KR100415379B1 - three dimensional hall device and its manufacturing method - Google Patents

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KR100415379B1 KR10-2002-0000916A KR20020000916A KR100415379B1 KR 100415379 B1 KR100415379 B1 KR 100415379B1 KR 20020000916 A KR20020000916 A KR 20020000916A KR 100415379 B1 KR100415379 B1 KR 100415379B1
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이경탁
김태진
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주식회사 케이이씨
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N52/00Hall-effect devices
    • H10N52/101Semiconductor Hall-effect devices

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  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

이 발명은 3차원 홀 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 3차원적인 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능하도록, 대략 판상의 P형 섭스트레이트와; 상기 P형 섭스트레이트의 상면에 일정 두께로 형성된 N-형 에피층과; 상기 N-에피층의 상면 중앙에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 에미터 영역과; 상기 에미터 영역과 일정거리 이격되어 대칭되는 4방향에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 제1 내지 제4컬렉터 영역과; 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역 외주연인 N-형 에피층에 N형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 제1내지 제4컬렉터 영역 외주연을 감싸는 4각 라인 형태로 형성된 베이스 영역과; 상기 베이스 영역의 외주연인 N-형 에피층에 P형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 P형 섭스트레이트와 연결되고, 상기 베이스 영역의 외주연을 감싸는 대략 4각 라인 형태로 형성된 제5컬렉터 영역을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 함.The present invention relates to a three-dimensional Hall element and a method for manufacturing the same, and includes a substantially plate-shaped P-type substrate to enable recognition and location of three-dimensional magnetic materials; An N-type epi layer formed on a top surface of the P-type substrate; An emitter region formed by doping a P-type impurity in the center of an upper surface of the N-epi layer; First to fourth collector regions formed by doping P-type impurities in four directions symmetrically spaced from the emitter region; A base region doped with N-type impurities in the N-type epitaxial layers which are outer periphery of the first to fourth collector regions, and formed in a quadrangular line shape surrounding the outer periphery of the first to fourth collector regions; A P-type impurity is doped into the N-type epi layer, which is an outer circumference of the base region, and is connected to the P-type substrate and includes a fifth collector region formed in a substantially quadrangular line shape surrounding the outer circumference of the base region. Characterized in that made.

Description

3차원 홀 소자 및 그 제조 방법{three dimensional hall device and its manufacturing method}Three-dimensional hall device and its manufacturing method

본 발명은 3차원 홀 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 3차원적인 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능한 3차원 홀 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional Hall element and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a three-dimensional Hall element and a method for manufacturing the three-dimensional magnetic material can be recognized and located.

홀 소자는 자기(磁氣)에 응답하는 소자로 알려져 있고 근접 스위치나 모터 제어용으로 많이 사용되고 있다. 더욱이 원리적으로는 가우스 미터라든가 곱셈 특성을 이용한 전력계 등 계측 분야에의 응용을 생각할 수 있는데 지금까지의 홀 소자는 온도특성이 나쁘고, 출력신호가 적으며, 불평형 전압의 변화가 커서 그다지 적극적으로 사용하지는 않았다. 그러나, 최근에는 재료, 프로세스, 더욱이 응용회로 기술면에서의 개선이 현저하고 계측기로서도 충분한 성능을 발휘할 수 있게 되었다.Hall elements are known as magnet-responsive elements and are widely used for proximity switches and motor control. Furthermore, in principle, it can be applied to the field of measurement such as Gaussian meter or multimeter using power multiplier. Until now, Hall element is very active because of poor temperature characteristics, low output signal, and unbalanced voltage. I did not. However, in recent years, improvements in materials, processes, and application circuit technology have been remarkable, and sufficient performance as instruments can be achieved.

이러한 홀 소자는 일반적으로 도1에 도시된 바와 같이, 반도체 박편(1')의 4변에 리드선을 접촉한 구조이다. 반도체 박편(1')에 전류 Ic를 흘리고 반도체 박편(1')과 직각으로 자계 B를 가하면 홀 효과에 의하여 전위차 Vh가 생긴다. 이 때 Ic를 제어전류, Vh를 홀 전압이라 하고, 홀 전압 Vh는 다음 식으로 통상 나타내고 있다.As shown in FIG. 1, such a Hall element is a structure in which lead wires are in contact with four sides of a semiconductor flake 1 '. When the current Ic flows through the semiconductor flakes 1 'and a magnetic field B is applied at right angles to the semiconductor flakes 1', a potential difference Vh occurs due to the Hall effect. At this time, Ic is a control current and Vh is a hall voltage, and the hall voltage Vh is normally expressed by the following equation.

