CH704694A1 - Stress sensor for acquisition of difference of two mechanical stress components in semiconductor chip, and for use in hall sensor, has resistor in active upper surface of semiconductor chip - Google Patents

Abstract

The stress sensor (1) has a resistor in an active upper surface (3) of a semiconductor chip (2). The stress sensor is designed as a wheatstone bridge formed by four longitudinally integrated resistors (R-1 to R-4). Two series-connected resistors are in parallel connection with the third and fourth series-connected resistors. The former and the latter resistor have a common node (4), where the third and the fourth resistor have another common node (5). An independent claim is included for a hall sensor with a hall element.

Description

[0001] Stresssensor zur Erfassung mechanischer Spannuneen in einem Halbleiterchip und stresskompensierter Hallsensor [0001] Stress sensor for detecting mechanical tension in a semiconductor chip and stress-compensated Hall sensor

[0002] Die Erfindung betrifft einen Stresssensor zur Erfassung mechanischer Spannungen in einem Halbleiterchip und einen stresskompensierten Hallsensor. The invention relates to a stress sensor for detecting mechanical stresses in a semiconductor chip and a stress-compensated Hall sensor.

[0003] Hallsensoren sind Magnetfeldsensoren, die auf dem Hall-Effekt basieren und ein elektrisches Ausgangssignal liefern, das proportional zu einer vorbestimmten Komponente des Magnetfeldes ist. Ein Hallsensor umfasst ein Hallelement oder ein Cluster von Hallelementen und eine elektronische Schaltung für den Betrieb der Hallelemente und die Auswertung der Ausgangssignale der Hallelemente. Der Hallsensor wird als integrierte Schaltungen hergestellt, die in einen Halbleiterchip eingebettet ist. Der Halbleiterchip ist in ein Gehäuse verpackt. Hallelemente weisen einen Offset auf, der von prozess- und geometriebedingten Abweichungen herrührt. Der Offset kann durch die Parallelschaltung von mehreren Hallelementen (Cluster) und/oder den Betrieb mit der bekannten Spinning Current Methode verringert werden. Dies ist bekannt aus einer Vielzahl von Patentdokumenten, z.B.WO 0 118 556, EP 548 391, DE 4 302 342. Hall sensors are magnetic field sensors that are based on the Hall effect and provide an electrical output signal that is proportional to a predetermined component of the magnetic field. A Hall sensor comprises a Hall element or a cluster of Hall elements and an electronic circuit for operating the Hall elements and evaluating the output signals of the Hall elements. The Hall sensor is manufactured as an integrated circuit that is embedded in a semiconductor chip. The semiconductor chip is packaged in a housing. Hall elements have an offset that results from process and geometry-related deviations. The offset can be reduced by connecting several Hall elements (clusters) in parallel and / or by using the known spinning current method. This is known from a large number of patent documents, e.g. WO 0 118 556, EP 548 391, DE 4 302 342.

[0004] Der im Gehäuse verpackte Halbleiterchip ist mechanischen Spannungen ausgesetzt, die von Umwelteinflüssen wie Temperatur und Feuchtigkeit, etc. abhängen. Die wechselnden mechanischen Spannungen bewirken einerseits Veränderungen des Offsets der Hallelemente und wegen des Piezo-Hall-Effekts auch Veränderungen der Empfindlichkeit der Hallelemente. Veränderungen des Offsets werden durch die oben beschriebenen Massnahmen teilweise unterdrückt. Um die Änderungen der Empfindlichkeit zu kompensieren, ist es bekannt, beispielsweise aus DE 10 154 495, DE 10 154 498, DE 102 004 003 853, DE 102 008 051 949, einen Stresssensor einzusetzen, der die mechanischen Spannungen erfasst, und dessen Ausgangssignal zu verwenden, um die durch den Piezo-Hall-Effekt bewirkte Änderung der Empfindlichkeit der Hallelemente zu kompensieren. The semiconductor chip packaged in the housing is exposed to mechanical stresses that depend on environmental influences such as temperature and humidity, etc. The changing mechanical stresses cause changes in the offset of the Hall elements and, because of the piezo-Hall effect, changes in the sensitivity of the Hall elements. Changes in the offset are partially suppressed by the measures described above. In order to compensate for the changes in sensitivity, it is known, for example from DE 10 154 495, DE 10 154 498, DE 102 004 003 853, DE 102 008 051 949, to use a stress sensor that detects the mechanical stresses and to use its output signal use to compensate for the change in the sensitivity of the Hall elements caused by the piezo Hall effect.

