域となる各半導体領域は共に、前記半導体基板に前記所定の導電型からなる不純物が添加された拡散層として形成される構造とすれば、単一の導電型からなる基板をはじめ、エピタキシャル基板やSOI(Silicon On Insulator)基板等に対して上述した半導体領域を容易に、しかも任意の形状にて形成することができるようになる。また、この場合、ホール素子の上記電流の経路としての埋込層の形成を割愛することもできるため、こうした埋込層の形成にかかる複雑な位置合わせ工程等を割愛することもでき、ホール素子の製造に際しての自由度を高めることもできるようになる。また、こうした埋込層の形成にかかる複雑な製造工程に起因するオフセット電圧の発生を抑制することもできるようになるため、この意味でも磁気検出精度の向上が図られるようになる。
Further, in the vertical Hall element according to any one of
さらにこの場合には、請求項5の記載の発明によるように、前記半導体基板および前記半導体領域を同半導体基板の表面でそれぞれ区画する拡散層たる前記素子分離層および前記磁気検出部区画層はP型の導電型からなり、前記電流が供給される半導体領域および前記電流の出力領域となる各半導体領域を形成する拡散層はN型の導電型からなる構造とすることが特に有効である。一般に、N型の導電型からなる半導体材料はP型の導電型からなる半導体材料よりも大きいキャリア移動度を有するため、こうした構造を採用することで、縦型ホール素子としての磁気検出感度をより高めることができるようになる。なお、このように上記半導体領域が不純物の添加された拡散層として形成される場合に限らず、
ホール素子としての磁気検出感度を高めるためには、同半導体領域にN型の導電型からなる半導体材料を採用することが有効である。
Further in this case, such as by the invention described in claim 5, wherein the semiconductor substrate and the semiconductor regions defining respective the surface of the semiconductor substrate diffusion layer serving as the element isolation layer and the magnetic detection unit compartment layer P It is particularly effective that the diffusion layer forming the semiconductor region of the type conductivity type and forming the semiconductor region to which the current is supplied and the semiconductor region to be the current output region have an N type conductivity type. In general, a semiconductor material composed of an N-type conductivity has a higher carrier mobility than a semiconductor material composed of a P-type conductivity. By adopting such a structure, the magnetic detection sensitivity as a vertical Hall element is further increased. Can be raised. Note that the semiconductor region is not limited to being formed as a diffusion layer doped with impurities,
In order to increase the magnetic detection sensitivity as a Hall element, it is effective to employ a semiconductor material of N type conductivity for the semiconductor region.
また請求項4または5に記載の縦型ホール素子に関しては、請求項6に記載の発明によるように、当該ホール素子が、その周辺回路としてのCMOS回路と一体に形成される構造とすれば、当該ホール素子をそれらCMOS回路と共々、通常のCMOS工程によって作製することが可能になる。すなわち、こうした周辺回路としてCMOS回路の製造工程を共用するかたちで当該ホール素子を製造することができるようになり、ひいては当該ホール素子の作製をより容易且つ効率的に行うことができるようになる。 Further, regarding the vertical Hall element according to claim 4 or 5 , as in the invention according to claim 6 , if the Hall element is formed integrally with a CMOS circuit as a peripheral circuit thereof, The Hall element can be manufactured together with the CMOS circuit by a normal CMOS process. That is, the Hall element can be manufactured by sharing the manufacturing process of the CMOS circuit as such a peripheral circuit, and as a result, the Hall element can be manufactured more easily and efficiently.
これら請求項1〜6のいずれかに記載の縦型ホール素子に関しては、請求項7に記載の発明によるように、前記電流が供給される半導体領域、および前記電流の出力領域となる各半導体領域の表面には、それら半導体領域を覆うかたちでLOCOS(Local Oxidation Of Silicon)構造をとるフィールド酸化膜が形成される構造とすれば、これら半導体領域がLOCOS構造をとるフィールド酸化膜によって覆われるため、当該ホール素子を作製した後に、例えばその周辺回路等の製造工程としてイオン注入処理やプラズマ処理等を施した場合であれ、それらによって懸念される当該ホール素子へのダメージ等は軽減されるようになる。また、こうしたLOCOS構造をとるフィールド酸化膜も、通常のCMOS工程において素子分離等に用いられるものであるため、周辺回路としてCMOS回路を採用する場合には、該CMOS回路と製造工程を共用することによってこうしたフィールド酸化膜も容易に形成することができるようになる。
With respect to the vertical Hall element according to any one of
(第1の実施の形態)
以下、この発明にかかる縦型ホール素子の第1の実施の形態について、図1〜図6を参照して説明する。この実施の形態にかかる縦型ホール素子も、先の図9および図10に例示した縦型ホール素子と同様に基板(ウェハ)表面に水平な磁界成分を検出するものである。
(First embodiment)
A first embodiment of a vertical Hall element according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The vertical Hall element according to this embodiment also detects a magnetic field component horizontal on the substrate (wafer) surface, similarly to the vertical Hall element exemplified in FIGS.