Vh=K·Ic·BVh = KIc B

여기서, K는 곱감도라 부르며, Ic는 1mA, B=1KG(킬로 가우스)에서 홀 전압으로, 단위는 mV/mA·KG이다.Here, K is called the product sensitivity, and Ic is the hall voltage at 1 mA and B = 1KG (kilo gauss), and the unit is mV / mA · KG.

상기 수학식 1에서와 같이 홀 전압 Vh는 곱감도 K와 제어전류 Ic, 자속밀도 B의 함수이므로 제어 전류 Ic를 많이 흘릴 수 있으면 그만큼 큰 홀 전압을 얻을 수 있다.As shown in Equation 1, since the hall voltage Vh is a function of the product sensitivity K, the control current Ic, and the magnetic flux density B, a large Hall voltage can be obtained if the control current Ic can be flowed a lot.

한편, 상기한 바와 같이 상기 홀 소자는 자계, 전류, 전력 등의 측정 외에 변위 변환기, 승산기 등으로서 공업 계측, 자동 제어 등에 널리 응용되고 있다.On the other hand, as described above, the Hall element is widely applied to industrial measurement, automatic control, and the like as a displacement converter, a multiplier, etc. in addition to the measurement of the magnetic field, the current, the power, and the like.

그러나, 이러한 종래의 모든 홀 소자는 2차원적으로 자기 물질의 유무를 인식할 뿐, 3차원적으로 자기 물질의 인식이나 위치 파악이 전혀 불가능함으로써, 보다 진보된 소자로 활용되지는 못하는 문제가 있다.However, all these conventional Hall elements only have two-dimensional recognition of the presence or absence of a magnetic material, and since they cannot recognize or locate magnetic materials in three dimensions, they cannot be utilized as more advanced devices. .

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 3차원적인 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능한 3차원 홀 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, to provide a three-dimensional Hall element and a method of manufacturing the same that can recognize and position the three-dimensional magnetic material.

도1은 통상적인 홀 소자의 구성 및 작용을 설명하기 위한 설명도이다.1 is an explanatory diagram for explaining the structure and operation of a conventional Hall element.

도2는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자를 도시한 평면도이다.2 is a plan view showing a three-dimensional Hall element according to the present invention.

도3은 본 발명에 의한 3차원 홀 소자를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a three-dimensional Hall element according to the present invention.

도4는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자의 등가회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a three-dimensional Hall element according to the present invention.

도5a 내지 도5g는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자의 제조 방법을 순차 도시한 설명도이다.5A to 5G are explanatory views sequentially showing a method for manufacturing a three-dimensional Hall element according to the present invention.

- 도면중 주요 부호에 대한 설명 --Description of the main symbols in the drawings-

100; 본 발명에 의한 홀 소자100; Hall element according to the present invention

2; P형 섭스트레이트(substrate) 4; N-형 에피층(epitaxial layer)2; P-type substrate 4; N-type epitaxial layer

6; 에미터 영역(emitter region)6; Emitter region

8a~8d; 제1 내지 제4컬렉터 영역(collector region)8a-8d; First to fourth collector regions

10; 베이스 영역(base region) 12; 제5컬렉터 영역10; Base region 12; Fifth Collector Area

14; 산화막 16; 에미터 메탈(metal)14; Oxide film 16; Emitter metal

18a~18d; 제1 내지 제4컬렉터 메탈 20; 베이스 메탈18a-18d; First to fourth collector metals 20; Base metal

22; 제5컬렉터 메탈22; 5th collector metal

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 3차원 홀 소자는 대략 판상의 P형 섭스트레이트와; 상기 P형 섭스트레이트의 상면에 일정 두께로 형성된 N-형 에피층과; 상기 N-에피층의 상면 중앙에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 에미터 영역과; 상기 에미터 영역과 일정거리 이격되어 대칭되는 4방향에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 제1 내지 제4컬렉터 영역과; 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역 외주연인 N-형 에피층에 N형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 제1내지 제4컬렉터 영역 외주연을 감싸는 4각 라인 형태로 형성된 베이스 영역과; 상기 베이스 영역의 외주연인 N-형 에피층에 P형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 P형 섭스트레이트와 연결되고, 상기 베이스 영역의 외주연을 감싸는 대략 4각 라인 형태로 형성된 제5컬렉터 영역을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the three-dimensional Hall element according to the present invention comprises a substantially plate-shaped P-type substrate; An N-type epi layer formed on a top surface of the P-type substrate; An emitter region formed by doping a P-type impurity in the center of an upper surface of the N-epi layer; First to fourth collector regions formed by doping P-type impurities in four directions symmetrically spaced from the emitter region; A base region doped with N-type impurities in the N-type epitaxial layers which are outer periphery of the first to fourth collector regions, and formed in a quadrangular line shape surrounding the outer periphery of the first to fourth collector regions; A P-type impurity is doped into the N-type epi layer, which is an outer circumference of the base region, and is connected to the P-type substrate and includes a fifth collector region formed in a substantially quadrangular line shape surrounding the outer circumference of the base region. Characterized in that made.

