JP7370231B2

JP7370231B2 - 半導体装置

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Publication number: JP7370231B2
Application number: JP2019215697A
Authority: JP
Inventors: 洋平小川; 紘崇上村
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Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: JP2020165942A

Description

本発明は、半導体装置に関する。

例えば、磁気センサとしてホール素子を用いた半導体装置がある。ホール素子は、非接触で位置や角度を検出可能な磁気センサとして様々な用途に用いられている。また、ホール素子には、縦型ホール素子と横型ホール素子とがある。このうち、横型ホール素子は、素子表面に対して垂直な磁場成分を検出する磁気センサである。一方、縦型ホール素子は、素子表面に対して平行な磁場成分を検出する磁気センサである。さらに、横型ホール素子と縦型ホール素子とを組み合わせて、２次元的又は３次元的に磁場を検出する磁気センサも提案されている。

ところで、上述した縦型ホール素子は、横型ホール素子に比べて製造ばらつきによる影響を受け易く、感度やオフセット電圧特性について、横型ホール素子よりもばらつきが大きくなり易い。

このような特性のばらつきを較正するため、縦型ホール素子の近傍に励磁配線を配置し、この励磁配線に一定の電流を流すことによって、所定の強度を有する磁場（以下、「較正磁場」とする）を縦型ホール素子の感磁部に印加し、この感磁部における感度を推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、特許文献１に記載の発明では、較正磁場の強度を変化させ、縦型ホール素子から出力されるホール電圧の変化を測定することによって、感磁部における実際の感度を推定している。

また、特許文献１に記載の発明では、縦型ホール素子における感磁部の中心に対して励磁配線の中心を水平方向にずらすこと、すなわち励磁配線の中心と感磁部の中心との水平方向の距離を離すことが行われている。これにより、半導体装置の製造中におけるプロセス変動による励磁配線の幅等のばらつきによって、励磁配線が発生する較正磁場の強度のばらつきを抑制している。

米国特許第９１１６１９２号明細書

しかしながら、上述した特許文献１に記載の発明では、励磁配線と感磁部とが、水平方向に離隔されて配置されているため、以下のような問題が発生する。励磁配線に流れる電流により発生する較正磁場の強度は、励磁配線からの距離に反比例するため、感磁部と励磁配線との距離が大きくなるほど、感磁部に印加される較正磁場の強度が低くなる。

感磁部に印加される較正磁場の強度が低くなると、縦型ホール素子から出力されるホール電圧の変化が小さくなる。したがって、特許文献１に記載の発明では、感磁部に印加される較正磁場の強度のばらつきは抑制できたとしても、較正磁場の強度が低くなるため、感磁部における実際の感度を推定する精度が低下してしまう。

この対策として、励磁配線に流す電流を増加し、感磁部に印加される較正磁場の強度を高めることが考えられる。しかしながら、励磁配線に流す電流を増加させると、励磁配線の発熱量が増大する。

また、特許文献１に記載の発明では、励磁配線の中心を感磁部の中心から水平方向に大きくずらしているため、感磁部の周辺に配置された周辺回路と励磁配線との距離が近くなる。この場合、周辺回路は、近接する励磁配線から熱の影響を受ける。具体的には、励磁配線の発熱によって、周辺回路に非対称な温度分布が生じ、この周辺回路の特性が変動する。したがって、励磁配線に流す電流を増加させた場合も、感磁部における実際の感度を推定する精度が低下してしまう。

なお、励磁配線と周辺回路との距離を大きくすれば、周辺回路の特性が変動することを抑制することは可能であるが、半導体装置の所要面積を増大させ、コストの増加を招くため現実的ではない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、感磁部に印加される較正磁場の発生効率を高めつつ、その較正磁場の強度のばらつき及び周辺回路の熱による特性変動を抑制する半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、第１方向に対して垂直な表面を含む半導体基板と、第１方向に深さと、第１方向に対して垂直な第２方向に幅と、第１方向及び第２方向の双方向に対して垂直な第３方向に奥行と、を有する感磁部を含み、半導体基板に設けられた縦型ホール素子と、第２方向に、第１の端面及び第２の端面を有し、第３方向に沿って延びる励磁配線と、を備え、励磁配線は、半導体基板の表面側に、感磁部から離間した位置であって、第１方向からの平面視において、感磁部の幅の中心と重なる位置に配置され、励磁配線が配置される位置は、平面視において、感磁部の幅の中心から第１の端面までの距離が、感磁部の幅の中心から第２の端面までの距離以下となる位置であり、感磁部の幅をＷとし、平面視において、感磁部の幅の中心から第１の端面までの距離をＷｃ／２とし、感磁部の深さの中心から励磁配線までの距離をｈとしたときに、下記（１）式の関係を満たすｕが０．６以上であることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置によれば、較正磁場を発生させる励磁配線と感磁部とを適切な関係で配設することにより、感磁部に印加される較正磁場の発生効率を高めつつ、強度のばらつき及び周辺回路の熱による特性変動を抑制することができる。

