TWI729257B - 半導體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種減少非對稱地產生的偏移電壓的霍爾元件。一種半導體裝置，其是包括具有霍爾元件形成區域的第一導電型的半導體層、濃度高於半導體層且以包圍霍爾元件形成區域的方式設置的第一導電型的元件分離區域、以及形成於霍爾元件形成區域中的霍爾元件的半導體裝置，霍爾元件具備濃度高於半導體層，並經由半導體層而與元件分離區域相隔設置的第二導電型的磁感測部。

Description

半導體裝置

本發明是有關於一種半導體裝置，且特別是有關於一種具有檢測垂直方向的磁場的霍爾元件（hall element）的半導體裝置。

檢測垂直方向的磁場的霍爾元件例如具備以於俯視下形成四邊形的方式設置於半導體基板上的磁感測部、及設置於該磁感測部的四角上的四個電極來構成。

於所述霍爾元件中，若在與半導體基板垂直的方向上施加磁場，並使電流流入一側的對向的一對電極間，則因磁場的作用，而在與電流及磁場兩者垂直的方向上產生勞侖茲力（Lorentz force）。藉此，於另一側的對向的一對電極間產生電動勢，將其作為輸出電壓來獲得，藉此可檢測磁場。

然而，於實際的霍爾元件中，即便於未施加有磁場時，亦產生輸出電壓。將該磁場為0時所輸出的電壓稱為偏移電壓（offset voltage）。當將霍爾元件用作磁感測器時，必須去除偏移電壓。

針對所述偏移電壓，提出使用旋轉電流法（spinning current method）將其去除的方法（偏移消除（offset cancel））（例如，參照專利文獻1）。

該方法是如下的方法：例如於如上所述的霍爾元件中，對使電流流入一側的對向的一對電極間時於另一側的對向的一對電極間產生的輸出電壓、及使電流流入另一側的對向的一對電極間時於一側的對向的一對電極間產生的輸出電壓進行測定，並進行減法運算，藉此消除偏移電壓。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平06-186103號公報

[發明所欲解決之課題] 但是，於霍爾元件中，利用旋轉電流法的偏移消除雖然可消除對稱地產生的偏移電壓，但非對稱地產生的偏移電壓無法消除而殘存。

一般認為引起此種非對稱地產生的偏移電壓的原因在於：自外部施加至元件上的機械應力、或製造過程中的未對準、由元件分離所產生的空乏層的影響等元件內部的電位分佈的不均衡等。

本發明的目的在於提供一種具有減少非對稱地產生的偏移電壓的霍爾元件的半導體裝置。 [解決課題之手段]

本發明的一形態的半導體裝置是包括具有霍爾元件形成區域的第一導電型的半導體層、濃度高於所述半導體層且以包圍所述霍爾元件形成區域的方式設置的第一導電型的元件分離區域、以及形成於所述霍爾元件形成區域中的霍爾元件的半導體裝置，其特徵在於：所述霍爾元件具備濃度高於所述半導體層，並經由所述半導體層而與所述元件分離區域相隔設置的第二導電型的磁感測部。 [發明之效果]

根據本發明，第二導電型的磁感測部與第一導電型的元件分離區域不直接接觸，第一導電型的半導體層介於磁感測部與元件分離區域之間，藉此磁感測部與半導體層接觸，該半導體層的濃度低於磁感測部，因此可將於磁感測部內擴大的空乏層的寬度抑制得小。藉此，可抑制於霍爾元件內，因空乏層的影響而產生電位分佈的不均衡。因此，可減少非對稱地產生的偏移電壓。

以下，一面參照圖式一面對用以實施本發明的形態進行詳細說明。

圖1（a）及圖1（b）是用以說明本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置100的圖，圖1（a）是平面圖，圖1（b）是沿著圖1（a）的A-A線的剖面圖。

如圖1（a）及圖1（b）所示，本實施形態的半導體裝置100具備：P型的元件分離區域102，設置於P型（第一導電型）的半導體基板（亦稱為「半導體層」）101上、且濃度高於半導體基板101；以及霍爾元件10，設置於由元件分離區域102劃分形成的霍爾元件形成區域103中。

霍爾元件10具有：N型（第二導電型）的磁感測部11，濃度高於半導體基板101、且經由半導體基板101而與元件分離區域102相隔設置；以及N型的電極12～電極15，設置於磁感測部11的表面上、且濃度高於磁感測部11。如圖1（a）所示，磁感測部11於俯視下形成正方形。

電極12～電極15與正方形的磁感測部11的四角接觸而分別配置於該四角上，例如，當電極12及電極13作為控制電流供給電極發揮功能時，電極14及電極15作為霍爾電壓輸出電極發揮功能。