여기서, 상기 N-에피층의 표면에는 산화막이 형성되어 있되, 상기 산화막을 관통하여 상기 에미터 영역에는 에미터 메탈이 컨택되어 있고, 상기 제1 내지 제4 컬렉터 영역에는 각각 제1 내지 제4콜렉터 메탈이 컨택되어 있으며, 상기 베이스 영역의 소정 영역에는 베이스 메탈이 컨택되어 있고, 상기 제5컬렉터 영역의 소정 영역에는 제5컬렉터 메탈이 컨택되어 있다.Here, an oxide film is formed on a surface of the N-epi layer, and an emitter metal is contacted to the emitter region through the oxide film, and the first to fourth collectors are respectively connected to the first to fourth collector regions. The metal is in contact, the base metal is in contact with a predetermined region of the base region, and the fifth collector metal is in contact with a predetermined region of the fifth collector region.

또한, 상기 에미터 영역은 평면상 원형으로 형성되어 있고, 상기 에미터 메탈은 상기 에미터 영역보다 작은 영역에 컨택되어 있다.In addition, the emitter region is formed in a planar circular shape, and the emitter metal is in contact with a region smaller than the emitter region.

또한, 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역은 평면상 상기 에미터 영역을 향하는 면이 상기 에미터 영역의 중심과 같은 중심을 갖는 원형으로 형성되어 있다.Further, the first to fourth collector regions are formed in a circular shape with a plane facing the emitter region on a plane having the same center as the center of the emitter region.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 3차원 홀 소자의 제조 방법은 대략 판상의 P형 섭스트레이트를 제공하는 단계와; 상기 P형 섭스트레이트의 상면에 일정 두께로 N-형 에피층을 형성하는 단계와; 상기 N-형 에피층에 상기 P형 섭스트레이트와 연결되는 동시에 평면상 대략 4각 라인 형태를 하도록 P형의 제5컬렉터 영역을 형성하는 단계와; 상기 제5컬렉터 영역의 중앙인 N-형 에피층에 P형 불순물을 도핑하여 대략 원형의 에미터 영역과, 상기 에미터 영역과 일정거리이격되어 대칭되는 4방향에 P형 불순물을 도핑하여 제1 내지 제4컬렉터 영역을 형성하는 단계와; 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역 외주연과 상기 제5컬렉터 영역 사이인 N-형 에피층에 N형 불순물을 도핑하여 대략 4각 라인 형태의 베이스 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, to achieve the above object, a method of manufacturing a three-dimensional Hall element according to the present invention comprises the steps of providing a substantially plate-shaped P-type substrate; Forming an N-type epitaxial layer on the upper surface of the P-type substrate; Forming a P-type fifth collector region on the N-type epi layer so as to be connected to the P-type substrate and have a substantially quadrangular line shape in a plane; P-type impurities are doped into the N-type epitaxial layer, which is the center of the fifth collector region, to thereby dop the P-type impurities in a substantially circular emitter region and in four directions that are symmetrically spaced from the emitter region. Forming a fourth collector region; And doping an N-type impurity into an N-type epitaxial layer between the outer circumferences of the first to fourth collector regions and the fifth collector region to form a base region having an approximately quadrangular line shape. .

여기서, 상기 베이스 영역 형성 단계후에는 상기 N-형 에피층 표면에 일정 두께의 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막을 사진/식각 처리하여 상기 에미터 영역, 제1내지 제4컬렉터 영역, 베이스 영역 및 제5컬렉터 영역에 메탈을 콘택시키는 단계가 더 포함될 수 있다.Here, after the forming of the base region, forming an oxide film having a predetermined thickness on the surface of the N-type epitaxial layer and photo / etching the oxide film to emit the emitter region, the first to fourth collector regions, and the base region. And contacting the metal with the fifth collector region.