第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。本実施形態に係る半導体装置のＩＩ－ＩＩ線断面図である。本実施形態に係る半導体装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線要部断面図である。実施形態に係る半導体装置の原理を説明する説明図である。感磁部に印加される較正磁場の面内方向における強度の分布を示すグラフである。均一性と感磁部に印加される較正磁場の強度のばらつきとの関係を示すグラフである。第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。本実施形態に係る半導体装置のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明で用いている、左、右、上及び下等の方向は、図示された状態に基づく方向である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置１Ａの構成を示す平面図である。図２は、半導体装置１Ａの図１中に示す切断線ＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図（ＩＩ－ＩＩ線断面図）である。図３は、図１中に示す切断線ＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う半導体装置１Ａの要部の断面図（ＩＩＩ－ＩＩＩ線要部断面図）である。なお、図１においては、説明の便宜上、絶縁層６ａ、６ｂを省略した状態を示している。

半導体装置１Ａは、図１、図２および図３に示すように、半導体基板２と、感磁部３ａを含み、半導体基板２に設けられた縦型ホール素子３と、感磁部３ａの上方に設けられた励磁配線４と、を備えている。

半導体基板２は、Ｐ型及びＮ型の一方である第１の導電型（例えばＰ型）を有している。また、半導体基板２は、第１方向としての深さ方向に対して垂直な表面Ｓを含んでいる。ここで、深さ方向は、ｘｙｚ三次元直交座標系のｚ方向に対して平行な方向である。半導体基板２には、縦型ホール素子３と、拡散層８と、が設けられている。

縦型ホール素子３は、素子表面に対して平行な磁場成分を検出する感磁部３ａと、感磁部３ａの上部に配置される、複数（例えば、本実施形態では５つ）の電極７と、を有している。電極７は、第２方向としての幅方向に所定の長さ（幅）をもち、第３方向としての奥行方向に並んで配置されている。ここで、幅方向は、深さ方向に対して垂直な方向であり、ｘ方向に対して平行な方向である。また、奥行方向は、深さ方向及び幅方向の双方向に対して垂直な方向であり、ｙ方向に対して平行な方向である。

感磁部３ａは、例えば、第１の導電型を有する半導体基板２に、Ｐ型とＮ型との何れか他方である第２の導電型（例えばＮ型）の不純物を注入することによって設けられる半導体層（ウェル）である。感磁部３ａは、所定の奥行、幅及び深さをもって、立体的に形成されている。感磁部３ａは、幅方向において対向する端面３ａＲ及び端面３ａＬを有している。端面３ａＲと端面３ａＬとの距離は、感磁部３ａの幅Ｗに相当する。両方の端面３ａＲ、３ａＬの幅方向における中点、すなわち幅方向における中心を結んだ線は、感磁部３ａの幅方向における中心線である。感磁部３ａの幅方向における中心線は、奥行方向に延びている。

図１～図３に例示した感磁部３ａは、幅Ｗ（Ｗ＞０）、表面Ｓからの深さＴ（Ｔ＞０）、幅Ｗよりも長い奥行をもって形成されている。なお、深さＴは半導体基板２の深さ方向における長さよりも短く設定されている。
また、感磁部３ａは、幅方向の磁場成分を検出する機能を有している。縦型ホール素子３は、幅方向の磁場成分が感磁部３ａに印加されたとき、その磁場成分に応じたホール電圧を電極７の間で出力する。

縦型ホール素子３は、感磁部３ａの周囲を囲むように設けられた拡散層８によって、半導体基板２の他の領域とは電気的に分離されている。なお、半導体基板２の他の領域には、周辺回路として、縦型ホール素子３からの出力信号を処理する回路や、縦型ホール素子３へと電流を供給する回路、縦型ホール素子３の特性を較正磁場によって補償する回路などが設けられている。

半導体基板２の表面Ｓには、絶縁層６ａ、６ｂが積層されている。絶縁層６ｂは、半導体基板２の表面Ｓを覆うように設けられている。励磁配線４は、この絶縁層６ｂの上に設けられている。励磁配線４は、絶縁層６ｂによって、縦型ホール素子３と電気的に分離されている。絶縁層６ａは、絶縁層６ｂの上に励磁配線４を覆うように設けられている。

