JP5083281B2 - Rotation sensor and rotation sensor device - Google Patents

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Description

本発明は、回転センサに関するものである。   The present invention relates to a rotation sensor.

回転センサとして磁気抵抗素子を複数用いたものが知られている(特許文献1,2参照)。特許文献1においては2つの磁気抵抗素子ブリッジをバイアス磁界の磁気的中心に対し対称に配置する技術が開示されている。特許文献2においては2つの磁気抵抗素子を被検出体であるギヤに対し並設して2つの磁気抵抗素子から出力される位相差をもった信号(パルス信号)の立上りエッジによりギヤの回転方向を検知する技術が開示されている。
特開2001−153683号公報 特開平10−332725号公報
A rotation sensor using a plurality of magnetoresistive elements is known (see Patent Documents 1 and 2). Patent Document 1 discloses a technique in which two magnetoresistive element bridges are arranged symmetrically with respect to the magnetic center of a bias magnetic field. In Patent Document 2, two magnetoresistive elements are arranged in parallel to a gear that is a detection object, and the rotational direction of the gear is caused by a rising edge of a signal (pulse signal) having a phase difference output from the two magnetoresistive elements. A technique for detecting the above is disclosed.
JP 2001-153683 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-332725

近年、センサの小型・高精度化の要求が増している。特に、回転センサにおいて小型化、360°検出、0.1%FS等の厳しい要求がX−by Wireの進展とともに増えている。   In recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and high accuracy of sensors. In particular, strict requirements such as downsizing, 360 ° detection, 0.1% FS and the like are increasing with the progress of X-by Wire in the rotation sensor.

本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、小型化に優れた回転センサを提供することにある。   The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide a rotation sensor excellent in miniaturization.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、半導体基板に作り込まれ、半導体基板の表面に平行な磁界を検出する縦型ホール素子と、前記縦型ホール素子を作り込んだ前記半導体基板上に形成され、半導体基板の表面に平行な磁界の強さにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子と、を備え、前記縦型ホール素子の出力信号と前記磁気抵抗素子により得られる信号を用いて被検出体の回転を検出するようにしたことを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, in the invention described in claim 1, a vertical Hall element that is formed in a semiconductor substrate and detects a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate, and the vertical Hall element are formed. A magnetoresistive element formed on the semiconductor substrate, the resistance value of which varies with the strength of a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate, and obtained by the output signal of the vertical Hall element and the magnetoresistive element The gist is that the rotation of the detection object is detected using the signal.

請求項1に記載の発明によれば、磁気抵抗素子に比べて小さな縦型ホール素子を用いることにより小型化に優れた回転センサを提供することができる。   According to the first aspect of the present invention, a rotation sensor excellent in miniaturization can be provided by using a vertical Hall element that is smaller than a magnetoresistive element.

請求項2に記載のように、請求項1に記載の回転センサにおいて、前記磁気抵抗素子はNiFeの薄膜よりなるとよい。また、請求項3に記載のように、請求項1に記載の回転センサにおいて、前記磁気抵抗素子はNiCoの薄膜よりなるとよい。   As described in claim 2, in the rotation sensor according to claim 1, the magnetoresistive element is preferably made of a NiFe thin film. According to a third aspect of the present invention, in the rotation sensor according to the first aspect, the magnetoresistive element may be made of a NiCo thin film.

請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転センサにおいて、前記磁気抵抗素子は、被検出体の回転に伴う抵抗値変化に位相差をもつ第1および第2の磁気抵抗素子からなり、前記縦型ホール素子の出力信号と前記磁気抵抗素子により得られる信号を用いて前記被検出体の回転を検出する手段として、前記第1の磁気抵抗素子により得られる信号と前記第2の磁気抵抗素子により得られる信号をarctanの演算をするarctan演算手段と、前記縦型ホール素子の出力信号をパルス化するパルス化手段と、前記arctan演算手段によるarctanの演算をして得た信号と、前記パルス化手段による前記縦型ホール素子の出力信号をパルス化した信号を合成して0〜360°の角度においてリニアな出力を得る合成手段と、を備えると、0〜360°の角度においてリニアな出力を得ることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation sensor according to any one of the first to third aspects of the present invention, the magnetoresistive element includes a first and a second phase difference in the resistance value change accompanying the rotation of the detected object. As a means for detecting the rotation of the detected object using the output signal of the vertical Hall element and the signal obtained by the magnetoresistive element, the second magnetoresistive element is provided by the first magnetoresistive element. Arctan calculation means for performing an arctan calculation on the signal to be obtained and the signal obtained by the second magnetoresistive element, a pulsing means for pulsing the output signal of the vertical Hall element, and an arctan calculation by the arctan calculation means And the signal obtained by pulsing the output signal of the vertical Hall element by the pulsing means to produce a linear output at an angle of 0 to 360 °. A synthesizing unit that, when provided, it is possible to obtain a linear output at an angle of 0 to 360 °.

請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転センサにおいて、前記半導体基板において前記磁気抵抗素子の下に前記縦型ホール素子を重ねて配置してなると、より小型化することができる。   As described in claim 5, in the rotation sensor according to any one of claims 1 to 4, when the vertical Hall element is overlaid on the semiconductor substrate under the magnetoresistive element, It can be made smaller.

請求項6に記載のように、請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転センサにおいて、前記縦型ホール素子は、第1導電型の半導体基板に形成した第2導電型のウェル領域内において当該第2導電型のウェル領域よりも浅い第1導電型のウェル領域が前記第2導電型のウェル領域を分割するように形成され、前記第2導電型のウェル領域の表層部において前記第1導電型のウェル領域を挟んで電流供給対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域が形成されるとともに電圧出力対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域が形成されてなると、ウェル領域を用いることによりコスト的に有利な構成とすることができる。   The rotation sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the vertical Hall element is a second conductivity type well region formed in a first conductivity type semiconductor substrate. A first conductivity type well region shallower than the second conductivity type well region is formed so as to divide the second conductivity type well region, and in the surface layer portion of the second conductivity type well region, A second conductivity type impurity diffusion region for contact that forms a current supply pair is formed across a well region of the first conductivity type, and a second conductivity type impurity diffusion region for contact that forms a voltage output pair is formed If formed, a cost-effective configuration can be obtained by using a well region.

(a)は第1の実施形態における回転センサの平面図、(b)は(a)のA−A線での断面図。(A) is a top view of the rotation sensor in 1st Embodiment, (b) is sectional drawing in the AA of (a). センサチップの平面図。The top view of a sensor chip. 縦型ホール素子の平面図。The top view of a vertical Hall element. 図3のA−A線での縦型ホール素子の断面図。Sectional drawing of the vertical Hall element in the AA line of FIG. 回転センサの電気的構成図。The electrical block diagram of a rotation sensor. 回転センサの波形図。The wave form diagram of a rotation sensor. 比較のためのセンサチップの平面図。The top view of the sensor chip for a comparison. 別例のセンサチップの断面図。Sectional drawing of the sensor chip of another example. 別例の磁気抵抗素子の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the magnetoresistive element of another example. 第2の実施形態における回転センサの平面図。The top view of the rotation sensor in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における回転センサの回路構成図。The circuit block diagram of the rotation sensor in 2nd Embodiment. 縦型ホール素子の等価回路図。The equivalent circuit diagram of a vertical Hall element. 比較のための回転センサの平面図。The top view of the rotation sensor for a comparison. 比較のための磁気抵抗素子の回路図。The circuit diagram of the magnetoresistive element for a comparison. (a),(b),(c)は別例のセンサチップの平面図。(A), (b), (c) is a top view of the sensor chip of another example. (a)は別例の縦型ホール素子の平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図。(A) is a top view of the vertical Hall element of another example, (b) is a longitudinal cross-sectional view in the AA line of (a). (a)は別例の縦型ホール素子の平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図。(A) is a top view of the vertical Hall element of another example, (b) is a longitudinal cross-sectional view in the AA line of (a).