まず図1(a)は、この縦型ホール素子の平面構造を、図1(b)は同図1(a)のA1−A1線に沿った断面構造を、図1(c)は同図1(a)のA2−A2線に沿った断面構造を、さらに図1(d)は同図1(a)のA3−A3線に沿った断面構造をそれぞれ模式的に示したものである。 First, FIG. 1A shows a planar structure of the vertical Hall element, FIG. 1B shows a cross-sectional structure taken along line A1-A1 of FIG. 1A, and FIG. 1 (a) schematically shows a cross-sectional structure taken along line A2-A2, and FIG. 1 (d) schematically shows a cross-sectional structure taken along line A3-A3 in FIG. 1 (a).
これら図1(a)〜(d)に示されるように、このホール素子10は、例えばP型のシリコンからなる半導体基板(P−sub)11に形成される。そして上記半導体基板11の表面に例えばN型不純物が添加されるかたちで、拡散層としての半導体領域(Nウェル)12が形成されている。一般に、シリコン等の半導体材料は、P型からなる半導体よりもN型からなる半導体のほうが大きなキャリア移動度を有しており、この実施の形態にかかる縦型ホール素子でも、上記半導体領域を12をN型とすることで、ホール素子としての高感度化を図るようにしている。ちなみに、この半導体領域12の不純物濃度が低いほど、同領域におけるキャリア移動度は大きくなり、ホール素子としての感度を高めることができる。このように半導体領域12が拡散層として形成されることで、当該ホール素子の基板としては、上記半導体基板11のような単一の導電型からなる基板のほか、エピタキシャル基板やSOI(Silicon On Insulatоr)基板等を採用することもできる。
As shown in FIGS. 1A to 1D, the
また、上記半導体領域12の表面には、同表面の不純物濃度(N型)が選択的に高められるかたちでN+拡散層13a〜13eが形成され、これら各N+拡散層13a〜13eはそれぞれに配設される電極(配線)とオーミック接触されている。具体的には、上記N+拡散層13aとして、端子Sと電気的に接続される電流供給端が設けられ、また上記N+拡散層13bおよび13cとして、それぞれ端子G1およびG2と電気的に接続される電流出力端が設けられている。また、N+拡散層13dおよび13eとして、それぞれ端子V1およびV2と電気的に接続されるホール電圧の出力端が後述する電流の経路と直交する方向に設けられている。
Further, above the surface of the
さらに、上記半導体領域12には上記N+拡散層13a〜13eの全ての周囲を囲繞するかたちで、P型の拡散層(Pウェル)14が形成されており、当該ホール素子10が他の素子と素子分離されるようになっている。この半導体領域12は、上記半導体基板11の表面で、上記N+拡散層13a、13dおよび13eが形成されている半導体領域12aが、上記N+拡散層13bおよび13cが形成されている各半導体領域12bおよび12cに挟まれる態様で、P型の拡散層(Pウェル)14aおよび14bにより区画されている。なお、上記半導体領域12aは上記電流が供給される領域であり、上記半導体領域12bおよび12cは上記電流の出力領域となる。そして、この電流が供給される半導体領域12aがこのホール素子10のホールプレート(磁気検出部)HP1となる。具体的には、このホールプレートHP1は、上記拡散層14aおよび14b間の長さが寸法dとして、また上記電流の経路と直交する方向の幅が寸法w1aとして形成されている。そして、これら電流が供給される半導体領域12aと上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12cとは、その底面近傍で電気的に接続されている。換言すると、上記半導体領域12は上記拡散層13bおよび13cにより選択的に狭められており、同半導体領域12の底面近傍に電流の経路が形成されている。
Further, a P-type diffusion layer (P well) 14 is formed in the
このように、この実施の形態にかかるホール素子10では、先の図9および図10に例示したホール素子と異なり、上記半導体基板11の表面に埋込層BL(図9および図10参照)が形成されることなく、電流の経路が確保されている。そして、上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12cは、上記電流の経路と直交する方向の幅が、上記P型の拡散層(Pウェル)14aおよび14bの拡幅によって寸法w1bおよびw1cとして形成されている。これらは、いずれも上記ホールプレートHP1の幅(寸法w1a)よりも狭く形成されることで、上記電流の経路の実効的な幅が狭められている。
As described above, in the
図2は、この実施の形態にかかるホール素子10の不純物濃度分布(濃度プロファイル)を示したものであり、図1(d)に示す断面構造を露出するかたちで切り取ったときの斜視図を示したものである。図2に示される寸法aは、上記拡散層14aおよび14bによって上記半導体領域12の底面近傍に形成される電流の経路の幅を示している。通常、半導体基板に不純物を添加してこのような拡散層を形成する場合には、その拡散層の幅は同基板の表面から深くなるほど狭くなるため、こうした拡散層によって区画される磁気検出部内を流れる電流は、より深い位置に進むほど広がる傾向にあり、ホール素子としての感度低下が懸念されるようになる。この点、この実施の形態にかかる縦型ホール素子10では、上記半導体領域12、ならびに拡散層14aおよび14bの不純物濃度分布(濃度プロファイル)は、同図2に示されるように、いずれも上記半導体基板11の表面から深くなるにつれて徐々に低く(薄く)なっている。このように不純物濃度が低くなるほど形成される空乏層の幅は大きくなるため、こうした不純物濃度分布をとることで、上記ホールプレートHP1内を流れる電流の広がりが抑制され、ひいてはホール素子としての高感度化が図られるようになる。しかもこの実施の形態にかかるホール素子10では、電流の経路としての埋込層等が形成されていないことから、素子作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ(アライメントずれ)や、それに起因するオフセット電圧の増大を招くこともなくこの意味でも電流の広がりが抑制されている。
FIG. 2 shows an impurity concentration distribution (concentration profile) of the