励磁配線４は、半導体基板２の表面Ｓ側に、感磁部３ａから離間して設けられている。励磁配線４は、幅方向に、第１の端面としての端面４Ｒと、第２の端面としての端面４Ｌと、を有し、奥行方向に沿って延びている。端面４Ｒと端面４Ｌとの距離は、励磁配線４の幅に相当する。また、端面４Ｒと端面４Ｌとの幅方向における中点、すなわち中心を結んだ線は、励磁配線４の幅方向における中心線を成す。励磁配線４の幅方向における中心線は、奥行方向に延びている。また、励磁配線４は、不図示の電源に接続されている。

励磁配線４と感磁部３ａとの位置関係について詳細に説明する。半導体装置１Ａでは、励磁配線４と感磁部３ａとが所定の位置関係をもつように、励磁配線４を配置する位置が決められている。励磁配線４は、深さ方向において、半導体基板２の表面Ｓ側に位置する下面を有している。励磁配線４は、深さ方向において、感磁部３ａの深さ方向における中心、すなわち感磁部３ａの深さＴに対して１／２倍の深さＴ／２の位置から励磁配線４の下面まで距離ｈを隔てた位置に配置されている。感磁部３ａの深さＴ／２の位置は、図２及び図３において、二点鎖線Ｃで示されている。

ここで、説明を簡略するため、感磁部３ａの幅方向における中心を「感磁部３ａの幅方向中心」と呼称する。また、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅方向中心から励磁配線４の幅方向に対向する両端面までの距離のうち、近い又は等しい端面までの距離を「第１距離」と呼称し、遠い又は等しい端面までの距離を「第２距離」と呼称する。さらに、第１距離を、距離Ｗｃ／２と定義する。

半導体装置１Ａでは、下記（１）式の指標（以下、「均一性」とする）ｕに基づいて、励磁配線４を配置する位置が決められている。より具体的に説明すれば、励磁配線４は、均一性ｕが０．６以上となる位置に配置される。均一性ｕは、第１距離に相当する距離Ｗｃ／２、感磁部３ａの幅Ｗ及び距離ｈを用いて、下記（１）式で表される。

さらに、励磁配線４は、深さ方向からの平面視において、第１距離と第２距離とが等しい位置に配置される。この励磁配線４の位置は、励磁配線４の幅方向における中心線と感磁部３ａの幅方向における中心線とが一致する位置である。言い換えると、励磁配線４は、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅方向における中心線に対して対称な位置に配設されている。

次に、図４を参照して、上記（１）式の技術的意味を説明する。
図４（ａ）は図２に示した構成のうち、感磁部３ａ及び励磁配線４を抜き出して感磁部３ａ及び励磁配線４の位置関係を示す説明図である。図４（ａ）に示される二点鎖線Ｃは、感磁部３ａの深さＴ／２の位置を表している。この二点鎖線Ｃは、感磁部３ａの幅方向における中心線、端面３ａＲ及び端面３ａＬと、それぞれ、点Ｘ₀、点Ｘ_R及び点Ｘ_Lで交わっている。

まず、上記（１）式の技術的意味を説明をするにあたり、座標ｘｓを設定する。座標ｘｓは、二点鎖線Ｃと感磁部３ａの幅方向における中心線との交点である点Ｘ₀の位置を基準に設定する。すなわちｘｓ＝０のとき、座標ｘｓは、点Ｘ₀と一致とする。座標ｘｓは、二点鎖線Ｃ上において、点Ｘ₀から離れる方向に数値をとる。座標ｘｓの数値は、二点鎖線Ｃ上に位置する点の点Ｘ₀からの距離を表す。
図４（ａ）の構成において、励磁配線４に電流密度ｊの電流を流したときに発生する較正磁場の、座標ｘｓでの磁場強度Ｂｓは、以下の（２）式で表される。ここで、αは係数である。

感磁部３ａに印加される較正磁場の強度の幅方向の均一性は、感磁部３ａ内の二点鎖線Ｃ上において大きさが最大となる点と最小となる点との２点における較正磁場の強度の大きさを比較することによって評価することができる。図４（ａ）に例示した位置関係にある感磁部３ａでは、点Ｘ_Rと点Ｘ_Lとが、励磁配線４の幅方向における中心に対して対称な位置にある。励磁配線４によって発生する較正磁場の強度Ｂｓの場合、そのｘ方向成分の大きさは、幅方向の中心に位置する点Ｘ₀で最大となり、点Ｘ_R及び点Ｘ_Lの２点で共に最小となる。従って、点Ｘ₀における較正磁場の強度の大きさと、点Ｘ_R又は点Ｘ_Lにおける較正磁場の強度の大きさとを比較することによって、感磁部３ａにおける較正磁場の強度の幅方向の均一性を評価することができる。