(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には本実施形態の回転センサの全体図を示す。図1(a)は回転センサの平面図であり、図1(b)は図(a)でのA−A線での断面図である。   FIG. 1 shows an overall view of the rotation sensor of the present embodiment. FIG. 1A is a plan view of the rotation sensor, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

図1に示すように、被検出体としてマグネットロータ1を用いている。マグネットロータ1はロータボディ2を有し、ロータボディ2は有底円筒状をなしている。有底円筒状のロータボディ2の内面にはS極永久磁石3とN極永久磁石4とが対向して配置されている。有底円筒状のロータボディ2の内部におけるS極永久磁石3とN極永久磁石4とが対向する部位にはセンサチップ5が永久磁石3,4と離間して配置されている。永久磁石3,4によりセンサチップ5に磁界が印加される。   As shown in FIG. 1, a magnet rotor 1 is used as an object to be detected. The magnet rotor 1 has a rotor body 2, and the rotor body 2 has a bottomed cylindrical shape. An S-pole permanent magnet 3 and an N-pole permanent magnet 4 are arranged to face each other on the inner surface of the bottomed cylindrical rotor body 2. A sensor chip 5 is disposed apart from the permanent magnets 3 and 4 at a portion where the S-pole permanent magnet 3 and the N-pole permanent magnet 4 face each other inside the bottomed cylindrical rotor body 2. A magnetic field is applied to the sensor chip 5 by the permanent magnets 3 and 4.

図2には、センサチップ5の詳細を示す。   FIG. 2 shows details of the sensor chip 5.

図2において、半導体基板10に縦型ホール素子11が作り込まれている。また、半導体基板10上に磁気抵抗素子12,13が形成されている。磁気抵抗素子12,13はNiFeの薄膜よりなる。このように、同一基板(同一チップ)に2つの磁気抵抗素子12,13と縦型ホール素子11が並べて配置されている。   In FIG. 2, a vertical Hall element 11 is formed in a semiconductor substrate 10. In addition, magnetoresistive elements 12 and 13 are formed on the semiconductor substrate 10. The magnetoresistive elements 12 and 13 are made of a NiFe thin film. Thus, the two magnetoresistive elements 12 and 13 and the vertical Hall element 11 are arranged side by side on the same substrate (same chip).

縦型ホール素子11は、感磁面(ホール電圧が一番大きくなるホールプレートの面の方向、または磁界の入射方向に対し垂直にホールプレートが配置される方向)が磁気抵抗素子12の長手方向(磁界に対してNiFeでは抵抗値が一番低くなる方向)に合わせて配置されている。このときの磁界はセンサチップ5の表面に平行な磁界である。このように、縦型ホール素子11は半導体基板10の表面に平行な磁界を検出することができるようになっている。また、磁気抵抗素子12,13は半導体基板10の表面に平行な磁界の強さにより抵抗値が変化する。そして、各磁気抵抗素子12,13から、抵抗値に応じたレベルの信号が出力される。磁気抵抗素子12,13は帯状をなし、第1の磁気抵抗素子12に対し第2の磁気抵抗素子13はその延設方向が45°傾かせて配置されている。これにより、一方の磁気抵抗素子13は、他方の磁気抵抗素子12に対して、マグネットロータ1の回転に伴う抵抗値変化に45°の位相差をもつ。   In the vertical Hall element 11, the magnetosensitive surface (the direction of the Hall plate surface where the Hall voltage is maximized or the direction in which the Hall plate is arranged perpendicular to the incident direction of the magnetic field) is the longitudinal direction of the magnetoresistive element 12. (The direction in which the resistance value is the lowest for NiFe with respect to the magnetic field) is arranged. The magnetic field at this time is a magnetic field parallel to the surface of the sensor chip 5. As described above, the vertical Hall element 11 can detect a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate 10. The resistance values of the magnetoresistive elements 12 and 13 vary depending on the strength of the magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate 10. Then, a signal having a level corresponding to the resistance value is output from each of the magnetoresistive elements 12 and 13. The magnetoresistive elements 12 and 13 have a band shape, and the extending direction of the second magnetoresistive element 13 is inclined by 45 ° with respect to the first magnetoresistive element 12. Thereby, one magnetoresistive element 13 has a phase difference of 45 ° with respect to the change in resistance value accompanying the rotation of the magnet rotor 1 with respect to the other magnetoresistive element 12.

なお、隣り合う磁気抵抗素子12,13は、センサチップ5内でも、できるだけ近いところに配置した方がよい。また、同一チップ内に周辺回路(演算や補正などが可能な回路)を集積化することも可能である。   The adjacent magnetoresistive elements 12 and 13 are preferably arranged as close as possible even within the sensor chip 5. In addition, it is possible to integrate peripheral circuits (circuits that can perform calculations and corrections) in the same chip.

図3,4には、センサチップ5に形成した縦型ホール素子11の具体的構成を示す。   3 and 4 show a specific configuration of the vertical Hall element 11 formed on the sensor chip 5.

図3はホール素子11の平面構造を模式的に示す平面図、図4は図3のA−A線に沿った断面図である。   3 is a plan view schematically showing the planar structure of the Hall element 11, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

図4に示すように、P型シリコン基板31の上にN型シリコン層32がエピタキシャル成長法により形成されている。P型シリコン基板31とN型シリコン層32により半導体基板が構成されている。また、N型シリコン層32において素子分離用のP型不純物拡散領域33が、その平面構造として図3に示すように、四角環状に、かつ、縦断面構造として図4に示すようにP型シリコン基板31に達するように形成されている。N型シリコン層32においてP型不純物拡散領域33にて囲まれた領域がホール素子形成領域となっている。このホール素子形成領域においてN型の埋込層34が形成されている。   As shown in FIG. 4, an N-type silicon layer 32 is formed on a P-type silicon substrate 31 by an epitaxial growth method. The P-type silicon substrate 31 and the N-type silicon layer 32 constitute a semiconductor substrate. Further, in the N-type silicon layer 32, the P-type impurity diffusion region 33 for element isolation has a square structure as shown in FIG. 3 as a planar structure and a P-type silicon as shown in FIG. 4 as a longitudinal sectional structure. It is formed so as to reach the substrate 31. A region surrounded by the P-type impurity diffusion region 33 in the N-type silicon layer 32 is a Hall element formation region. An N type buried layer 34 is formed in the Hall element formation region.