ここで、これら図1および図2を参照して、このホール素子10における磁気検出原理について概略を説明する。このホール素子10において、例えば、端子Sと端子G1との間、ならびに端子Sと端子G2との間にそれぞれ一定の電流(駆動電流)を流すようにすると、その電流は、上記ホールプレートHP1の内部を上記N+拡散層13aから上記半導体領域12の底面にむかって流れるようになる。そして、上記半導体領域12内の底面近傍に形成された電流の経路を通じてホールプレートHP1の外部に誘導されるとともに、N+拡散層13bあるいはN+拡散層13cにむかってそれぞれ流れるようになる。そして、同ホールプレートHP1内に、基板表面に水平な成分を含む磁界が入射されたとすると、上述したホール効果によって上記端子V1と端子V2との間にホール電圧VHが発生することとなる。すなわち、そのホール電圧VHをそれら端子V1およびV2を通じて検出することで、先の図8に示した式を用いて上記基板表面に水平な磁界成分を求めることができる。なお、このホール素子10では、上記寸法dが、先の図8に示した式のホール素子の厚さtに相当し、上記寸法w1aおよびw1bが、先の図8に示した式のホール素子の幅wに相当する。なお、上記駆動電流の方向を反対にした場合、すなわちN+拡散層13bあるいはN+拡散層13cからN+拡散層13aへ駆動電流を流すようにした場合にも、同様の原理にて磁界(磁気)を検出することができる。
Here, with reference to these FIG. 1 and FIG. 2, an outline of the magnetic detection principle in the
また、これら半導体領域12、ならびに拡散層14aおよび14bの不純物濃度は、それらの間に空乏層が形成された後においても半導体領域12内の底面近傍に上記電流の経路が確実に確保されるような範囲に設定されている。ただし、当該ホール素子10の高感度化を図る上では、上記拡散層14aおよび14bを深く形成して上記電流の経路の幅(寸法a)を狭くすることが有効であるため、上記半導体領域12、ならびに拡散層14aおよび14bの不純物濃度は、こうした磁気検出感度への影響も考慮しつつ設定されることがより望ましい。
Further, the impurity concentration of the
また、図3は、この実施の形態にかかるホール素子10を参考までにその周辺回路とともに示したものである。この実施の形態にかかるホール素子10は、上記半導体領域12が上記半導体基板11との間に形成されるpn結合によって他の領域と電気的に絶縁分離された領域として形成されており、当該ホール素子10が周辺回路等と好適に素子分離されるようになる。そして図3(a)はホール素子10および周辺回路の平面構造を、図3(b)は同図3(a)のA4−A4線に沿った断面構造をそれぞれ模式的に示したものである。
FIG. 3 shows the
これら図3(a)および(b)に示されるように、このホール素子10は、例えば同ホール素子10の駆動回路や電源回路などを含んで構成される周辺回路としてのCMOS回路C10と一体に形成されている。より具体的には、このCMOS回路C10には、例えば半導体基板11自体をチャネルとし、ゲート絶縁膜I1aおよびゲート電極G1a、ならびにN型のソース・ドレイン層C13aおよびC13bによって構成されるPチャネルFET(Field Effect Transistor)が含まれている。また例えば、半導体基板11内にN型不純物が添加されるかたちで形成された半導体領域(Nウェル)C12をチャネルとし、ゲート絶縁膜I1cおよびゲート電極G1c、ならびにP型のソース・ドレイン層C13eおよびC13fによって構成されるNチャネルFETも、同回路に含まれている。さらに、同CMOS回路C10には、上記半導体領域C12内にP型不純物が添加されるかたちで形成された半導体領域(Pウェル)C13をチャネルとし、ゲート絶縁膜I1bおよびゲート電極G1b、ならびにN型のソース・ドレイン層C13cおよびC13dによって構成されるPチャネルFET等も含まれている。そして、これらFETは、それぞれLOCOS(Local Oxidatiоn Of Silicоn)構造をとるフィールド酸化膜CL1によって素子分離されている。また、上記ソース・ドレイン層C13a〜C13fは、絶縁膜15に形成されたコンタクトホールを介してそれぞれ配線(電極)C16a〜C16fと電気的に接続されている。なお、上記ゲート電極G1a〜G1cの材料には、例えば多結晶シリコン等が用いられ、上記絶縁膜15の材料には、例えばPSG(Phоsphо Silicate Glass)等が用いられる。また、配線(電極)の材料には、例えばアルミニウム等が用いられる。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
次に、図4〜図6を参照して、こうしたホール素子10の製造方法の一例について説明する。なお、これら各図のうち、図4および図5は先の図3(b)に示した断面図に対応する断面構造を示したものであり、図6は先の図3(a)のA5−A5線に沿った断面構造を示したものである。なお、これら図3に示した要素と同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら要素についての重複する説明は割愛する。
Next, an example of a method for manufacturing such a
このホール素子10の製造に際しては、まず図4(a)および図6(a)に示されるように、例えばP型のシリコンからなる(100)基板の半導体基板11を用意する。次いで、例えば図示しないレジスト等をマスクとして、上記半導体基板11に対して選択的に例えば燐(P)等のN型不純物をイオン注入した後、適宜の熱処理を施してこの注入した不純物を拡散させる。これにより、図4(b)および図6(b)に示されるように、上記半導体領域(Nウェル)12および半導体領域(Nウェル)C12が形成されることとなる。
When manufacturing the
次に同じく例えば図示しないレジスト等をマスクとして、上記半導体基板11に対して選択的に例えば硼素(B)等のP型不純物をイオン注入した後、適宜の熱処理を施してこの注入した不純物を拡散させる。これにより、図4(c)および図6(c)に示されるように、上記拡散層(Pウェル)14および14aおよび14b、ならびに半導体領域(Pウェル)C13が形成されることとなる。なお、これら半導体領域12、拡散層14aおよび14bの不純物濃度は、それらの間に空乏層が形成された後においても同半導体領域12内の底面近傍に電流の経路が確実に確保されるような範囲に設定される。
Next, for example, using a resist or the like (not shown) as a mask, a P-type impurity such as boron (B) is selectively ion-implanted into the