상기와 같이 하여 본 발명에 의한 홀 소자 및 그 제조 방법에 의하면, 제1내지 제4컬렉터로 흐르는 전류의 변위량을 연산처리하여 X,Y축 좌표에서 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능하고, 또한 제5컬렉터로 흐르는 전류의 변위량을 연산처리하여 Z축 좌표에서 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능하게 된다.As described above, according to the Hall element according to the present invention and the manufacturing method thereof, it is possible to calculate and process the displacement amount of the current flowing through the first to fourth collectors, and to recognize and locate the magnetic material in the X and Y axis coordinates. By calculating the displacement amount of the current flowing to the fifth collector, it is possible to recognize and locate the magnetic material in the Z-axis coordinates.

즉, 본 발명은 4개의 래터럴(lateral) PNP 트랜지스터(제1내지 제4컬렉터)와 1개의 버티컬(vertical) PNP 트랜지스터(제5컬렉터)가 하나의 집적회로로 구성된다. 따라서, 홀 효과에 의해 횡 방향 자기장의 영향이 상기 각각의 래터럴 PNP 트랜지스터의 전류 분배에 영향을 주게 되고, 상기 각각의 래터럴 PNP 트랜지스터에서 흐르는 전류의 크기를 연산처리함으로써, 자기 물질의 유무뿐만 아니라 위치까지도 파악할 수 있음을 의미한다. 또한, 버티컬 PNP 트랜지스터는 소자의 상부와 하부 방향에서 자계가 인가될 경우 흐르는 전류의 변화값을 연산처리하여 결국 3차원적인 자기 물질의 인식이 가능하게 된다.That is, in the present invention, four lateral PNP transistors (first to fourth collectors) and one vertical PNP transistor (fifth collector) are configured as one integrated circuit. Therefore, the influence of the lateral magnetic field is affected by the Hall effect on the current distribution of the respective lateral PNP transistors, and by calculating the magnitude of the current flowing in each lateral PNP transistor, the position as well as the presence or absence of magnetic material It means you can figure out. In addition, the vertical PNP transistor calculates a change value of the current flowing when a magnetic field is applied in the upper and lower directions of the device, thereby enabling the recognition of a three-dimensional magnetic material.

(실시예)(Example)

이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings such that those skilled in the art can easily implement the present invention.

도2는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자(100)를 도시한 평면도이고, 도3은 본 발명에 의한 3차원 홀 소자(100)를 도시한 단면도이며, 도4는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자(100)의 등가회로도이다.Figure 2 is a plan view showing a three-dimensional Hall element 100 according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing a three-dimensional Hall element 100 according to the present invention, Figure 4 is a three-dimensional hole according to the present invention An equivalent circuit diagram of the device 100 is shown.

도시된 바와 같이 대략 판상으로서 단결정 실리콘(Si)에 P형 불순물이 도핑된 P형 섭스트레이트(2)가 구비되어 있다. 상기 P형 섭스트레이트(2)의 상면에는 일정 두께로 N-형 불순물이 도핑된 에피층(4)이 형성되어 있다. 물론, 상기 N-형 에피층(4)은 고온에서 수증기에 의해 형성된 단결정 실리콘이다.As shown in the figure, the P-type substrate 2 in which the P-type impurity is doped in the single crystal silicon (Si) is provided in a substantially plate shape. An epitaxial layer 4 doped with N-type impurities to a predetermined thickness is formed on an upper surface of the P-type substrate 2. Of course, the N-type epi layer 4 is single crystal silicon formed by water vapor at a high temperature.

상기 N-에피층(4)의 상면 중앙에는 P형 불순물이 도핑되어 평면상 대략 원형의 에미터 영역(6)이 형성되어 있다. 또한, 상기 에미터 영역(6)의 외주연에는 상기 에미터 영역(6)을 중심으로 대칭되는 4방향에 P형 불순물이 N-형 에피층(4)에 도핑되어 제1내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)은 평면상 상기 에미터 영역(6)을 향하는 면이 상기 에미터 영역(6)의 중심과 같은 중심을 갖도록 원형으로 형성되어 있다.P-type impurities are doped in the center of the upper surface of the N-epi layer 4 to form an approximately circular emitter region 6 in plan view. In addition, at the outer circumference of the emitter region 6, P-type impurities are doped into the N-type epi layer 4 in four directions symmetrical about the emitter region 6 to form the first to fourth collector regions. (8a-8d) are formed. Here, the first to fourth collector regions 8a to 8d are formed in a circular shape such that a surface of the first to fourth collector regions 8a to 8d has the same center as the center of the emitter region 6 on the plane.