ホール素子形成領域のN型シリコン層32の表層部には、Nコンタクト領域35,36,37,38,39が形成されている。これらコンタクト領域35,36,37,38,39には、図示しない配線を介して、それぞれ端子S,G1,G2,V1,V2と電気的に接続されている。コンタクト領域36および37は、それぞれコンタクト領域35と対をなし、電流供給対が構成されている。コンタクト領域38および39により、電圧出力対が構成されている。 N + contact regions 35, 36, 37, 38, 39 are formed on the surface layer portion of the N-type silicon layer 32 in the Hall element formation region. These contact regions 35, 36, 37, 38, and 39 are electrically connected to terminals S, G1, G2, V1, and V2, respectively, via wiring (not shown). Contact regions 36 and 37 each form a pair with contact region 35 to form a current supply pair. The contact regions 38 and 39 constitute a voltage output pair.

図4に示すように、N型シリコン層32においてP型不純物拡散領域40,41が、その平面構造として図3に示すように、ホール素子形成領域を3つの領域42,43,44に分割するように形成され、かつ、縦断面構造として図4に示すようにN型埋込層34に達するように形成されている。そして、領域43において、コンタクト領域35,38,39が一直線上に配置されている。また、領域42のコンタクト領域37と領域43のコンタクト領域35と領域44のコンタクト領域36とが一直線上に配置されている。ここで、コンタクト領域35,38,39が位置する直線とコンタクト領域37,35,36が位置する直線とは直交している。   As shown in FIG. 4, the P-type impurity diffusion regions 40 and 41 in the N-type silicon layer 32 divide the Hall element formation region into three regions 42, 43 and 44 as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 4, the vertical cross-sectional structure is formed so as to reach the N-type buried layer 34. In the region 43, the contact regions 35, 38, and 39 are arranged on a straight line. The contact region 37 in the region 42, the contact region 35 in the region 43, and the contact region 36 in the region 44 are arranged on a straight line. Here, the straight line where the contact regions 35, 38 and 39 are located and the straight line where the contact regions 37, 35 and 36 are located are orthogonal to each other.

領域43においてコンタクト領域38および39にて挟まれる領域が磁気検出部(ホールプレート)HPとなり、ここに印加される磁界に対応するホール電圧信号を生じさせることになる。   In the region 43, the region sandwiched between the contact regions 38 and 39 becomes the magnetic detection unit (hole plate) HP, and a Hall voltage signal corresponding to the magnetic field applied thereto is generated.

端子Sから端子G1へ、また端子Sから端子G2へそれぞれ一定の駆動電流iを流すと、その電流iは、基板表面に形成されたコンタクト領域35から下方に向かい、磁気検出部HP、埋込層34、さらに埋込層34内を横方向に進み、コンタクト領域36,37の下方位置から上方に向かい、コンタクト領域36,37へとそれぞれ流れる。このとき、磁気検出部HPには、基板表面(チップ表面)に垂直な成分を含む電流iが流れるため、この駆動電流を流した状態において、基板表面(チップ表面)に平行な成分を含む磁界(例えば図3,4中に矢印Bで示される磁界)が磁気検出部HPに印加されると、ホール効果によって端子V1と端子V2との間にその磁界に対応するホール電圧Vhが発生し、端子V1,V2を通じてその発生したホール電圧信号を検出することで、検出対象とする磁界成分(基板の表面に平行な磁界成分)が求められる。   When a constant drive current i is supplied from the terminal S to the terminal G1 and from the terminal S to the terminal G2, the current i is directed downward from the contact region 35 formed on the substrate surface, and the magnetic detection unit HP and embedded The layer 34 further proceeds in the lateral direction in the buried layer 34 and flows upward from the lower position of the contact regions 36 and 37 to the contact regions 36 and 37, respectively. At this time, since a current i including a component perpendicular to the substrate surface (chip surface) flows through the magnetic detection unit HP, a magnetic field including a component parallel to the substrate surface (chip surface) in a state where this driving current is applied. When (for example, the magnetic field indicated by the arrow B in FIGS. 3 and 4) is applied to the magnetic detection unit HP, a Hall voltage Vh corresponding to the magnetic field is generated between the terminal V1 and the terminal V2 due to the Hall effect, By detecting the generated Hall voltage signal through the terminals V1 and V2, a magnetic field component (magnetic field component parallel to the surface of the substrate) to be detected is obtained.

次に、回転センサの電気的構成を、図5に基づいて説明する。   Next, the electrical configuration of the rotation sensor will be described with reference to FIG.

図5に示すように、縦型ホール素子11、磁気抵抗素子12,13に対する周辺回路としてarctan演算器50とパルス化回路51と合成器52が設けられている。arctan演算器50において磁気抵抗素子12,13により得られる信号(抵抗値に応じたレベルの信号)SG2,SG3に対しarctan演算が行われる。縦型ホール素子11にはパルス化回路51が接続されている。パルス化回路51において縦型ホール素子11の出力信号SG1がパルス化された信号に変換される。arctan演算器50とパルス化回路51は合成器52に接続されている。合成器52において、arctan演算器50の出力信号とパルス化回路51の出力信号とが合成される。この合成器52の出力信号は360°リニア信号となっている。   As shown in FIG. 5, an arctan calculator 50, a pulsing circuit 51, and a combiner 52 are provided as peripheral circuits for the vertical Hall element 11 and the magnetoresistive elements 12 and 13. In the arctan calculator 50, arctan calculation is performed on signals SG2 and SG3 (level signals corresponding to resistance values) obtained by the magnetoresistive elements 12 and 13. A pulse circuit 51 is connected to the vertical Hall element 11. In the pulsing circuit 51, the output signal SG1 of the vertical Hall element 11 is converted into a pulsed signal. The arctan calculator 50 and the pulsing circuit 51 are connected to the synthesizer 52. In the synthesizer 52, the output signal of the arctan computing unit 50 and the output signal of the pulsing circuit 51 are synthesized. The output signal of the synthesizer 52 is a 360 ° linear signal.

次に、回転センサの作用について説明する。   Next, the operation of the rotation sensor will be described.

図6は、磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3およびホール素子11の出力信号SG1から、リニアな出力を得るための処理内容を説明するための波形図である。   FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the processing content for obtaining a linear output from the signals SG2 and SG3 obtained by the magnetoresistive elements 12 and 13 and the output signal SG1 of the Hall element 11.

図6に示すように、2つの磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3は、角度に対して抵抗値が変化することによりsin、cosの曲線となる。つまり、一方の出力信号SG2と他方の出力信号SG3とは45°位相差をもつ。   As shown in FIG. 6, the signals SG2 and SG3 obtained by the two magnetoresistive elements 12 and 13 become sin and cos curves as the resistance value changes with respect to the angle. That is, one output signal SG2 and the other output signal SG3 have a 45 ° phase difference.

また、磁気抵抗素子12,13の抵抗値は永久磁石3,4のN極、S極に対する判別ができない(磁界の強さによって抵抗値が変わる)。そのため、図1のマグネットロータ1の回転に伴い、磁界を印加させている磁石3,4が回転すると、図6のように、sin、cosの曲線は、0〜360°回転する間に2回の周期で出力される。   Further, the resistance values of the magnetoresistive elements 12 and 13 cannot be distinguished from the N pole and S pole of the permanent magnets 3 and 4 (the resistance value changes depending on the strength of the magnetic field). Therefore, when the magnets 3 and 4 to which the magnetic field is applied are rotated in accordance with the rotation of the magnet rotor 1 in FIG. 1, the sin and cos curves are rotated twice during the rotation of 0 to 360 ° as shown in FIG. Is output in the cycle.