[0005] Der Erfindung liegen die Aufgaben zugrunde, auf möglichst einfache Weise die durch mechanische Belastungen bewirkte Änderung des Offsets eines Hallelementes zu kompensieren und einen bezüglich Offset weitgehend stresskompensierten Hallsensor zu entwickeln. The invention is based on the objects of compensating for the change in the offset of a Hall element caused by mechanical loads in the simplest possible manner and of developing a Hall sensor that is largely stress-compensated with regard to offset.

[0006] Die genannten Aufgaben werden erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 4. The stated objects are achieved according to the invention by the features of claims 1 to 4.

[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1<sep>zeigt das elektrische Schaltbild eines erfindungsgemässen, durch Widerstände gebildeten Stresssensors, Fig. 2<sep>zeigt eine Sensorzelle, die ein Hallelement und vier p-Typ Widerstände umfasst, und Fig. 3<sep>zeigt das elektrische Schaltbild eines erfindungsgemässen, bezüglich Offset weitgehend stresskompensierten Hallsensors.[0007] The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and using the drawing. FIG. 1 <sep> shows the electrical circuit diagram of a stress sensor according to the invention, formed by resistors, FIG. 2 <sep> shows a sensor cell which comprises a Hall element and four p-type resistors, and FIG. 3 <sep> shows the electrical circuit diagram of a Hall sensor according to the invention, largely stress-compensated with regard to offset.

[0008] Die Fig. 1 zeigt das elektrische Schaltbild eines erfindungsgemässen Stresssensors 1. Der Stresssensor 1 besteht aus einer durch vier längliche Widerstände R1, R2, R3 und R4 gebildeten Wheatstone-B rücke, die in einen Halbleiterchip 2 integriert sind. Im Folgenden bezeichnen x, y und z die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems, wobei die z-Achse senkrecht zur aktiven Oberfläche 3 des Halbleiterchips und bei Standard (100) Silizium mit einer <110> Orientierung des Fiats die x-Achse und die y-Achse parallel bzw. senkrecht zur <110> Kristallrichtung verlaufen. Die Widerstände R1 und R2 sind in Reihe geschaltet, die Widerstände R3 und R4sind in Reihe und parallel zu den Widerständen R1und R2 geschaltet. Die Widerstände R1und R3 haben einen gemeinsamen Knoten 4 und die Widerstände R2 und R4 haben einen gemeinsamen Knoten 5, die an eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle anschliessbar sind. Die Widerstände R1und R2 haben einen gemeinsamen Knoten 6 und die Widerstände R3 und R4 haben einen gemeinsamen Knoten 7, über die das Ausgangssignal der Wheatstone-Brücke als differenzielles Spannungssignal abgegriffen und einer Verstärkerschaltung 8 zugeführt wird. 1 shows the electrical circuit diagram of a stress sensor 1 according to the invention. The stress sensor 1 consists of a Wheatstone bridge formed by four elongated resistors R1, R2, R3 and R4, which are integrated in a semiconductor chip 2. In the following, x, y and z denote the axes of a Cartesian coordinate system, the z-axis being perpendicular to the active surface 3 of the semiconductor chip and, in the case of standard (100) silicon with a <110> orientation of the flat, the x-axis and the y-axis run parallel or perpendicular to the <110> crystal direction. The resistors R1 and R2 are connected in series, the resistors R3 and R4 are connected in series and in parallel with the resistors R1 and R2. The resistors R1 and R3 have a common node 4 and the resistors R2 and R4 have a common node 5, which can be connected to a voltage source or a current source. The resistors R1 and R2 have a common node 6 and the resistors R3 and R4 have a common node 7, via which the output signal of the Wheatstone bridge is tapped as a differential voltage signal and fed to an amplifier circuit 8.