元件分離區域102藉由設置於元件分離區域102的表面上的電極（未圖示）而與基準電位連接。

當使所述霍爾元件10運作時，作為控制電流供給電極的電極12、電極13間被賦予電位差，電流自電極12朝電極13中（或自電極13朝電極12中）流動。

此時，因P型的半導體基板101的濃度低於N型的磁感測部11，故可將朝磁感測部11側擴展的空乏層抑制得小。藉此，空乏層對於霍爾元件10內的影響變少，可抑制於霍爾元件10內產生電位分佈的不均衡。因此，可減少非對稱地產生的偏移電壓。

再者，於P型半導體基板101與N型磁感測部11的PN接合中，因半導體基板101的濃度低，故漏電流容易變大。因此，較佳為以可抑制漏電流的程度，將濃度高於P型半導體基板101的元件分離區域102配置於磁感測部11的附近。

但是，若使元件分離區域102與磁感測部11接近至直接接觸的程度，則雖然可抑制來自磁感測部11的漏電流，但因元件分離區域102的濃度高，故空乏層朝磁感測部11內的擴展變大。

於此情況下，若將磁感測部11的濃度提高至與元件分離區域102相同的程度，則可減小空乏層朝磁感測部11內的擴展。但是，因霍爾元件的感度由磁感測部11的移動率決定，故為了變成高感度，必須於現實的範圍內將磁感度部11的濃度設為低濃度。

因此，理想的是如所述般以可抑制來自磁感測部11的漏電流的程度，將元件分離區域102配置於磁感測部11的附近，並且在元件分離區域102與磁感測部11之間具有可充分地減小空乏層朝磁感測部11內的擴展的程度的寬度，而使半導體基板101介於兩者之中。

[變形例1] 圖2（a）及圖2（b）是用以說明本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置100的變形例的圖，圖2（a）是平面圖，圖2（b）是沿著圖2（a）的A-A線的剖面圖。

於圖1（a）及圖1（b）中，電極12～電極15接觸磁感測部11的端部而配置於正方形的磁感測部11的四角上，相對於此，於本變形例中，電極12～電極15自磁感測部11的端部分別空開規定的距離來配置。

藉由所述構成，可防止藉由與P型半導體基板101的接合而朝N型磁感測部11內略微擴展的空乏層觸及電極12～電極15。藉此，可抑制於霍爾元件10內的特別是比電極12～電極15更內側的區域中產生電位分佈的不均衡。因此，可期待進一步減少非對稱地產生的偏移電壓。

[變形例2] 圖3是用以說明本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置100的另一變形例的剖面圖。關於平面圖，因與圖1（a）相同，故於本圖中省略。

於本變形例中，由設置於P型的半導體基板201上的包含磊晶層的P型的半導體層202構成介於元件分離區域102與磁感測部11之間的半導體層，而代替圖1（b）中的半導體基板101。

藉由所述構成，亦可獲得與圖1（b）中所示的具有霍爾元件10的半導體裝置100相同的效果。

再者，於本變形例中，亦可使用N型的半導體基板作為半導體基板201。

以上，對本發明的實施形態進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態，當然可於不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更。

例如，於所述實施形態中，將第1導電型設為P型，將第2導電型設為N型進行了說明，但亦可將導電型調換，將第1導電型設為N型，將第2導電型設為P型。

10‧‧‧霍爾元件11‧‧‧磁感測部12～15‧‧‧電極100‧‧‧半導體裝置101‧‧‧半導體基板102‧‧‧元件分離區域103‧‧‧霍爾元件形成區域201‧‧‧半導體基板202‧‧‧半導體層（磊晶層）

圖1（a）是本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置的平面圖，圖1（b）是沿著圖1（a）的A-A線的剖面圖。 圖2（a）及圖2（b）是用以說明本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置的變形例的圖，圖2（a）是平面圖，圖2（b）是沿著圖2（a）的A-A線的剖面圖。 圖3是用以說明本發明的一實施形態的具有霍爾元件的半導體裝置的另一變形例的剖面圖。

10‧‧‧霍爾元件

11‧‧‧磁感測部

12~15‧‧‧電極

100‧‧‧半導體裝置

101‧‧‧半導體基板

102‧‧‧元件分離區域

103‧‧‧霍爾元件形成區域

Claims (4)

1. 一種半導體裝置，其包括：第一導電型的半導體層，具有霍爾元件形成區域；第一導電型的元件分離區域，濃度高於所述半導體層，並以包圍所述霍爾元件形成區域的方式設置；以及霍爾元件，形成於所述霍爾元件形成區域中；並且所述霍爾元件具備：濃度高於所述半導體層，並經由所述半導體層而與所述元件分離區域相隔設置的正方形的第二導電型的磁感測部；以及設置於所述磁感測部的表面的四角上、且濃度高於所述磁感測部的第二導電型的電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體裝置，其中所述電極自所述磁感測部的端部空開規定的距離來配置。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的半導體裝置，其中所述半導體層為半導體基板。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的半導體裝置，其中所述半導體層為磊晶層。

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