次いで、図5(a)に示されるように、例えば周知の選択酸化法により、LOCOS構造をとるフィールド酸化膜CL1を所望とされる箇所に選択的に形成する。この形成方法についての詳細は図示しないが、具体的には、酸化シリコン膜(パッド酸化膜)および窒化シリコン膜を順に成膜するとともに、例えばフォトリソグラフィ技術によりその窒化シリコン膜を選択的に除去して所望の箇所に開口部を形成する。そして、この窒化シリコン膜に覆われていない開口部のみを局部的に熱酸化して上記フィールド酸化膜CL1を形成するとともに、上記形成した酸化シリコン膜(パッド酸化膜)および窒化シリコン膜を除去することによって形成される。その後、例えば熱酸化により酸化シリコンからなる上記ゲート絶縁膜I1a〜I1cを形成した後、それらゲート絶縁膜I1a〜I1cの上にそれぞれ上記ゲート電極G1a〜G1cを形成する。この形成方法についても詳細は図示しないが、具体的には、例えばLP−CVD(減圧化学気相成長)により多結晶シリコン膜を成膜するとともに、例えば熱拡散により燐(P)等の導電型不純物をその成膜した多結晶シリコン膜に添加する。その後、その多結晶シリコン膜を選択的にエッチングすることによって、所望とされる箇所に上記ゲート電極G1a〜G1cが形成される。 Next, as shown in FIG. 5A, a field oxide film CL1 having a LOCOS structure is selectively formed at a desired location by, for example, a well-known selective oxidation method. Although details of this formation method are not shown, specifically, a silicon oxide film (pad oxide film) and a silicon nitride film are sequentially formed, and the silicon nitride film is selectively removed by, for example, a photolithography technique. Then, an opening is formed at a desired location. Then, only the opening not covered with the silicon nitride film is locally thermally oxidized to form the field oxide film CL1, and the formed silicon oxide film (pad oxide film) and silicon nitride film are removed. Formed by. Then, after forming the gate insulating films I1a to I1c made of silicon oxide, for example, by thermal oxidation, the gate electrodes G1a to G1c are formed on the gate insulating films I1a to I1c, respectively. Although details of this forming method are not shown, specifically, a polycrystalline silicon film is formed by, for example, LP-CVD (low pressure chemical vapor deposition), and, for example, a conductive type such as phosphorus (P) is formed by thermal diffusion. Impurities are added to the formed polycrystalline silicon film. Thereafter, the polycrystalline silicon film is selectively etched to form the gate electrodes G1a to G1c at desired locations.
次に、例えば図示しないレジスト等をマスクとして、上記半導体基板11に対して選択的に例えば砒素(As)等のN型不純物あるいは例えば硼素(B)等のP型不純物をイオン注入した後、適宜の熱処理を施してそれら注入した不純物を拡散させる。これにより、図5(b)および図6(d)に示されるように、上記N+拡散層13a〜13c、ならびに上記ソース・ドレイン層C13a〜C13dが形成されることとなる。なお、ここでは図示しないがC13a〜C13fの形成は、上記フィールド酸化膜CL1ならびにゲート電極G1a〜G1cをマスクとして、自己整合的に行うようにしてもよい。また、必要に応じて、この後例えばサイドウォールやシリサイド等の形成を行うようにしてもよい。
Next, for example, an N-type impurity such as arsenic (As) or a P-type impurity such as boron (B) is selectively ion-implanted into the
さらに図5(c)および図6(e)に示されるように、上記半導体基板11の上に、例えば熱CVD法により上記絶縁膜15を形成するとともに、同絶縁膜15を適宜パターニングして所望の箇所にコンタクトホールを形成する。そして、それらコンタクトホールを埋め込むかたちで、例えばアルミニウム等の配線材料を成膜するとともに、この成膜した配線材料をパターニングすることによって、上記配線(電極)16a〜16cならびに配線(電極)C16a〜C16fを形成する。こうして、先の図3(a)および(b)に示したように、ホール素子10がその周辺回路(CMOS回路C10)と共に一体に形成される。
Further, as shown in FIGS. 5C and 6E, the insulating
このように、この実施の形態にかかるホール素子10の製造は、上記CMOS回路C10の製造工程を共用するかたちで効率的に実現することができる。
以上説明したように、この実施の形態にかかる縦型ホール素子によれば、以下列記するような効果が得られるようになる。
Thus, the manufacture of the