一方、ホール素子11は、永久磁石3,4のN極、S極の判別ができる素子である。そのため、ホール素子11の出力信号SG1は、0〜360°の回転に対して1回の周期で出力される。   On the other hand, the Hall element 11 is an element capable of discriminating between the N pole and the S pole of the permanent magnets 3 and 4. Therefore, the output signal SG1 of the Hall element 11 is output at a cycle of one rotation with respect to the rotation of 0 to 360 °.

磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3は図5のarctan演算器50において、arctanの演算が行われる。これにより、図6に示すように、出力がつなぎ合わされて180°周期で直線的にレベルが変わる信号が得られる。   Signals SG2 and SG3 obtained by the magnetoresistive elements 12 and 13 are subjected to arctan calculation in the arctan calculator 50 of FIG. As a result, as shown in FIG. 6, a signal is obtained in which the outputs are connected and the level changes linearly at a cycle of 180 °.

また、ホール素子11の出力信号SG1が図5のパルス化回路51においてパルス信号に変換されて出力される。これにより、図6に示すように、180°周期でH(ハイ),L(ロー)のレベルが変わる出力が得られる。   Further, the output signal SG1 of the Hall element 11 is converted into a pulse signal by the pulsing circuit 51 of FIG. As a result, as shown in FIG. 6, an output in which the levels of H (high) and L (low) change in a cycle of 180 ° is obtained.

図5の合成器52において、磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3についてのarctanの演算後の信号と、ホール素子11の出力信号SG1についてのパルス出力後の信号が合成されて、つなぎ合わされる。これにより、図6に示すように、0〜360°のリニア出力が得られる。つまり、ホール素子11の出力信号SG1がプラスのときの磁気抵抗素子により得られる信号SG2,SG3と、ホール素子11の出力信号SG1がマイナスのときの磁気抵抗素子により得られる信号SG2,SG3とが区別できるため、得られる出力をさらに合成し、つなぎ合わせることで、0〜360°のリニア出力を得ることができる。   In the synthesizer 52 of FIG. 5, the signal after the arctan calculation for the signals SG2 and SG3 obtained by the magnetoresistive elements 12 and 13 and the signal after the pulse output for the output signal SG1 of the Hall element 11 are combined, Connected together. Thereby, as shown in FIG. 6, the linear output of 0-360 degrees is obtained. That is, signals SG2 and SG3 obtained by the magnetoresistive element when the output signal SG1 of the Hall element 11 is positive, and signals SG2 and SG3 obtained by the magnetoresistive element when the output signal SG1 of the Hall element 11 is negative. Since they can be distinguished, the obtained outputs are further combined and connected to obtain a linear output of 0 to 360 °.

以上のように、ホール素子11と磁気抵抗素子12,13とを磁界の感度で比較すると磁気抵抗素子12,13の方が大きいため、磁気抵抗素子12,13により得られる信号をリニア出力の信号として利用することにより、高精度なセンサが構成できる。また、永久磁石の強度(磁界の大きさ)が小さいものでも使えるため、永久磁石のコストを下げることができる。一方、素子サイズに関して、磁気抵抗素子の寸法は1mm程度であり、ホール素子の縦横寸法は100μm程度あり、素子サイズが1/10程度に小さく、ホール素子11を、パルス出力を得る素子として利用する。これによりチップ面積を小さく構成でき、小型化を図ることができる。このようにして、小型・高精度化に優れた回転センサを提供することができる。   As described above, when the Hall element 11 and the magnetoresistive elements 12 and 13 are compared with the sensitivity of the magnetic field, the magnetoresistive elements 12 and 13 are larger, so that the signal obtained by the magnetoresistive elements 12 and 13 is a linear output signal. As a result, a highly accurate sensor can be configured. In addition, since the permanent magnet can be used even when the strength (magnitude of the magnetic field) is small, the cost of the permanent magnet can be reduced. On the other hand, regarding the element size, the dimension of the magnetoresistive element is about 1 mm, the vertical and horizontal dimensions of the Hall element are about 100 μm, the element size is as small as about 1/10, and the Hall element 11 is used as an element for obtaining a pulse output. . As a result, the chip area can be reduced and the size can be reduced. In this way, a rotation sensor excellent in miniaturization and high accuracy can be provided.

詳しく説明する。   explain in detail.

360°の範囲を検出すべく図7のようにした場合において、縦型ホール素子11a,11bを90°位相差をもつように基板上にレイアウトし、得られる2つの信号をarctanの演算をすることで、リニアな360°の出力を得ることができるセンサを1チップ上に構成することができる。しかし、この方法ではホール素子11a,11bの感度が小さいために、得られる信号成分が小さい。すると、ノイズなどの影響によりセンサの精度が悪くなる。これに対し本実施形態では、磁気抵抗素子を用いることにより感度を大きくでき、得られる信号成分を大きくでき、ノイズなどによるセンサの精度の悪化を回避することができる。   In the case shown in FIG. 7 in order to detect the 360 ° range, the vertical Hall elements 11a and 11b are laid out on the substrate so as to have a 90 ° phase difference, and the obtained two signals are subjected to arctan calculation. Thus, a sensor capable of obtaining a linear 360 ° output can be formed on one chip. However, since the sensitivity of the Hall elements 11a and 11b is small in this method, the obtained signal component is small. Then, the accuracy of the sensor deteriorates due to the influence of noise and the like. On the other hand, in this embodiment, the sensitivity can be increased by using the magnetoresistive element, the obtained signal component can be increased, and deterioration of the accuracy of the sensor due to noise or the like can be avoided.

また、この信号成分を強めるために、磁界の強い磁石を用いる方法がある。しかし、磁界の強い磁石を用いることで、磁石のコストがアップしてしまう。これに対し本実施形態では、磁気抵抗素子を用いることにより信号成分を大きくでき、磁界が強い磁石を用いなくてもよい。   In order to strengthen this signal component, there is a method using a magnet with a strong magnetic field. However, using a magnet with a strong magnetic field increases the cost of the magnet. On the other hand, in this embodiment, a signal component can be enlarged by using a magnetoresistive element, and it is not necessary to use a magnet with a strong magnetic field.