한편, 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d) 외주연인 N-형 에피층(4)에는 N형 불순물이 도핑되어 상기 제1내지 제4컬렉터 영역(8a~8d) 외주연을 감싸는 4각라인 형태로 베이스 영역(10)이 형성되어 있다.Meanwhile, an N-type epitaxial layer 4 which is an outer circumferential edge of the first to fourth collector regions 8a to 8d is doped with N-type impurities to cover an outer circumferential edge of the first to fourth collector regions 8a to 8d. The base region 10 is formed in the form of a square line.

따라서, 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d) 및 베이스 영역(10)은 에미터 영역(6)을 중심으로 4개의 래터럴 PNP 트랜지스터가 배열된 것과 같다. 즉, 상기 에미터 영역(6)으로부터의 전류는 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)으로 적절히 분배되어 횡방향으로 흐른다. 이때 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)중 어느 한 영역 근처에 자기 물질이 위치하게 되면 소정 컬렉터 영역으로 흐르는 전류는 그 값이 작아지거나 같고, 또한 다른 어느 컬렉터 영역으로 흐르는 전류는 그 값이 커지게 된다.Thus, the first to fourth collector regions 8a to 8d and the base region 10 are as if four lateral PNP transistors are arranged around the emitter region 6. That is, the current from the emitter region 6 is appropriately distributed to the first to fourth collector regions 8a to 8d and flows laterally. At this time, when the magnetic material is located near any one of the first to fourth collector regions 8a to 8d, the current flowing to the predetermined collector region is smaller than or equal to the current, and the current flowing to any other collector region is The value is increased.

계속해서, 상기 베이스 영역(10)의 외주연인 N-형 에피층(4)에는 P형 불순물이 도핑되어 제5컬렉터 영역(12)이 형성되어 있다. 즉, 상기 제5컬렉터 영역(12)은 상기 P형 섭스트레이트(2)와 연결됨과 동시에 상기 베이스 영역(10)의 외주연을 감싸는 대략 4각 라인 형태로 형성되어 있다.Subsequently, a fifth collector region 12 is formed by doping P-type impurities into the N-type epitaxial layer 4 that is the outer circumference of the base region 10. That is, the fifth collector region 12 is connected to the P-type substrate 2 and is formed in a substantially quadrangular line shape surrounding the outer periphery of the base region 10.

따라서, 상기 제5컬렉터 영역(12) 및 베이스 영역(10)은 에미터 영역(6)을 중심으로 1개의 버티컬 PNP 트랜지스터가 형성된 것과 같다. 즉, 상기 에미터 영역(6)으로부터의 전류는 상기 제5컬렉터 영역(12)으로 흐르되, 수직 방향으로 흐른다. 이때 제5컬렉터 영역(12)의 상부 또는 하부 근처에 자기 물질이 위치하게 되면 상기 제5컬렉터 영역(12)으로 흐르는 전류는 상기 자기 물질의 위치에 따라서 작아지거나 같거나 또는 커지게 된다.Accordingly, the fifth collector region 12 and the base region 10 are as if one vertical PNP transistor is formed around the emitter region 6. That is, the current from the emitter region 6 flows into the fifth collector region 12, but in the vertical direction. In this case, when the magnetic material is positioned near or above the fifth collector region 12, the current flowing to the fifth collector region 12 becomes smaller, equal to, or larger depending on the position of the magnetic material.

물론, 상기 제5컬렉터 영역(12)은 각 소자(100)가 전기적으로 격리되도록 하는 역할도 수행한다.Of course, the fifth collector region 12 also serves to electrically isolate each device 100.

계속해서, 상기 N-형 에피층(4)의 표면에는 일정 두께의 산화막(14)이 형성되어 있다. 이러한 산화막(14)은 통상적인 열산화막 또는 질화막이 될 수 있다.Subsequently, an oxide film 14 having a predetermined thickness is formed on the surface of the N-type epitaxial layer 4. The oxide film 14 may be a conventional thermal oxide film or nitride film.