続いて、感磁部３ａ内の二点鎖線Ｃ上において、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点が１つになる場合を説明する。

較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点が１つになる場合とは、第１距離が第２距離未満となる場合、すなわち第１距離と第２距離とが等しくない場合である。この構成は、理論的には、励磁配線４に対して、励磁配線４と同等の励磁配線１４を幅方向に追設した構成と等価に考えることができる。そこで、励磁配線４に対して励磁配線１４を幅方向に追設した構成を例に、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点が１つになる場合を説明する。

図４（ｂ）は、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点が１つになる場合を模擬した感磁部３ａ及び励磁配線２４（励磁配線４、１４）の位置関係を示す説明図である。

励磁配線１４は、幅方向に対向する右端面及び左端面を有しており、右端面が励磁配線４の左端面に接して配置されている。励磁配線４及び励磁配線１４が発生する較正磁場の総和は、１本の励磁配線２４が発生する較正磁場と等しい。従って、励磁配線４と同じ電流密度で励磁配線１４に電流が流れる場合、励磁配線４及び励磁配線１４を、１本の励磁配線２４とみなすことができる。

励磁配線４及び励磁配線１４を、１本の励磁配線２４とみなせば、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅方向における中心から端面４Ｒまでの距離Ｗｃ／２が励磁配線２４にとっての第１距離となり、感磁部３ａの幅方向における中心から端面１４Ｌまでの距離が励磁配線２４にとっての第２距離となる。この場合、第１距離は第２距離未満である。従って、当該平面視において、励磁配線２４の幅方向における中心は、感磁部３ａの幅方向における中心に一致しない。すなわち、点Ｘ_R及び点Ｘ_Lは、励磁配線２４の幅方向における中心に対して非対称な位置にある。励磁配線２４によって発生する較正磁場の強度Ｂａｓは、励磁配線４によって発生する較正磁場の強度Ｂｓに対して、強度分布が異なる。

上述の通り、感磁部３ａに印加される較正磁場の強度Ｂａｓの幅方向の均一性は、二点鎖線Ｃ上において大きさが最大となる点と最小となる点との２点における較正磁場の強度の大きさを比較することによって評価することができる。ここで、図４（ｂ）に例示した位置関係にある感磁部３ａでは、励磁配線１４によって形成される較正磁場の強度が点Ｘ_R、Ｘ_Lの較正磁場の強度に影響を及ぼす。点Ｘ_R、Ｘ_Lにおける較正磁場の強度への影響は、励磁配線１４からより距離が近い点Ｘ_Lで相対的に大きく、より距離が遠い点Ｘ_Rで相対的に小さい。従って、点Ｘ_Lにおける磁場強度は、点Ｘ_Rにおける磁場強度よりも大きく、点Ｘ₀における較正磁場の強度により近い大きさとなる。すなわち、図４（ｂ）に例示した感磁部３ａでは、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさは、点Ｘ_Rにおいて最小となる。

なお、端面１４Ｌが端面４Ｒに接して配置される場合、上述した励磁配線１４の右端面が励磁配線４の左端面に接して配置される場合に対して、左右が逆になる。すなわち、この場合、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさは、点Ｘ_Lにおいて最小となる。
また、上記式（１）で表される均一性ｕが０．６以上の場合、感磁部３ａにおける較正磁場の強度のｘ方向成分の最大値は、点Ｘ₀における較正磁場の強度とほぼ一致する。一方、較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点は、励磁配線１４が励磁配線４の左端面及び右端面の何れの端面に接して配置される場合においても、点Ｘ_R及びＸ_Lの少なくとも一方に現れる。

上述したように、第１距離と第２距離とが等しい場合（図４（ａ）の場合）、感磁部３ａにおいて較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点は、点Ｘ_R及びＸ_Lの両方である。また、第１距離が第２距離未満の場合（図４（ｂ）の場合）、感磁部３ａにおいて較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点は、点Ｘ_R、Ｘ_Lのうち、感磁部３ａの幅方向中心に対して励磁配線１４と非接触な励磁配線４の端面が位置する側の点である。言い換えれば、励磁配線２４の幅方向における両端面のうち、感磁部３ａの幅方向中心から近い端面が位置する側の点である。
従って、図４（ｂ）に示すように、励磁配線１４の右端面が励磁配線４の左端面に接して配置されている場合、感磁部３ａにおける較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点は、点Ｘ_Rである。これとは逆に、励磁配線１４の左端面が励磁配線４の右端面に接して配置されている場合、感磁部３ａにおける較正磁場の強度のｘ方向成分の大きさが最小となる点は、点Ｘ_Lである。