また、ホール素子は一般的に使われている素子は横型ホール素子であるために、感磁面がチップ表面に対して垂直な方向であった(チップ表面に垂直な磁場に対する回転を検出するために使われている)。よって、磁界を検出する方向が磁気抵抗素子と90°ずれているために、同一チップに配置しても、所望の出力は得られない。これに対し本実施形態では、縦型ホール素子を用いることで磁界の検出方向を一致させることができる。   In addition, since the Hall element is generally a horizontal Hall element, the magnetosensitive surface is in a direction perpendicular to the chip surface (to detect rotation with respect to a magnetic field perpendicular to the chip surface). Used). Therefore, since the direction in which the magnetic field is detected is shifted by 90 ° from the magnetoresistive element, a desired output cannot be obtained even if they are arranged on the same chip. On the other hand, in the present embodiment, the detection direction of the magnetic field can be matched by using the vertical Hall element.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。   According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

(1)回転センサの構成として、半導体基板10に作り込まれ、半導体基板10の表面に平行な磁界を検出する縦型ホール素子11と、縦型ホール素子11を作り込んだ半導体基板10上に形成され、半導体基板10の表面に平行な磁界の強さにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子12,13と、を備え、縦型ホール素子11の出力信号SG1と磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3を用いて被検出体としてのマグネットロータ1の回転(回転位置)を検出するようにした。よって、1方向からの磁界に対してそれぞれの素子にて同時に検出することができることとなり、磁気抵抗素子に比べて小さな縦型ホール素子を用いることにより小型化に優れた回転センサを提供することができる。   (1) As a configuration of the rotation sensor, a vertical Hall element 11 that is built in the semiconductor substrate 10 and detects a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate 10, and a semiconductor substrate 10 in which the vertical Hall element 11 is built Magnetoresistive elements 12 and 13 that are formed and have resistance values that change depending on the strength of the magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate 10, and are obtained by the output signal SG 1 of the vertical Hall element 11 and the magnetoresistive elements 12 and 13. The rotation (rotation position) of the magnet rotor 1 as the detection object is detected using the signals SG2 and SG3. Therefore, a magnetic field from one direction can be simultaneously detected by each element, and a rotation sensor excellent in miniaturization can be provided by using a vertical Hall element that is smaller than a magnetoresistive element. it can.

(2)従来、磁気抵抗素子は磁界の強度のみを判別し、N極、S極の判別ができない素子であるために、回転に対し180°の周期で出力されるという特徴があり、そのため、45°の位相差をもつように配置した磁気抵抗素子で得られる出力をarctanの演算をすることによりリニア出力に変換した場合、最大0〜180°の範囲でしか角度の検出ができなかった。これに対し本実施形態においては、磁気抵抗素子は、マグネットロータ1の回転に伴う抵抗値変化に位相差をもつ第1および第2の磁気抵抗素子12,13からなり、縦型ホール素子11の出力信号SG1と磁気抵抗素子12,13により得られる信号SG2,SG3を用いて被検出体としてのマグネットロータ1の回転を検出する手段として、第1の磁気抵抗素子12により得られる信号SG2と第2の磁気抵抗素子13により得られる信号SG3をarctanの演算をするarctan演算手段としてのarctan演算器50と、縦型ホール素子11の出力信号SG1をパルス化するパルス化手段としてのパルス化回路51と、arctan演算器50によるarctanの演算をして得た信号と、パルス化回路51による縦型ホール素子11の出力信号SG1をパルス化した信号を合成して0〜360°の角度においてリニアな出力を得る合成手段としての合成器52と、を備える。よって、簡単な構成にて0〜360°の角度においてリニアな出力を得ることができる。   (2) Conventionally, since the magnetoresistive element is an element that determines only the strength of the magnetic field and cannot determine the N pole and the S pole, it has a feature that it is output at a cycle of 180 ° with respect to rotation. When the output obtained by the magnetoresistive element arranged so as to have a phase difference of 45 ° was converted into a linear output by performing an arctan calculation, the angle could be detected only within the range of 0 to 180 ° at the maximum. On the other hand, in the present embodiment, the magnetoresistive element includes the first and second magnetoresistive elements 12 and 13 having a phase difference in the resistance value change accompanying the rotation of the magnet rotor 1. As means for detecting the rotation of the magnet rotor 1 as the detected object using the output signal SG1 and the signals SG2 and SG3 obtained from the magnetoresistive elements 12 and 13, the signal SG2 obtained by the first magnetoresistive element 12 and the second The arctan computing unit 50 serving as an arctan computing means for performing an arctan computation on the signal SG3 obtained by the second magnetoresistive element 13, and a pulse circuit 51 serving as a pulsing means for pulsing the output signal SG1 of the vertical Hall element 11 And the signal obtained by performing the arctan calculation by the arctan calculator 50, and the vertical ho It comprises a combiner 52 as synthesizing means for obtaining a linear output an output signal SG1 in the angle of the pulsed signal synthesis to the 0 to 360 ° of the device 11, the. Therefore, a linear output can be obtained at an angle of 0 to 360 ° with a simple configuration.

(3)磁気抵抗素子12,13はNiFeの薄膜よりなるので、微弱な磁界を検知することができる。   (3) Since the magnetoresistive elements 12 and 13 are made of a NiFe thin film, a weak magnetic field can be detected.

なお、チップ5(基板10)の材料はシリコン以外にも化合物半導体(GaAs、InAs、InSb)でもよい。   The material of the chip 5 (substrate 10) may be a compound semiconductor (GaAs, InAs, InSb) other than silicon.

また、ホール素子11は基板の中に拡散層として構成し、磁気抵抗素子12,13は薄膜のため基板上に構成することができるため、図8に示すように、磁気抵抗素子61の下にホール素子11を重ねて配置してもよい。なお、図8において符号60はシリコン層32と磁気抵抗素子61とを絶縁分離するためのシリコン酸化膜等の絶縁膜である。このように、半導体基板10において磁気抵抗素子61の下に縦型ホール素子11を重ねて配置すると、より小型化することができる。   In addition, since the Hall element 11 is configured as a diffusion layer in the substrate, and the magnetoresistive elements 12 and 13 are thin films and can be configured on the substrate, as shown in FIG. The hall elements 11 may be stacked. In FIG. 8, reference numeral 60 denotes an insulating film such as a silicon oxide film for insulating and separating the silicon layer 32 and the magnetoresistive element 61. As described above, when the vertical Hall element 11 is placed under the magnetoresistive element 61 in the semiconductor substrate 10, the size can be further reduced.

また、ホール素子11のパルス出力の数(図5のパルス化回路51からのパルス数)をカウントすれば、多回転の(360°以上の)検出が可能である。   Further, if the number of pulse outputs of the Hall element 11 (number of pulses from the pulsing circuit 51 in FIG. 5) is counted, multi-rotation (360 ° or more) can be detected.

また、磁気抵抗素子12,13の部分はゲージで構成してもよい。つまり、磁気抵抗値を読むのではなく、図9に示すように、磁気抵抗素子12,13(図9での抵抗R1,R2)を直列に接続し、その中点電位を取り出すようにしてもよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
Moreover, you may comprise the part of the magnetoresistive elements 12 and 13 with a gauge. That is, instead of reading the magnetoresistance value, as shown in FIG. 9, the magnetoresistive elements 12 and 13 (resistors R1 and R2 in FIG. 9) are connected in series and the midpoint potential is taken out. Good.
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

図10には、本実施形態における回転センサの平面図を示す。   In FIG. 10, the top view of the rotation sensor in this embodiment is shown.