또한, 상기 산화막(14)을 관통하여 상기 에미터 영역(6)에는 에미터 메탈(16)이 컨택되어 있고, 상기 제1 내지 제4 컬렉터 영역(8a~8d)에는 각각 제1 내지 제4콜렉터 메탈(18a~18d)이 컨택되어 있으며, 상기 베이스 영역(10)의 소정 영역에는 베이스 메탈(20)이 컨택되어 있고, 상기 제5컬렉터 영역(12)의 소정 영역에는 제5컬렉터 메탈(22)이 컨택되어 있다.In addition, the emitter metal 16 is contacted to the emitter region 6 through the oxide film 14, and the first to fourth collectors are respectively connected to the first to fourth collector regions 8a to 8d. Metals 18a to 18d are contacted, base metal 20 is contacted to a predetermined region of the base region 10, and a fifth collector metal 22 is formed to a predetermined region of the fifth collector region 12. Is in contact.

여기서, 상기 메탈은 통상적인 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)일 수 있다.Here, the metal may be conventional aluminum (Al) or copper (Cu).

더불어, 상기 에미터 메탈(16)은 상기 에미터 영역(6)보다 작은 영역에 평면상 원형으로 컨택되어 있다. 상기 에미터 메탈(16)은 상기 에미터 영역(6)과 접촉 면적이 작으면 작을수록 자계에 의한 에미터 영역(6)으로부터 전류 흐름 효율이 향상되므로, 최소한의 면적으로 컨택되도록 함이 바람직하다.In addition, the emitter metal 16 is in planar circular contact with a region smaller than the emitter region 6. Since the emitter metal 16 has a smaller contact area with the emitter region 6, the current flow efficiency is improved from the emitter region 6 due to a magnetic field, and therefore, the emitter metal 16 is preferably contacted with a minimum area. .

여기서, 도4에 도시된 Q1 내지 Q4는 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)에 해당되고, Q5는 제5컬렉터 영역(12)에 대응된다. 즉, Q1 내지 Q4는 횡방향의 자기 물질 유무에 따라 영향받고, Q5는 상,하 방향의 자기 물질 유무에 따라 영향받는다.Here, Q1 to Q4 shown in FIG. 4 correspond to the first to fourth collector regions 8a to 8d, and Q5 corresponds to the fifth collector region 12. That is, Q1 to Q4 are affected by the presence or absence of magnetic material in the transverse direction, and Q5 is affected by the presence or absence of magnetic material in the up and down directions.

도5a 내지 도5g는 본 발명에 의한 3차원 홀 소자의 제조 방법을 순차 도시한 설명도이다.5A to 5G are explanatory views sequentially showing a method for manufacturing a three-dimensional Hall element according to the present invention.

먼저, 도5a에 도시된 바와 같이 단결정 실리콘에 P형 불순물이 도핑된 대략판상의 P형 섭스트레이트(2)를 제공한다.First, as shown in FIG. 5A, a substantially plate-shaped P-type substrate 2 doped with P-type impurities in single crystal silicon is provided.

이어서, 도5b에 도시된 바와 같이 상기 P형 섭스트레이트(2)의 상면에 일정 두께로 N-형 에피층(4)을 형성한다. 상기 에피층(4) 역시 저농도의 N형 불순물이 도핑된 단결정 실리콘층이다.Subsequently, as shown in FIG. 5B, an N-type epitaxial layer 4 is formed on the upper surface of the P-type substrate 2 at a predetermined thickness. The epi layer 4 is also a single crystal silicon layer doped with a low concentration of N-type impurities.

이어서, 도5c에 도시된 바와 같이 상기 N-형 에피층(4)에 상기 P형 섭스트레이트(2)와 연결되도록 P형의 제5컬렉터 영역(12)을 형성한다. 즉, 평면상 대략 4각 라인 형태의 제5컬렉터 영역(12)을 형성하며, 이 영역은 소자 분리 영역이 되기도 한다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, a fifth P-type collector region 12 is formed in the N-type epitaxial layer 4 so as to be connected to the P-type substrate 2. That is, the fifth collector region 12 having a substantially quadrangular line shape on the plane is formed, which may be an element isolation region.

이어서, 도5d에 도시된 바와 같이 N-형 에피층(4)의 중앙에 P형 불순물을 도핑하여 평면상 대략 원형의 에미터 영역(6)을 형성함과 동시에, 그 외주연에는 상기 에미터 영역(6)을 중심으로 대칭되는 4방향에 P형 불순물을 도핑하여 제1내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5D, a P-type impurity is doped in the center of the N-type epi layer 4 to form an approximately circular emitter region 6 in plan view, and at the outer circumference thereof, the emitter is formed. The first to fourth collector regions 8a to 8d are formed by doping P-type impurities in four directions symmetric about the region 6.