As described above, according to the vertical Hall element according to this embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1)上記半導体領域(Nウェル)12の底面近傍には、上記拡散層(Pウェル)14によって選択的に狭められるかたちで電流の経路が確保されることととした。また、N型の導電型からなって上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12cにおいて、上記電流の経路と直交する方向の幅w1b、w1cがP型の導電型からなって上記拡散層14aおよび14bの拡幅によって上記電流が供給される半導体領域12aの幅w1aよりも狭く形成されることとした。これにより、上記半導体領域12内を流れる実効的な電流の経路の幅が狭められることとなり、上記半導体基板11表面に水平な磁界成分を検出する縦型ホール素子10としての磁気検出感度を高めることができるようになる。また、縦型ホール素子としての同構造は、また、上記半導体領域12が大きいキャリア移動度を有するN型の導電型からなることによっても、同ホール素子10としての磁気検出感度をより高めることができるようになる。さらに、これら半導体領域12はN型の導電型からなる不純物が添加された拡散層として形成されることとした。これにより、単一の導電型からなる基板をはじめ、エピタキシャル基板やSOI(Silicon On Insulator)基板等に対して上述した半導体領域を容易にしかも任意の形状にて形成することができるようになる。また、この場合、ホール素子の上記電流の経路としての埋込層の形成を割愛することもできるため、こうした埋込層の形成にかかる複雑な位置合わせ工程等を割愛することもでき、ホール素子の製造に際しての自由度を高めることもできるようになる。また、こうした埋込層の形成にかかる複雑な製造工程に起因するオフセット電圧の発生を抑制することもできるようになるため、この意味でも磁気検出精度の向上が図られるようになる。
(1) In the vicinity of the bottom surface of the semiconductor region (N well) 12, a current path is secured in such a manner that it is selectively narrowed by the diffusion layer (P well) 14. Further, in each of the
(2)上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12cは、上記半導体基板11の表面においてのみその幅が狭く形成されることとした。このため、比較的容易に上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12c内における上記電流の経路の幅を狭めることができるため、こうした範囲において上記半導体領域12内を流れる実効的な電流の経路の幅を狭めることができるようになる。
(2) The widths of the
(3)上記電流が供給される半導体領域(Nウェル)12の表面、および電流の出力領域となる各半導体領域(Nウェル)12の表面には、その不純物濃度が選択的に高められたN+拡散層13a、N+拡散層13bおよび13cならびにN+拡散層13dおよび13eを形成されることとした。これにより、これらN+拡散層として、電流供給端、電流出力端およびホール電圧の出力端が設けられ、各N+拡散層に配設される電極との間に良好なオーミックコンタクトが形成されるとともに、半導体基板の表面に水平な磁界成分に対応する電圧として出力されるホール電圧を効率よく取り出すことができるようになる。
(3) The impurity concentration is selectively increased on the surface of the semiconductor region (N well) 12 to which the current is supplied and on the surface of each semiconductor region (N well) 12 serving as a current output region. The +
(4)上記ホール素子10が、その周辺回路としてのCMOS回路C10と一体に形成されることとした。これにより、当該ホール素子10をそれらCMOS回路C10と共々、通常のCMOS工程によって作製することが可能になる。すなわち、こうした周辺回路としてCMOS回路C10の製造工程を共用するかたちで当該ホール素子10を製造することができるようになり、ひいては当該ホール素子10の作製をより容易且つ効率的に行うことができるようになる。
(4) The
(5)上記電流が供給される半導体領域12a、および上記電流の出力領域となる各半導体領域12bおよび12cの表面には、それら半導体領域12a〜12cを覆うかたちでLOCOS構造をとるフィールド酸化膜CL1が形成されることとした。これにより、これら半導体領域12a〜12cがLOCOS構造をとるフィールド酸化膜CL1によって覆われるため、当該ホール素子10を作製した後に、例えばその周辺回路等の製造工程としてイオン注入処理やプラズマ処理等を施した場合であれ、それらによって懸念される当該縦型ホール素子へのダメージ等は軽減されるようになる。また、こうしたLOCOS構造をとるフィールド酸化膜CL1も、通常のCMOS工程において素子分離等に用いられるものであるため、周辺回路としてCMOS回路を採用する場合には、該CMOS回路と製造工程を共用することによってこうしたフィールド酸化膜も容易に形成することができるようになる。
(5) The field oxide film CL1 having the LOCOS structure on the surface of the
(第2の実施の形態)
次に、この発明にかかる縦型ホール素子の第2の実施の形態について、図7を参照して説明する。この実施の形態にかかる縦型ホール素子も、その基本的な動作態様および構成は先の第1の実施の形態と同様であり、上記半導体基板中に形成される半導体領域(Nウェル)の形成態様のみが異なっている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the vertical Hall element according to the present invention will be described with reference to FIG. The basic operation mode and configuration of the vertical Hall element according to this embodiment is the same as that of the first embodiment, and the formation of the semiconductor region (N well) formed in the semiconductor substrate is performed. Only the aspects are different.