上述したこのような考察から、感磁部３ａにおける較正磁場の強度の幅方向の均一性は、図４（ａ）及び図４（ｂ）の何れの場合においても、平面視して、感磁部３ａの点Ｘ₀における較正磁場の強度と、感磁部３ａの幅方向中心から幅方向に第１距離を隔てて位置する点Ｘ_R又は点Ｘ_Lにおける較正磁場の強度とを比較することによって評価することができるといえる。特に、均一性ｕが０．６以上の場合、励磁配線１４が形成する較正磁場が点Ｘ₀、点Ｘ_L又はＸ_Rにおける較正磁場の強度に与える影響は小さいため、励磁配線２４が形成する較正磁場の強度Ｂａｓの均一性は、励磁配線４のみを考えた場合の較正磁場の強度Ｂｓの均一性で近似することができる。

励磁配線４、２４に電流が流れることによって、励磁配線４、２４の周囲には較正磁場が発生する。較正磁場は、感磁部３ａに印加される。較正磁場の強度は、励磁配線４、２４に流れる電流密度の大きさに比例する。また、較正磁場の強度は、励磁配線４、２４との距離に反比例する。二点鎖線Ｃ上の座標ｘｓでの較正磁場の強度Ｂｓ、Ｂａｓは、上述した（２）式で表される。縦型ホール素子３のセンサ感度は、（２）式に示される較正磁場の強度Ｂｓ又はＢａｓの計算結果を基に推定する。

励磁配線４、２４は、ｙ方向と平行な奥行方向に沿って延びるように配置されることが好ましい。当該構成により励磁配線４、２４が感磁部３ａに印加する較正磁場の強度Ｂｓ，Ｂａｓが感磁部３ａの奥行方向で均等となる。

上記（１）式に示す均一性ｕは、端面３ａＲにおける較正磁場の強度を感磁部３ａの幅方向における中心、すなわち点Ｘ₀における較正磁場の強度で除した値に相当する。均一性ｕの値は、０＜ｕ≦１をとり、１に近いほど、感磁部３ａに印加される較正磁場の強度の均一性が高く、０に近いほど、感磁部３ａに印加される較正磁場の強度の均一性が低い。

励磁配線４は、上述したように、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅方向中心と少なくとも一部が重なるように配置されていればよいが、感磁部３ａの一部と重なるように配置されるよりも、感磁部３ａを覆うように配置される方が好ましい。また、距離Ｗｃ／２と感磁部３ａの幅Ｗとの関係は、感磁部３ａの幅Ｗと距離ｈとの関係によって好適な範囲が異なる。
例えば、ｈ／ｗ＝０．３であれば、Ｗｃ／Ｗは１以上とすることが好ましく、１．４以上とすることがより好ましい。また、ｈ／ｗ＝０．５であれば、Ｗｃ／Ｗは０．７以上とすることが好ましく、１．４以上とすることがより好ましい。ｈ／ｗ＝０．１であれば、Ｗｃ／Ｗは１．０５以上であることが好ましく、１．２以上とすることがより好ましい。上記好適な範囲は、均一性ｕを０．６以上とすることで実現できる。

図５は、半導体装置１Ａにおいて距離Ｗｃ／２を変化させたときの感磁部３ａにおける較正磁場の強度の面内方向における分布について、シミュレーションを行った結果を示したグラフである。感磁部３ａに印加される較正磁場の強度の座標ｘｓにおける分布は、感磁部３ａの深さＴ／２の位置、すなわち励磁配線４の下面から距離ｈを隔てた位置における幅方向の磁場の分布に対応する。また、横軸は座標ｘｓ、縦軸は較正磁場の強度である。

較正磁場の強度は、励磁配線４の下面からの距離ｈを２．２μｍとした場合であって、距離Ｗｃを２０μｍ、３０μｍとした２つ場合をそれぞれ示した。半導体装置１Ａでは、第１距離と第２距離とが等しいので、距離Ｗｃは励磁配線４の幅に相当する。