이어서, 도5e에 도시된 바와 같이 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d) 외주연과 상기 제5컬렉터 영역(12) 사이인 N-형 에피층(4)에 N형 불순불을 도핑하여 평면상 대략 4각 라인 형태의 베이스 영역(10)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5E, an N-type impurity is doped into the N-type epitaxial layer 4 between the outer circumferences of the first to fourth collector regions 8a to 8d and the fifth collector region 12. As a result, a base region 10 having a substantially quadrangular line shape is formed on a plane.

따라서, 상기 에미터 영역(6)을 중심으로 그 외주연의 제1 내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)은 래터럴 PNP 트랜지스터가 되고, 상기 에미터 영역(6)을 중심으로 그 외주연의 제5컬렉터 영역(12)(8a~8d)은 버티컬 PNP 트랜지스터가 된다.Accordingly, the first to fourth collector regions 8a to 8d of the outer periphery of the emitter region 6 become lateral PNP transistors, and the first of the outer periphery of the emitter region 6 to the center. The five collector regions 12 (8a to 8d) become vertical PNP transistors.

여기서, 상기 베이스 영역(10)의 형성 단계는 상기 에미터 영역(6) 및 제1내지 제4컬렉터 영역(8a~8d)의 형성 단계와 순서가 바뀔 수도 있다.Here, the forming step of the base region 10 may be changed from the forming step of the emitter region 6 and the first to fourth collector regions 8a to 8d.

이어서, 상기 N-형 에피층(4) 표면 전체에 일정 두께의 산화막(14)을 형성하고, 상기 산화막(14)을 통상의 사진/식각 공정에 의해 상기 에미터 영역(6), 제1내지 제4컬렉터 영역(8a~8d), 베이스 영역(10) 및 제5컬렉터 영역(12)의 일부가 외부로 노출되도록 한다. 이 상태에서 상기 산화막(14)의 표면에 전자선 또는 스퍼터링 등의 방법으로 메탈층을 형성하고, 통상의 사진/식각 공정에 의해 에미터 메탈(16), 제1 내지 제4컬렉터 메탈(18a~18d), 베이스 메탈(20) 및 제5컬렉터 메탈(22)을 형성함으로써, 본 발명에 의한 홀 소자(100)를 형성한다.Subsequently, an oxide film 14 having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the N-type epitaxial layer 4, and the oxide film 14 is subjected to the emitter region 6, first to first through a conventional photographic / etching process. Portions of the fourth collector regions 8a to 8d, the base region 10 and the fifth collector region 12 are exposed to the outside. In this state, a metal layer is formed on the surface of the oxide film 14 by an electron beam or sputtering method, and the emitter metal 16 and the first to fourth collector metals 18a to 18d are formed by a general photographic / etching process. ), The base metal 20 and the fifth collector metal 22 are formed, thereby forming the hall element 100 according to the present invention.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto, and various modified embodiments may be possible without departing from the scope and spirit of the present invention.

따라서, 본 발명에 의한 홀 소자 및 그 제조 방법에 의하면 제1내지 제4컬렉터로 흐르는 전류의 변위량을 연산처리하여 X,Y축 좌표에서 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능하고, 또한 제5컬렉터로 흐르는 전류의 변위량을 연산처리하여 Z축 좌표에서 자기 물질의 인식 및 위치 파악이 가능하게 됨으로써, 결국 3차원적인 자기 물질의 인식 위치 파악이 가능한 효과가 있다.Therefore, according to the Hall element and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to calculate the displacement amount of the current flowing through the first to fourth collectors to recognize and locate the magnetic material in the X and Y axis coordinates, and also to the fifth collector. By calculating the displacement amount of the current flowing in the to be able to recognize and position the magnetic material in the Z-axis coordinates, there is an effect that it is possible to determine the recognition position of the three-dimensional magnetic material.

Claims (5)