図7(a)は、この縦型ホール素子の平面構造を、図7(b)は図7(a)のB1−B1線に沿った断面構造を、図7(c)は図7(a)のB2−B2線に沿った断面構造を、さらに図7(d)は図7(a)のB3−B3線に沿った断面構造をそれぞれ模式的に示したものである。 FIG. 7A shows a planar structure of the vertical Hall element, FIG. 7B shows a cross-sectional structure taken along line B1-B1 of FIG. 7A, and FIG. 7C shows FIG. ) Schematically shows a cross-sectional structure taken along line B2-B2, and FIG. 7D schematically shows a cross-sectional structure taken along line B3-B3 in FIG. 7A.
これら図7(a)〜(d)に示されるように、このホール素子20は、先の第1に実施の形態と同様に、半導体基板(P−sub)21と、拡散層として半導体領域(Nウェル)22とを有して構成されている。この半導体領域(Nウェル)22は、先の第1の実施の形態と同様に、例えば図示しないレジスト等をマスクとして上記半導体基板21に対して選択的に例えば燐(P)等のN型不純物をイオン注入することにより形成される。このため、こうした半導体領域22が形成される領域を上記マスクの形状に応じて設定することができる。具体的には、この実施の形態では、上記基板21の表面に略十字形状に半導体領域22が形成される。
As shown in FIGS. 7A to 7D, the
また、上記半導体領域22の表面には、先の第1の実施の形態と同様に、同表面の不純物濃度(N型)が選択的に高められるかたちでN+拡散層23a〜23eが形成され、これら各N+拡散層23a〜23eはそれぞれに配設される電極(配線)とオーミック接触されている。具体的には、上記N+拡散層23aとして端子Sと電気的に接続される電流供給端が設けられ、上記N+拡散層23bおよび23cとしてそれぞれ端子G1およびG2と電気的に接続される電流出力端が設けられる。また、N+拡散層23dおよび23eとしてそれぞれ端子V1およびV2と電気的に接続されるホール電圧の出力端が設けられる。
Further, N + diffusion layers 23a to 23e are formed on the surface of the
また、上記半導体領域22には上記N+拡散層23a〜23eの全ての周囲を囲繞するかたちで、P型の拡散層(Pウェル)24が形成されており、当該ホール素子20が他の素子と素子分離されるようになっている。さらに、この半導体領域22は、その表面において上記N+拡散層23a〜23cが形成されている上記電流が供給される半導体領域22aが、上記N+拡散層23bおよび23cが形成されている上記電流の出力領域となる各半導体領域22bおよび22cに挟まれる態様で、P型の拡散層(Pウェル)24aおよび24bにより区画されている。この電流が供給される半導体領域22aがこのホール素子20のホールプレート(磁気検出部)HP2となる。具体的には、このホールプレートHP2は、上記拡散層24aおよび24b間の長さが寸法dとして、また上記電流の経路と直交する方向の幅が寸法w2aとして形成されている。そして、これら電流が供給される半導体領域22aと上記電流の出力領域となる各半導体領域22bおよび22cとは、その底面近傍で電気的に接続されている。換言すると、上記半導体領域22は上記拡散層23aおよび23bにより選択的に狭められており、同半導体領域22の底面近傍に電流の経路が形成されている。
Further, a P-type diffusion layer (P well) 24 is formed in the
そして、上記電流の出力領域となる各半導体領域22bおよび22cは、上記電流の経路と直交する方向の幅が寸法w2bおよびw2cとして形成されており、いずれも上記ホールプレートHP2の幅(寸法w2a)よりも狭く形成されることで、上記電流の経路の実効的な幅が狭められている。しかもこの実施の形態にかかるホール素子20では、上記電流の出力領域となる各半導体領域22bおよび22cが、上記半導体基板21の内部にわたってその幅が狭く形成されており、同半導体領域22および22cのより広範囲にわたって上記電流の経路の実効的な幅が狭められている。このため、先の第1の実施の形態と同様の検出原理により、ホール素子10としての磁気検出感度がより効果的に高められるようになる。
Each of the
以上説明したように、この第2の実施の形態にかかる縦型ホール素子によっても、先の第1の実施の形態による前記(1)〜(5)の効果と同等、もしくはそれに準じた効果が得られるようになるとともに、さらに以下のような効果が得られるようになる。 As described above, the vertical Hall element according to the second embodiment also has an effect equivalent to or equivalent to the effects (1) to (5) of the first embodiment. The following effects can be obtained as well.
(6)上記電流の出力領域となる各半導体領域22bおよび22cは、上記半導体基板21の内部にわたって、その幅が上記電流が供給される半導体領域22aの幅よりも狭く形成されることとした。これにより、上記電流の出力領域における上記電流の経路の幅を狭めることができるため、より広範囲において上記半導体領域内を流れる実効的な電流の経路の幅を狭めることができるようになる。
(6) The
(その他の実施の形態)
なお、この発明にかかる縦型ホール素子は、上記第1および2の実施の形態として例示した構造に限らず、これら実施の形態を適宜変更した、以下に例示する態様にて実施することもできる。
(Other embodiments)
Note that the vertical Hall element according to the present invention is not limited to the structure exemplified as the first and second embodiments, but can be implemented in the modes exemplified below by appropriately changing these embodiments. .