磁場強度分布は、点Ｘ₀の近くに現れる勾配が緩やかな領域ＲＡと領域ＲＡに比べて勾配が急峻な領域ＲＢとを有する。図５のグラフでは、励磁配線４の幅に相当する距離Ｗｃが３０μｍの場合における、領域ＲＡ及び領域ＲＢを示した。

図５は、距離Ｗｃがそれぞれ２０μｍ、３０μｍの場合であって、距離ｈが２．２μｍの場合における磁場強度分布を例示したが、何れの磁場強度分布にも領域ＲＡ及び領域ＲＢは存在している。また、例示した条件以外の距離Ｗｃ及び距離ｈを採る場合においても、領域ＲＡ及び領域ＲＢは、その大きさや勾配に違いはあるものの、距離Ｗｃ及び距離ｈの如何に関わらず、存在することが確認された。そうすると、感磁部３ａの幅Ｗを領域ＲＡ内に収まるように決めることによって、均一性ｕを高くすることができるといえる。

例えば、Ｗｃ＝３０μｍ、ｈ＝２．２μｍの場合、図５に基づくと、感磁部３ａの幅Ｗが２０μｍ（図５の領域ＲＡの１０μｍの２倍）より小さいとき、均一性ｕが高いことが推測される。
このことは、距離Ｗｃと、幅Ｗと、距離ｈとを、感磁部３ａが領域ＲＡ内に収まるように選択することによって、感磁部３ａにおける均一性ｕが高くなることを意味している。
均一性ｕが０．６以上となるように感磁部３ａ及び励磁配線４を配置することで、感磁部３ａには、主に領域ＲＡの較正磁場が印加され、領域ＲＢの較正磁場の影響を十分小さくすることができる。半導体装置１Ａは、このように配置された感磁部３ａ及び励磁配線４を備えることによって、感磁部３ａに印加される較正磁場のばらつきを低減することができる。以下、その理由を説明する。

均一性ｕの値が小さい場合、感磁部３ａの幅方向における端面３ａＲ、３ａＬが領域ＲＢに含まれる。端面３ａＲ、３ａＬが領域ＲＢに含まれている場合、製造プロセス等で感磁部３ａの幅Ｗがばらつくと、端面３ａＲ、３ａＬにそれぞれ印加される較正磁場の強度は大きくばらつく。その結果、感磁部３ａに印加される較正磁場の総量が急峻に変化する。

図６は、半導体装置１Ａにおいて、感磁部３ａの幅Ｗがその５％以内でばらついたときの磁場強度Ｂのばらつき量をΔＢとして、較正磁場の強度の均一性ｕを変化させたときにおける磁場強度Ｂのばらつき率を示すΔＢ／Ｂ（以下、「磁場強度ばらつき」とする）［％］について、シミュレーションを行った結果を示したグラフである。
横軸は均一性ｕ、縦軸は磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂである。均一性ｕは、距離ｈを、４μｍ、６μｍ、８μｍと、それぞれ一定に保ったまま、上述した（１）式における（Ｗｃ／２）を調整することによって変化させた。磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂの基準となる磁場強度Ｂには、感磁部３ａの幅Ｗが２０μｍの場合における端面３ａＲ及び端面３ａＬの間における磁場強度の平均値を用いた。磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂは、上記平均値を基準とし、幅Ｗ＝２０μｍに対して±５％以下、すなわち１９μｍ≦Ｗ≦２１μｍでばらついた際のシミュレーション結果である。感磁部３ａの幅Ｗのばらつきは、例えば、不純物インプラント後の拡散工程、拡散層との接合における空乏層幅、テスト温度などによって決定される。

図６に示される磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂは、距離ｈが８μｍの場合、均一性ｕが０．６未満で急激に増大する。距離ｈが６μｍ、４μｍの場合も距離ｈが８μｍの場合と同様の傾向が確認される。磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂは、距離ｈが６μｍの場合、均一性ｕが０．５５未満で急激に増大し、距離ｈが４μｍの場合、均一性ｕが０．５未満で急激に増大する。
このような磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂが急激に増大する、均一性ｕの範囲は、図５に示すグラフとの関係で説明すれば、感磁部３ａの一端が、領域ＲＢに含まれる場合に相当する。従って、磁場強度ばらつきΔＢ／Ｂの急増を抑制するためには、感磁部３ａに領域ＲＡの較正磁場のみが印加されるように半導体装置１Ａを構成すればよい。すなわち、均一性ｕが０．６以上となるように半導体装置１Ａを構成すればよい。