図10において、被検出体としてのギヤ70に対し、その外周側の近傍にチップ72が配置されるとともに、さらにその外周側にはバイアス磁石(永久磁石)71が配置されている。チップ72においては左右方向の中央部に縦型ホール素子75が配置され、その両側に磁気抵抗素子73,74が配置されている。縦型ホール素子75は、図3,4で示した構造をなし、磁気抵抗素子73,74に対して位相差をもつように配置されている。このようにして、チップ72(同一基板上)に、2つの磁気抵抗素子73,74と、縦型ホール素子75が配置されている。即ち、縦型ホール素子75が半導体基板(チップ72)に作り込まれ、半導体基板(チップ72)の表面に平行な磁界を検出し、また、半導体基板(チップ72)上に磁気抵抗素子73,74が形成され、半導体基板(チップ72)の表面に平行な磁界の強さにより抵抗値が変化する。   In FIG. 10, a chip 72 is disposed in the vicinity of the outer peripheral side of a gear 70 as a detection object, and a bias magnet (permanent magnet) 71 is further disposed on the outer peripheral side thereof. In the chip 72, a vertical Hall element 75 is disposed at the center in the left-right direction, and magnetoresistive elements 73 and 74 are disposed on both sides thereof. The vertical Hall element 75 has the structure shown in FIGS. 3 and 4 and is disposed so as to have a phase difference with respect to the magnetoresistive elements 73 and 74. In this way, the two magnetoresistive elements 73 and 74 and the vertical Hall element 75 are arranged on the chip 72 (on the same substrate). That is, the vertical Hall element 75 is formed in the semiconductor substrate (chip 72), detects a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate (chip 72), and magnetoresistive elements 73 and 73 are formed on the semiconductor substrate (chip 72). 74 is formed, and the resistance value changes depending on the strength of the magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate (chip 72).

図11には2つの磁気抵抗素子73,74の結線状態を示す。図11において、磁気抵抗素子73はフルブリッジ回路が組まれるとともに磁気抵抗素子74もフルブリッジ回路が組まれている。つまり、磁気抵抗素子73の構成として、電源電圧Vinとグランド(GND)間において4つの抵抗R11,R12,R13,R14が直列に接続され、この直列回路での抵抗R12,R13間の電位(中間電位)が出力電位Vout1となっている。同様に、磁気抵抗素子74の構成として、電源電圧Vinとグランド(GND)間において4つの抵抗R21,R22,R23,R24が直列に接続され、この直列回路での抵抗R22,R23間の電位(中間電位)が出力電位Vout2となっている。   FIG. 11 shows the connection state of the two magnetoresistive elements 73 and 74. In FIG. 11, the magnetoresistive element 73 has a full bridge circuit and the magnetoresistive element 74 also has a full bridge circuit. That is, as the configuration of the magnetoresistive element 73, four resistors R11, R12, R13, R14 are connected in series between the power supply voltage Vin and the ground (GND), and the potential (intermediate) between the resistors R12, R13 in this series circuit. Potential) is the output potential Vout1. Similarly, as the configuration of the magnetoresistive element 74, four resistors R21, R22, R23, and R24 are connected in series between the power supply voltage Vin and the ground (GND), and the potential between the resistors R22 and R23 in this series circuit ( The intermediate potential is the output potential Vout2.

図3,4で示した縦型ホール素子75の等価回路を図12に示す。図12において、ホール素子は抵抗ブリッジとして近似できる。つまり、2つの抵抗R31,R32が直列に接続されるとともに、2つの抵抗R33,R34が直列に接続され、両直列回路における中間電位の差がホール電圧(出力電位)Vhとなる。   An equivalent circuit of the vertical Hall element 75 shown in FIGS. 3 and 4 is shown in FIG. In FIG. 12, the Hall element can be approximated as a resistance bridge. That is, the two resistors R31 and R32 are connected in series, and the two resistors R33 and R34 are connected in series, and the difference between the intermediate potentials in the two series circuits is the Hall voltage (output potential) Vh.

そして、磁気抵抗素子73,74にて得られる信号よりギヤ70の回転位置が検出される。また、縦型ホール素子75の出力信号と、いずれかの磁気抵抗素子73,74にて得られる信号により、ギヤ70の正・逆の回転方向が検出される。つまり、縦型ホール素子75と、磁気抵抗素子73,74との位相差を利用して、磁気抵抗素子73,74により得られる信号と縦型ホール素子75の出力信号におけるパルス波形の立ち上がりの違いを利用してギヤ70の正・逆の回転方向が検出される。   The rotational position of the gear 70 is detected from signals obtained by the magnetoresistive elements 73 and 74. Further, the forward / reverse rotation direction of the gear 70 is detected by the output signal of the vertical Hall element 75 and the signal obtained by any one of the magnetoresistive elements 73 and 74. That is, using the phase difference between the vertical Hall element 75 and the magnetoresistive elements 73 and 74, the difference in the rise of the pulse waveform between the signal obtained by the magnetoresistive elements 73 and 74 and the output signal of the vertical Hall element 75 is obtained. Is used to detect the forward and reverse rotation directions of the gear 70.

詳しくは、縦型ホール素子75の出力信号の2値化後の信号をA相信号とし、磁気抵抗素子73(又は磁気抵抗素子74)の出力信号の2値化後の信号をB相信号としたときにおいて、A相信号の立上りエッジにおけるB相信号のレベルを判定する。A相信号の立上りエッジにおけるB相信号のレベルがHレベルならば正回転であると判定し、また、A相信号の立上りエッジにおけるB相信号のレベルがLレベルならば逆回転であると判定する。   Specifically, the signal after binarization of the output signal of the vertical Hall element 75 is referred to as an A phase signal, and the signal after binarization of the output signal of the magnetoresistive element 73 (or the magnetoresistive element 74) is referred to as a B phase signal. In this case, the level of the B phase signal at the rising edge of the A phase signal is determined. If the level of the B phase signal at the rising edge of the A phase signal is H level, it is determined that the rotation is normal, and if the level of the B phase signal at the rising edge of the A phase signal is L level, it is determined that the rotation is reverse. To do.

このようにして、縦型ホール素子75を回転方向検出用の素子として用いている。これにより、チップサイズを小さくすることができる。具体的には、図13でのチップ110と図10でのチップ72を比較したとき、横方向のサイズは、図13の寸法L2に比べて図10の寸法L1を小さくすることができる(L1<L2)。   In this way, the vertical Hall element 75 is used as an element for detecting the rotational direction. As a result, the chip size can be reduced. Specifically, when the chip 110 in FIG. 13 and the chip 72 in FIG. 10 are compared, the size in the horizontal direction can be made smaller than the dimension L1 in FIG. <L2).

以下、図13,14の場合と、本実施形態とを比較して、詳しく説明する。   Hereinafter, the case of FIGS. 13 and 14 and this embodiment will be compared and described in detail.