・上記各実施の形態において、上記半導体領域(Nウェル)12、22は、その表面が拡散層(Pウェル)により電流が供給される半導体領域と電流の出力領域とに区画形成されることとしたが、これら区画形成されるそれぞれの半導体領域の形成方法は任意である。すなわち、半導体領域(Nウェル)12、22を一体に形成した後に上記拡散層(Pウェル)を形成してこれらを区画形成するようにしてもよいし、区画形成された各半導体領域をそれぞれ別工程にて形成するようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the surface of the semiconductor regions (N wells) 12 and 22 is divided into a semiconductor region to which current is supplied by a diffusion layer (P well) and a current output region. However, the method of forming each of the semiconductor regions that are formed in these sections is arbitrary. That is, after the semiconductor regions (N wells) 12 and 22 are integrally formed, the diffusion layer (P well) may be formed to partition the semiconductor regions (P wells). You may make it form in a process.
・上記各実施の形態においては、電流供給用の端子として端子S、電流出力用の端子として端子G1、G2、さらにはホール電圧を出力する端子として端子V1、V2をそれぞれ備える縦型ホール素子10を例に説明したが、これら端子の数や配設態様、あるいは電流の流れる方向はこれらに限られない。
In each of the above embodiments, the
・上記各実施の形態においては、ホール素子10、20の周辺回路としてCMOS回路C10、C20を用いることとしたが、これに限らずホール素子の周辺回路として例えばバイポーラ回路等を採用することもできる。
In each of the above embodiments, the CMOS circuits C10 and C20 are used as the peripheral circuits of the
・上記各実施の形態においては、縦型ホール素子10、20を形成する基板(半導体基板)として、P型の導電型からなる基板11、21を用いることとし、同基板11、21にN型の導電型からなる半導体領域12、22を形成することとした。しかしながら、こうした基板としてはこれに限らず例えばエピタキシャル基板やSOI基板等を採用することもでき、また例えばP−N−P、あるいはN−P−Nといった多重拡散構造をとる基板を採用することもできる。また、N型の導電型からなる基板を用いて、P型の半導体領域を形成するようにすることもできる。
In each of the above embodiments, the
・また、上記エピタキシャル基板を用いる場合には、例えば図9あるいは図10に例示した縦型ホール素子にこの発明にかかる構造、すなわち「電流の出力領域となる各半導体領域の幅が、他の導電型からなる拡散層の拡幅によって、電流が供給される半導体領域の幅よりも狭く形成される構造」を適用することもできる。 Further, when the above epitaxial substrate is used, for example, the vertical Hall element illustrated in FIG. 9 or FIG. 10 has a structure according to the present invention, that is, “the width of each semiconductor region serving as a current output region is other conductive A structure in which the width of the semiconductor region to which current is supplied is narrowed by expanding the diffusion layer made of a mold can also be applied.
・上記各実施の形態においては、半導体基板11の材料としてシリコンを用いることとしたが、製造工程やホール素子の構造上の条件等に応じてその他の材料を用いるようにしてもよい。例えば、GaAs(ガリウム砒素)、InSb(インジウムアンチモン)、InAs(インジウム砒素)、SiC(炭化珪素)等の化合物半導体やGe(ゲルマニウム)等を採用することもできる。特に、GaAs(ガリウム砒素)やInSb(インジウムアンチモン)は温度特性の優れた材料であるため、縦型ホール素子としての高感度化を図るためには特に有効である。
In each of the embodiments described above, silicon is used as the material of the
10、20、90…ホール素子、11、21、91…半導体基板、12、12a、12b、12c、22、22a、22b、22c、92、C12、C13,C22…半導体領域、13a〜13e、23a〜23e…N+拡散層、14、14a、14b、24、24a、24b…拡散層、15、25…絶縁膜、16a〜16c、C16a〜C16f…配線(電極)、G1、G2、V1、V2、S…端子、BL…埋込層、C10、C20…CMOS回路、C13a〜C13f…ソース・ドレイン層、G1a〜G1c…ゲート電極、HL2、CL1,CL2…フィールド酸化膜、HP1、HP2、HP9…ホールプレート(磁気検出部)、I1a〜I1c…ゲート絶縁膜。 10, 20, 90 ... Hall element, 11, 21, 91 ... Semiconductor substrate, 12, 12a, 12b, 12c, 22, 22a, 22b, 22c, 92, C12, C13, C22 ... Semiconductor region, 13a-13e, 23a ˜23e ... N + diffusion layer, 14, 14a, 14b, 24, 24a, 24b ... diffusion layer, 15, 25 ... insulating film, 16a-16c, C16a-C16f ... wiring (electrode), G1, G2, V1, V2, S ... terminal, BL ... buried layer, C10, C20 ... CMOS circuit, C13a-C13f ... source / drain layer, G1a-G1c ... gate electrode, HL2, CL1, CL2 ... field oxide film, HP1, HP2, HP9 ... hole Plate (magnetic detection unit), I1a to I1c... Gate insulating film.