대략 판상의 P형 섭스트레이트와;A substantially plate-shaped P-type substrate; 상기 P형 섭스트레이트의 상면에 일정 두께로 형성된 N-형 에피층과;An N-type epi layer formed on a top surface of the P-type substrate; 상기 N-에피층의 상면 중앙에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 에미터 영역과;An emitter region formed by doping a P-type impurity in the center of an upper surface of the N-epi layer; 상기 에미터 영역과 일정거리 이격되어 대칭되는 4방향에 P형 불순물이 도핑되어 형성된 제1 내지 제4컬렉터 영역과;First to fourth collector regions formed by doping P-type impurities in four directions symmetrically spaced from the emitter region; 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역 외주연인 N-형 에피층에 N형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 제1내지 제4컬렉터 영역 외주연을 감싸는 4각 라인 형태로 형성된 베이스 영역과;A base region doped with N-type impurities in the N-type epitaxial layers which are outer periphery of the first to fourth collector regions, and formed in a quadrangular line shape surrounding the outer periphery of the first to fourth collector regions; 상기 베이스 영역의 외주연인 N-형 에피층에 P형 불순물이 도핑되어 있되, 상기 P형 섭스트레이트와 연결되고, 상기 베이스 영역의 외주연을 감싸는 대략 4각 라인 형태로 형성된 제5컬렉터 영역을 포함하여 이루어진 3차원 홀 소자.A P-type impurity is doped into the N-type epi layer, which is an outer circumference of the base region, and is connected to the P-type substrate and includes a fifth collector region formed in a substantially quadrangular line shape surrounding the outer circumference of the base region. Three-dimensional Hall element made by. 제1항에 있어서, 상기 N-에피층의 표면에는 산화막이 형성되어 있되, 상기 산화막을 관통하여 상기 에미터 영역에는 에미터 메탈이 컨택되어 있고, 상기 제1 내지 제4 컬렉터 영역에는 각각 제1 내지 제4콜렉터 메탈이 컨택되어 있으며, 상기 베이스 영역의 소정 영역에는 베이스 메탈이 컨택되어 있고, 상기 제5컬렉터 영역의 소정 영역에는 제5컬렉터 메탈이 컨택된 것을 특징으로 하는 3차원 홀 소자.The method of claim 1, wherein an oxide film is formed on a surface of the N-epi layer, and an emitter metal is contacted to the emitter region through the oxide film, and a first to the first to fourth collector regions, respectively. And a fourth collector metal contacted, a base metal contacted to a predetermined region of the base region, and a fifth collector metal contacted to a predetermined region of the fifth collector region. 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역은 평면상 상기 에미터 영역을 향하는 면이 상기 에미터 영역의 중심과 같은 중심을 갖는 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 홀 소자.The 3D Hall element of claim 1, wherein the first to fourth collector regions are formed in a circular shape having a plane facing the emitter region on a plane and having the same center as the center of the emitter region. 대략 판상의 P형 섭스트레이트를 제공하는 단계와;Providing a substantially plate-shaped P-type substrate; 상기 P형 섭스트레이트의 상면에 일정 두께로 N-형 에피층을 형성하는 단계와;Forming an N-type epitaxial layer on the upper surface of the P-type substrate; 상기 N-형 에피층에 상기 P형 섭스트레이트와 연결되는 동시에 평면상 대략 4각 라인 형태를 하도록 P형의 제5컬렉터 영역을 형성하는 단계와;Forming a P-type fifth collector region on the N-type epi layer so as to be connected to the P-type substrate and have a substantially quadrangular line shape in a plane; 상기 제5컬렉터 영역의 중앙인 N-형 에피층에 P형 불순물을 도핑하여 대략 원형의 에미터 영역과, 상기 에미터 영역과 일정거리 이격되어 대칭되는 4방향에 P형 불순물을 도핑하여 제1 내지 제4컬렉터 영역을 형성하는 단계와;P-type impurities are doped into the N-type epitaxial layer, which is the center of the fifth collector region, to thereby dop the P-type impurities in a substantially circular emitter region and in four directions that are symmetrically spaced from the emitter region. Forming a fourth collector region; 상기 제1 내지 제4컬렉터 영역 외주연과 상기 제5컬렉터 영역 사이인 N-형 에피층에 N형 불순물을 도핑하여 대략 4각 라인 형태의 베이스 영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 3차원 홀 소자의 제조 방법.And forming a base region in the form of a quadrilateral line by doping N-type impurities into an N-type epitaxial layer between the outer circumferences of the first to fourth collector regions and the fifth collector region. Method of preparation. 제4항에 있어서, 상기 베이스 영역 형성 단계후에는 상기 N-형 에피층 표면에 일정 두께의 산화막을 형성하는 단계와, 상기 산화막을 사진/식각 처리하여 상기 에미터 영역, 제1내지 제4컬렉터 영역, 베이스 영역 및 제5컬렉터 영역에 메탈을 콘택시키는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 3차원 홀 소자의 제조 방법.5. The method of claim 4, wherein after forming the base region, forming an oxide layer having a predetermined thickness on the N-type epitaxial layer and photographing / etching the oxide layer to form the emitter region or the first to fourth collectors. And contacting the metal to the region, the base region, and the fifth collector region.
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