図13に示すように、ギヤ100に対しチップ110が離間して配置されるとともにチップ110の背面側にバイアス磁石(永久磁石)120が配置され、チップ110において磁気抵抗素子111,112,113が左右方向に並設されている。左右の磁気抵抗素子111,112に対し中央の磁気抵抗素子113が位相差をもつように配置されている。また、各磁気抵抗素子111,112,113での結線として、図14に示すようにブリッジ回路が組まれている。そして、チップ110において両サイドに配した磁気抵抗素子111,112でギヤ100の回転位置を検出する。また、チップ110において中央部に配した磁気抵抗素子113を用いてギヤ100の正・逆の回転方向を検出する。この際、位相差を利用して中央の磁気抵抗素子113と両サイドの磁気抵抗素子111,112とのパルスの波形の立ち上がりの違いを利用して正逆の回転方向を検出することができる。しかし、この磁気抵抗素子111,112,113でブリッジを構成した場合、ホール素子に比べて検出素子が大きくなり(チップサイズが大きくなり)、コストがアップしてしまう。   As shown in FIG. 13, the chip 110 is disposed apart from the gear 100, and a bias magnet (permanent magnet) 120 is disposed on the back side of the chip 110, and the magnetoresistive elements 111, 112, 113 are arranged on the chip 110. They are juxtaposed in the left-right direction. A central magnetoresistive element 113 is arranged so as to have a phase difference with respect to the left and right magnetoresistive elements 111 and 112. Further, as a connection at each of the magnetoresistive elements 111, 112, and 113, a bridge circuit is assembled as shown in FIG. Then, the rotational position of the gear 100 is detected by the magnetoresistive elements 111 and 112 arranged on both sides of the chip 110. Further, the forward and reverse rotation directions of the gear 100 are detected by using the magnetoresistive element 113 arranged at the center of the chip 110. At this time, using the phase difference, it is possible to detect the forward and reverse rotation directions using the difference in the rise of the pulse waveform between the central magnetoresistive element 113 and the magnetoresistive elements 111 and 112 on both sides. However, when the magnetoresistive elements 111, 112, and 113 form a bridge, the detection element becomes larger (the chip size becomes larger) than the Hall element, and the cost increases.

これに対し、図10の本実施形態では回転方向検出用の素子として縦型ホール素子75を用いることによりチップサイズを小さくすることができる。つまり、図13の回転方向検出用の磁気抵抗素子113を縦型ホール素子75に置き換えることによりチップサイズを小さくすることができる。   On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 10, the chip size can be reduced by using the vertical Hall element 75 as the element for detecting the rotation direction. That is, the chip size can be reduced by replacing the magnetoresistive element 113 for detecting the rotation direction in FIG. 13 with the vertical Hall element 75.

図10に代わりに、図15(a)に示すように、空いたスペースなどに周辺回路76を集積化することも可能であり、この場合、センサシステム全体のコストダウンにもつながる。逆に、図13における位置検出用の磁気抵抗素子111,112を、図15(b)に示すように縦型ホール素子77,78に置き換えて、回転方向の検出のみを磁気抵抗素子79で行うことも可能である。このようにすることでも、チップサイズを小さくすることができる。   Instead of FIG. 10, as shown in FIG. 15A, it is possible to integrate the peripheral circuit 76 in an empty space or the like. In this case, the cost of the entire sensor system is also reduced. Conversely, the position detecting magnetoresistive elements 111 and 112 in FIG. 13 are replaced with vertical Hall elements 77 and 78 as shown in FIG. 15B, and only the rotational direction is detected by the magnetoresistive element 79. It is also possible. This also makes it possible to reduce the chip size.

また、縦型ホール素子は、等価回路で考えると、図12に示すように、素子1つで(ホールプレート1つで)ブリッジが構成できているため、位置検出用として使用してもよく、この場合、図15(c)に示すように磁気抵抗素子81に加えて縦型ホール素子80を一つ使用することでもセンサの構成が可能である。このようにしても磁界をピンポイントでより正確に検出できるとともにチップサイズを小さくすることができる。   In addition, the vertical Hall element can be used for position detection because a bridge can be configured with one element (with one Hall plate) as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 15C, the sensor can be configured by using one vertical Hall element 80 in addition to the magnetoresistive element 81. Even if it does in this way, a magnetic field can be pinpointed more correctly and a chip size can be made small.

また、磁気抵抗素子はNiFeの薄膜以外にも、NiCoの薄膜を用いてもよい。   In addition to the NiFe thin film, the magnetoresistive element may be a NiCo thin film.

また、縦型ホール素子の構成として、図3,4に代わり、図16あるいは図17に示す構成としてもよい。   Moreover, as a structure of a vertical Hall element, it is good also as a structure shown in FIG. 16 or FIG. 17 instead of FIG.

図16において、P型シリコン基板90にNウェル領域91が形成され、Nウェル領域91を囲むようにPウェル領域92が四角環状に形成されている。また、Nウェル領域91内においてPウェル領域93がNウェル領域91を二分割するように形成されている。Pウェル領域92,93はNウェル領域91より浅い。二分割したNウェル領域91の一方の領域において表層部にN領域94,95,96が一直線上に並ぶように形成され、また、二分割したNウェル領域91の他方の領域において表層部にN領域97が形成されている。N領域94〜97はPウェル領域92,93より浅い。N領域94,97が電流供給対を構成するコンタクト領域であり、N領域95,96が電圧出力対を構成するコンタクト領域である。 In FIG. 16, an N well region 91 is formed on a P type silicon substrate 90, and a P well region 92 is formed in a square ring shape so as to surround the N well region 91. A P well region 93 is formed in the N well region 91 so as to divide the N well region 91 into two. P well regions 92 and 93 are shallower than N well region 91. N + regions 94, 95, and 96 are formed in a straight line in one surface of the two-divided N-well region 91, and in the other region of the two-divided N-well region 91 in the surface layer. N + regions 97 are formed. N + regions 94 to 97 are shallower than P well regions 92 and 93. N + regions 94 and 97 are contact regions constituting a current supply pair, and N + regions 95 and 96 are contact regions constituting a voltage output pair.

図17においては図16の構成に対し、さらに、Nウェル領域91においてPウェル領域98が形成され、これによりNウェル領域91が三分割されている。このNウェル領域91での追加した領域(3番目の分割領域)において表層部にN領域99が形成され、N領域99を電流供給対を構成するコンタクト領域として用いている。 In FIG. 17, in addition to the configuration of FIG. 16, a P well region 98 is further formed in the N well region 91, whereby the N well region 91 is divided into three parts. The N + region 99 in a surface layer portion in addition to the area (the third divided area) in the N-well region 91 is formed, it is used as a contact region constituting the current supply to-the N + region 99.

この図16,17の構成においては、CMOS工程で作成しており、バイポーラ工程でないためバイポーラ工程で作成する縦型ホール素子よりもコスト的に有利である。   16 and 17 are produced by a CMOS process and are not a bipolar process, and therefore are more cost-effective than a vertical Hall element produced by a bipolar process.

以上のように、縦型ホール素子は、第1導電型の半導体基板としてのP型シリコン基板90に形成した第2導電型のウェル領域としてのNウェル領域91内においてウェル領域91よりも浅い第1導電型のウェル領域としてのPウェル領域93(98)がウェル領域91を分割するように形成され、ウェル領域91の表層部においてウェル領域93(98)を挟んで電流供給対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域としてのN領域94,97(99)が形成されるとともに電圧出力対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域としてのN領域95,96が形成されている。これによって、ウェル領域を用いることによりコスト的に有利な構成とすることができる。 As described above, the vertical Hall element is shallower than the well region 91 in the N well region 91 as the second conductivity type well region formed in the P type silicon substrate 90 as the first conductivity type semiconductor substrate. A P well region 93 (98) as a well region of one conductivity type is formed so as to divide the well region 91, and a contact constituting a current supply pair sandwiching the well region 93 (98) in the surface layer portion of the well region 91 N + regions 94 and 97 (99) as second conductivity type impurity diffusion regions for use, and N + regions 95 as second conductivity type impurity diffusion regions for contacts constituting a voltage output pair, 96 is formed. Thus, a cost-effective configuration can be obtained by using the well region.