Claims (7)
前記ホール電圧を検出する2つのホール電圧出力端が前記電流を供給する電流供給端を挟むように並設された前記半導体領域は、同一の導電型からなって前記供給される電流の出力領域となる半導体領域により挟まれる態様で、他の導電型からなる拡散層たる磁気検出部区画層により半導体基板の表面で区画されるとともに、半導体基板の内部ではそれら電流の出力領域となる半導体領域と電気的に接続されてなり、同じく他の導電型からなる拡散層たる素子分離層の拡幅によって、前記電流の出力領域となる各半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅が、前記半導体基板の表面においてのみ、前記電流が供給される半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅よりも狭く形成されてなる
ことを特徴とする縦型ホール素子。 A semiconductor region having a predetermined conductivity type is formed in a semiconductor substrate, and a hole is generated when a current including a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to a magnetic detection unit in the semiconductor region. A vertical Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate through a voltage,
The semiconductor regions arranged in parallel so that the two Hall voltage output ends for detecting the Hall voltage sandwich the current supply end for supplying the current are made of the same conductivity type and the output region of the supplied current In a mode sandwiched between the semiconductor regions, the magnetic detection unit partitioning layer, which is a diffusion layer of another conductivity type, is partitioned on the surface of the semiconductor substrate, and the semiconductor region serving as an output region of the current is electrically connected to the semiconductor substrate. The width of the semiconductor substrate, which is a diffusion layer of another conductivity type, is widened in a direction perpendicular to the current path of each semiconductor region serving as the current output region, A vertical Hall element characterized in that it is formed only on the surface of the semiconductor region so as to be narrower than a width in a direction orthogonal to the current path of the semiconductor region to which the current is supplied.
前記ホール電圧を検出する2つのホール電圧出力端が前記電流を供給する電流供給端を挟むように並設された前記半導体領域は、同一の導電型からなって前記供給される電流の出力領域となる半導体領域により挟まれる態様で、他の導電型からなる拡散層たる磁気検出部区画層により半導体基板の表面で区画されるとともに、半導体基板の内部ではそれら電流の出力領域となる半導体領域と電気的に接続されてなり、同じく他の導電型からなる拡散層たる素子分離層の拡幅によって、前記電流の出力領域となる各半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅が、前記半導体基板の内部にわたって、前記電流が供給される半導体領域の前記電流の経路と直交する方向の幅よりも狭く形成されてなる
ことを特徴とする縦型ホール素子。 A semiconductor region having a predetermined conductivity type is formed in a semiconductor substrate, and a hole is generated when a current including a current component perpendicular to the surface of the semiconductor substrate is supplied to a magnetic detection unit in the semiconductor region. A vertical Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the surface of the semiconductor substrate through a voltage,
The semiconductor regions arranged in parallel so that the two Hall voltage output ends for detecting the Hall voltage sandwich the current supply end for supplying the current are made of the same conductivity type and the output region of the supplied current In a mode sandwiched between the semiconductor regions, the magnetic detection unit partitioning layer, which is a diffusion layer of another conductivity type, is partitioned on the surface of the semiconductor substrate, and the semiconductor region serving as an output region of the current is electrically connected to the semiconductor substrate. The width of the semiconductor substrate, which is a diffusion layer of another conductivity type, is widened in a direction perpendicular to the current path of each semiconductor region serving as the current output region, The semiconductor region to which the current is supplied is formed to be narrower than the width in the direction perpendicular to the current path.
A vertical Hall element characterized by that .
の表面には、それら半導体領域と同一の導電型からなってその不純物濃度が選択的に高められた拡散層として形成されて電極とオーミック接触される前記電流供給端および前記電流出力端がそれぞれ設けられてなり、前記電流が供給される半導体領域の表面にはさらに、同じく該半導体領域と同一の導電型からなってその不純物濃度が選択的に高められた拡散層として形成されて電極とオーミック接触される前記2つのホール電圧出力端が前記電流の経路と直交する方向に設けられてなる
請求項1または2に記載の縦型ホール素子。 The surface of the semiconductor region to which the current is supplied, and each semiconductor region to be the current output region
The current supply end and the current output end, which are formed as diffusion layers having the same conductivity type as those semiconductor regions and whose impurity concentration is selectively increased and are in ohmic contact with the electrodes, are respectively provided on the surface of In addition, the surface of the semiconductor region to which the current is supplied is further formed as a diffusion layer having the same conductivity type as that of the semiconductor region, and the impurity concentration thereof being selectively increased, and is in ohmic contact with the electrode. vertical Hall element according to claim 1 or 2 provided we are formed by a direction in which the two Hall voltage output terminal perpendicular to the path of the current to be.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の縦型ホール素子。 Each semiconductor region serving as the output region of the semiconductor region, and the current the current is supplied together claim 1 in which impurities consisting of the predetermined conductivity type in the semiconductor substrate is formed as a diffusion layer that is added vertical Hall element according to any one of 3.
請求項4に記載の縦型ホール素子。 The element isolation layer, which is a diffusion layer that partitions the semiconductor substrate and the semiconductor region on the surface of the semiconductor substrate , and the magnetic detection unit partition layer are of a P-type conductivity type, and the semiconductor region to which the current is supplied and The vertical Hall element according to claim 4 , wherein the diffusion layer forming each semiconductor region serving as a current output region is of N-type conductivity .
請求項4または5に記載の縦型ホール素子。 The vertical Hall element according to claim 4 or 5 , wherein the Hall element is formed integrally with a CMOS circuit as a peripheral circuit thereof .
請求項1〜6のいずれか一項に記載の縦型ホール素子。 Semiconductor region wherein the current is supplied, and the surface of each semiconductor region serving as the output region of said current, according to claim 1-6 in which the field oxide film to take LOCOS structure in the form them which covers the semiconductor regions is formed The vertical Hall element according to any one of the above.
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