以上のように、半導体装置１Ａでは、均一性ｕを０．６以上とすることで感磁部３ａに印加される較正磁場は、領域ＲＡの較正磁場のみが印加される構成にすることができる。

本実施形態に係る半導体装置によれば、上記構成を含むことによって、感磁部３ａに印加される較正磁場の強度のばらつきを抑制することができる。また、本実施形態に係る半導体装置によれば、励磁配線４と感磁部３ａとの幅方向における距離を短くできるため、磁場発生効率が高い。さらに、本実施形態に係る半導体装置によれば、励磁配線４を感磁部３ａの幅方向中心から近い位置に配置できるので、励磁配線４を周辺回路から離すことができ、励磁配線４の発熱が周辺回路に及ぼす熱的影響を小さくすることができる。従って、本実施形態に係る半導体装置によれば、例えば、周辺回路に非対称な温度分布が発生する等の、周辺回路の熱による特性変動を抑制することができる。故に、本実施形態に係る半導体装置によれば、縦型ホール素子３のセンサ感度を高精度に推定することができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る半導体装置１Ｂの構成を示す平面図である。図８は、半導体装置１Ｂの図７中に示す切断線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩに沿う断面図（ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図）である。なお、図７においては、説明の便宜上、絶縁層６ａ、６ｂを省略した状態を示している。
半導体装置１Ｂは、半導体装置１Ａに対して、励磁配線４の代わりに励磁配線２４を備える点で相違するが、その他の点については実質的に相違しない。以下の説明では、半導体装置１Ａと同等の部位については、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

励磁配線２４は、励磁配線４と同様に、幅方向に、第１の端面としての端面２４Ｒと、第２の端面としての端面２４Ｌと、を有し、奥行方向に沿って延びている。励磁配線２４は、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離が距離Ｗｃ／２となる位置に配置されている。また、励磁配線２４は、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離が、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離よりも短い位置に配置されている。すなわち、半導体装置１Ｂでは、励磁配線２４が、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離Ｗｃ／２が第１距離、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離が第２距離、となるように配置されている。
上記配置では、平面視において、感磁部３ａの幅方向における中心に位置する点Ｘ₀が、励磁配線２４の少なくとも一部と重なるが、励磁配線２４の幅方向の中心に一致しない。すなわち、半導体装置１Ｂでは、平面視において、励磁配線２４が、感磁部３ａの幅方向における中心線に対して非対称に配設されている。

半導体装置１Ｂは、励磁配線２４の第１距離に相当する距離Ｗｃ／２、感磁部３ａの幅Ｗ、感磁部３ａの深さ方向における中心から励磁配線２４の下面までの距離ｈを用いて、上記（１）式で表される均一性ｕが０．６以上となるように構成されている。なお、本実施形態において上記（１）式で表される均一性ｕは、感磁部３ａの幅方向における端面３ａＬ、３ａＲ上の点であって二点鎖線Ｃと交わる点Ｘ_L、Ｘ_Rのうち、励磁配線２４の幅方向における中心から遠い側に位置する点Ｘ_Rに印加される較正磁場の強度を点Ｘ₀に印加される較正磁場の強度で除した値である。
ここで、説明を簡略化するため、図４（ｂ）を参照して、上述したように、励磁配線２４を、励磁配線４と励磁配線１４とで構成されているとみなし、励磁配線４に相当する部分を「対称部」と呼称し、励磁配線１４に相当する部分を「非対称部」と呼称する。

半導体装置１Ｂは、均一性ｕが０．６以上に構成されているため、上述したように、励磁配線２４のうち、非対称部分に流れる電流が作る較正磁場が点Ｘ₀、点Ｘ_L又はＸ_Rにおける較正磁場の強度に与える影響は小さい。従って、対称部の他に非対称部をさらに有する励磁配線２４が形成する較正磁場の強度Ｂａｓの均一性は、励磁配線４のみを考えた場合の較正磁場の強度Ｂｓの均一性で近似することができる。

以上のように、半導体装置１Ｂでは、均一性ｕを０．６以上とすることで、感磁部３ａに印加される較正磁場は、主に領域ＲＡの較正磁場が印加される構成にすることができる。均一性ｕを０．６以上とする構成を含むことによって、感磁部３ａに印加する較正磁場の強度Ｂａｓの均一性を高くすることができる。