10…半導体基板、11…縦型ホール素子、12…磁気抵抗素子、13…磁気抵抗素子、50…arctan演算器、51…パルス化回路、52…合成器、72…センサチップ、73…磁気抵抗素子、74…磁気抵抗素子、75…縦型ホール素子、77…縦型ホール素子、78…縦型ホール素子、79…磁気抵抗素子、80…縦型ホール素子、81…磁気抵抗素子、90…P型シリコン基板、91…Nウェル領域、92…Pウェル領域、93…Pウェル領域、94〜97…N領域、98…Pウェル領域、99…N領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Vertical Hall element, 12 ... Magnetoresistive element, 13 ... Magnetoresistive element, 50 ... Arctan calculator, 51 ... Pulse circuit, 52 ... Synthesizer, 72 ... Sensor chip, 73 ... Magnetoresistive Element, 74 ... Magnetoresistive element, 75 ... Vertical Hall element, 77 ... Vertical Hall element, 78 ... Vertical Hall element, 79 ... Magnetoresistive element, 80 ... Vertical Hall element, 81 ... Magnetoresistive element, 90 ... P-type silicon substrate, 91 ... N well region, 92 ... P well region, 93 ... P well region, 94 to 97 ... N + region, 98 ... P well region, 99 ... N + region.

Claims (10)

半導体基板に作り込まれ、前記半導体基板の表面に平行な磁界を検出する縦型ホール素子と、前記縦型ホール素子を作り込んだ前記半導体基板上に形成され、前記半導体基板の表面に平行な磁界の強さにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子と、を備え、前記縦型ホール素子の出力信号と前記磁気抵抗素子により得られる信号を用いて被検出体の回転を検出するようにした回転センサにおいて、前記縦型ホール素子及び前記磁気抵抗素子は前記半導体基板の表面に平行な磁界を検出することを特徴とする回転センサ。 Built in a semiconductor substrate, wherein the vertical Hall element for detecting a magnetic field parallel to the semiconductor substrate surface, formed in the vertical Hall element elaborate make the semiconductor substrate, parallel to the surface of the semiconductor substrate And a magnetoresistive element whose resistance value changes depending on the strength of the magnetic field, and the rotation of the detected object is detected using the output signal of the vertical Hall element and the signal obtained by the magnetoresistive element. In the sensor, the vertical Hall element and the magnetoresistive element detect a magnetic field parallel to the surface of the semiconductor substrate. 前記磁気抵抗素子はNiFeの薄膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の回転センサ。   The rotation sensor according to claim 1, wherein the magnetoresistive element is made of a NiFe thin film. 前記磁気抵抗素子はNiCoの薄膜よりなることを特徴とする請求項1に記載の回転センサ。   The rotation sensor according to claim 1, wherein the magnetoresistive element is made of a NiCo thin film. 前記磁気抵抗素子は、前記被検出体の回転に伴う抵抗値変化に位相差をもつ第1および第2の磁気抵抗素子からなり、前記縦型ホール素子の出力信号と前記磁気抵抗素子により得られる信号を用いて前記被検出体の回転を検出する手段として、前記第1の磁気抵抗素子により得られる信号と前記第2の磁気抵抗素子により得られる信号をarctanの演算をするarctan演算手段と、前記縦型ホール素子の出力信号をパルス化するパルス化手段と、前記arctan演算手段によるarctanの演算をして得た信号と、前記パルス化手段による前記縦型ホール素子の出力信号をパルス化した信号を合成して0〜360°の角度においてリニアな出力を得る合成手段と、を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転センサ。 The magnetoresistive element, the result from the first and second magnetoresistive element having a phase difference in the change in resistance caused by the rotation of the detection object obtained output signal of the vertical Hall element and by said magnetoresistive element As a means for detecting the rotation of the detected object using a signal, an arctan calculation means for performing an arctan calculation on the signal obtained by the first magnetoresistive element and the signal obtained by the second magnetoresistive element; Pulsed means for pulsing the output signal of the vertical Hall element, a signal obtained by calculating arctan by the arctan calculating means, and the output signal of the vertical Hall element by the pulsing means pulsed A synthesis means for synthesizing signals to obtain a linear output at an angle of 0 to 360 °, according to any one of claims 1 to 3. Rotation sensor. 前記半導体基板において前記磁気抵抗素子の下に前記縦型ホール素子を重ねて配置してなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転センサ。   5. The rotation sensor according to claim 1, wherein the vertical Hall element is disposed on the semiconductor substrate so as to overlap the magnetoresistive element. 6. 前記縦型ホール素子は、第1導電型の前記半導体基板に形成した第2導電型のウェル領域内において当該第2導電型のウェル領域よりも浅い第1導電型のウェル領域が前記第2導電型のウェル領域を分割するように形成され、前記第2導電型のウェル領域の表層部において前記第1導電型のウェル領域を挟んで電流供給対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域が形成されるとともに電圧出力対を構成するコンタクト用の第2導電型の不純物拡散領域が形成されてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転センサ。 The vertical Hall element, the second conductivity type the first conductivity type well region is the second conductive shallow than the well region of the second conductivity type in the well region of which is formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type A second conductivity type impurity for contact that forms a current supply pair with the well region of the first conductivity type sandwiched between the well regions of the first conductivity type in the surface layer portion of the well region of the second conductivity type 6. The rotation sensor according to claim 1, wherein a diffusion region is formed and an impurity diffusion region of a second conductivity type for contact that constitutes a voltage output pair is formed. 7. 前記半導体基板には、前記磁気抵抗素子が2つ形成され、前記縦型ホール素子が1つ形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転センサ。   The rotation sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein two magnetoresistive elements and two vertical Hall elements are formed on the semiconductor substrate. 前記磁気抵抗素子は第1の磁気抵抗素子と第2の磁気抵抗素子から構成されており、前記第1の磁気抵抗素子に対し前記第2の磁気抵抗素子はその延設方向が45°傾かせて配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の回転センサ。   The magnetoresistive element is composed of a first magnetoresistive element and a second magnetoresistive element, and the extending direction of the second magnetoresistive element is inclined by 45 ° with respect to the first magnetoresistive element. The rotation sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the rotation sensor is arranged. 前記半導体基板には周辺回路が形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の回転センサ。   The rotation sensor according to claim 1, wherein a peripheral circuit is formed on the semiconductor substrate. 前記被検出体としてのマグネットロータは有底円筒状をなすロータボディを有しており、前記ロータボディの内面にはS極永久磁石とN極永久磁石とが対向して配置されているとともに、前記ロータボディの内部における前記S極永久磁石と前記N極永久磁石とが対向する部位には前記回センサが配置されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の回転センサを備えた回転センサ装置。 The magnet rotor as the detected body has a rotor body forming a bottomed cylindrical shape, with being placed opposite and the S-pole permanent magnet and the N pole permanent magnet on the inner surface of the rotor body, according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the portion and the S-pole permanent magnets inside the rotor body and the N pole permanent magnet faces are arranged said rotation sensor A rotation sensor device including the rotation sensor.
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