本実施形態に係る半導体装置によれば、励磁配線２４と感磁部３ａとの水平方向の距離を小さくすることができるため、磁場発生効率が高い。さらに、本実施形態に係る半導体装置によれば、励磁配線２４を感磁部３ａの幅方向中心から近い位置に配置できるので、励磁配線２４を周辺回路から離すことができ、励磁配線２４の発熱が周辺回路に及ぼす熱的影響を小さくすることができる。従って、本実施形態に係る半導体装置によれば、例えば、周辺回路に非対称な温度分布が発生する等の、周辺回路の熱による特性変動を抑制することができる。故に、本実施形態に係る半導体装置によれば、縦型ホール素子のセンサ感度を高精度に推定することができる。故に、本実施形態に係る半導体装置によれば、縦型ホール素子３のセンサ感度を高精度に推定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した説明において示される材質、寸法等は、一例であって、それらに限定されるものではない。

上述した実施形態において、励磁配線４、２４が、幅方向において、感磁部３ａの直上のうち一部の領域に配置される半導体装置１Ａ、１Ｂの構成を図示して説明したが、半導体装置１Ａ、１Ｂは、この例に限定されない。半導体装置１Ａにおいて、励磁配線４は、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅の少なくとも一部と重なって配置されていればよく、感磁部３ａの全部と重なって配置されていてもよい。また、半導体装置１Ｂにおいて、励磁配線２４は、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅の少なくとも一部と重なって配置されていればよく、感磁部３ａの全部と重なって配置されていてもよい。

なお、均一性ｕを高める観点からは、上記平面視において、感磁部３ａの幅の一部と重なって励磁配線４、２４が配置される半導体装置１Ａ、１Ｂよりも、感磁部３ａの幅の全部と重なって励磁配線４、２４が配置される半導体装置１Ａ、１Ｂの方が好ましい。

また、上述した実施形態において、直線状に形成される励磁配線４を説明したが、励磁配線４は、必ずしも奥行方向の全体に亘って直線状に形成されている必要はない。励磁配線４は、表面Ｓからの平面視において、少なくとも感磁部３ａと重なる部分が直線状に形成されていればよく、他の部分は必ずしも直線状に形成されていることを要しない。

上述した実施形態において、第１距離と第２距離とが等しい場合（図４（ａ））及び第１距離が第２距離未満の場合（図４（ｂ））、すなわち第１距離が第２距離以下の場合（図４）を説明している。また、第１距離が第２距離未満の場合の例として、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離が感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離よりも短い位置に配置された励磁配線２４を備える半導体装置１Ｂを説明している。しかしながら、本発明は、この例に限定されない。半導体装置１Ｂにおいて、励磁配線２４は、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離が、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離よりも短くなるように配置されてもよい。

感磁部２ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離が感磁部３ａまでの幅方向中心から端面２４Ｒまでの距離よりも短くなるように励磁配線２４が配置される場合、深さ方向からの平面視において、感磁部３ａの幅方向中心から、端面２４Ｌまでの距離が第１距離であり、端面２４Ｒまでの距離が第２距離である。また、距離Ｗｃ／２は、感磁部３ａの幅方向中心から端面２４Ｌまでの距離に相当する。

上述した実施形態は、様々な形態で実施可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、省略、置換等、種々の変更が可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１Ａ、１Ｂ：半導体装置、２：半導体基板、３：縦型ホール素子、３ａ：感磁部、４、２４：励磁配線、６ａ、６ｂ：絶縁層、７：電極、８：拡散層。

Claims

第１方向に対して垂直な表面を含む半導体基板と、
前記第１方向に深さと、前記第１方向に対して垂直な第２方向に幅と、前記第１方向及び前記第２方向の双方向に対して垂直な第３方向に奥行と、を有する感磁部を含み、前記半導体基板に設けられた縦型ホール素子と、
前記第２方向に、第１の端面及び第２の端面を有し、前記第３方向に沿って延びる励磁配線と、を備え、
前記励磁配線は、前記半導体基板の表面側に、前記感磁部から離間した位置であって、前記第１方向からの平面視において、前記感磁部の幅の中心と重なる位置に配置され、
前記励磁配線の幅は、前記感磁部の幅よりも狭く、
前記励磁配線が配置される位置は、前記平面視において、前記感磁部の幅の中心から前記第１の端面までの距離が、前記感磁部の幅の中心から前記第２の端面までの距離未満となる位置であり、
前記感磁部の幅をＷとし、前記平面視において、前記感磁部の幅の中心から前記第１の端面までの距離をＷｃ／２とし、前記感磁部の深さの中心から前記励磁配線の下面までの距離をｈとしたときに、下記（１）式の関係を満たすｕが０．６以上であることを特徴とする半導体装置。
前記平面視において、
前記励磁配線は、前記感磁部を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。