[0009] Die Widerstände R1 bis R4 weisen folgende Merkmale auf: 1. Die Widerstände R1 bis R4sind entweder alle n-Typ oder alle p-Typ Widerstände, bevorzugt p-Typ Widerstände. P-Typ Widerstände sind im Halbleiterchip 2 integrierte Widerstände mit einer p-Typ Dotierung, die in ein Gebiet mit n-Typ Dotierung eingebettet sind. N-Typ Widerstände sind im Halbleiterchip 2 integrierte Widerstände mit einer n-Typ Dotierung, die in ein Gebiet mit p-Typ Dotierung eingebettet sind. 2. Die für die Widerstände R1, R2, R3 und R4verwendeten Dotierungen sind vorzugsweise die für die Herstellung der Kontakte verwendeten hoch dotierten N+ bzw. P+ Dotierungen. 3. Jeder der Widerstände R1, R2, R3 und R4 weist in der durch die aktive Oberfläche 3 des Halbleiterchips definierten xy-Ebene eine vorbestimmte Orientierung auf, wobei die Widerstände Rj und R4eine erste Orientierung und die Widerstände R2 und R3 eine zweite, zur ersten um 90° gedrehte Orientierung aufweisen. Im Beispiel verlaufen die Widerstände R1 und R4 parallel zur x-Achse, die Widerstände R2 und R3parallel zur y-Achse. 4. Die Nominalwerte der vier Widerstände R1 bis R4 sind, abgesehen von prozessbedingten Toleranzen, gleich gross, d.h. R1= R2 = R3 = R4. 5. Die in den Widerständen R1 bis R4 fliessenden Ströme fliessen im wesentlich parallel zur aktiven Oberfläche 3 des Halbleiterchips 2. Die Widerstände R1bis R4 können deshalb als laterale Widerstände bezeichnet werden. The resistors R1 to R4 have the following features: 1. The resistors R1 to R4 are either all n-type or all p-type resistors, preferably p-type resistors. P-type resistors are resistors with p-type doping that are integrated in the semiconductor chip 2 and that are embedded in an area with n-type doping. N-type resistors are resistors integrated in the semiconductor chip 2 with an n-type doping, which are embedded in a region with p-type doping. 2. The dopings used for the resistors R1, R2, R3 and R4 are preferably the highly doped N + or P + dopings used for producing the contacts. 3. Each of the resistors R1, R2, R3 and R4 has a predetermined orientation in the xy plane defined by the active surface 3 of the semiconductor chip, the resistors Rj and R4 having a first orientation and the resistors R2 and R3 a second to the first have an orientation rotated by 90 °. In the example, the resistors R1 and R4 run parallel to the x-axis, the resistors R2 and R3 parallel to the y-axis. 4. The nominal values of the four resistors R1 to R4 are the same, apart from process-related tolerances, i.e. R1 = R2 = R3 = R4. 5. The currents flowing in the resistors R1 to R4 flow essentially parallel to the active surface 3 of the semiconductor chip 2. The resistors R1 to R4 can therefore be referred to as lateral resistances.

[0010] Das differenzielle Ausgangssignal der Wheatstone Brücke wird der Verstärkerschaltung 8 zugeführt, wo es beispielsweise mittels eines ersten Operationsverstärkers 9 in ein Differenzsignal umgewandelt und mittels eines zweiten Operationsverstärkers 10 durch Subtraktion eines konstanten Werts V1offsetkompensiert wird und dann als Ausgangssignal Vsdes Stresssensors 1 zur Verfügung steht. The differential output signal of the Wheatstone bridge is fed to the amplifier circuit 8, where it is converted into a differential signal, for example by means of a first operational amplifier 9 and compensated for by means of a second operational amplifier 10 by subtracting a constant value V1offset, and is then available as an output signal Vsdes stress sensor 1 .

[0011] Die Widerstandsweite der Widerstände R1 bis R4hängen unter anderem ab von den mechanischen Belastungen, im wesentlichen von den Spannungskomponenten Txx und Tyy, die die in Richtung der x-Achse bzw. y-Achse gerichteten Normalspannungskomponenten des mechanischen Spannungstensors bezeichnen. The resistance of the resistors R1 to R4 depend, among other things, on the mechanical loads, essentially on the stress components Txx and Tyy, which denote the normal stress components of the mechanical stress tensor directed in the direction of the x-axis and y-axis.

[0012] Im Beispiel verlaufen die länglichen Widerstände Ri und R4 parallel zur x-Achse, die Widerstände R2 und R3parallel zur y-Achse. Es gilt dann: In the example, the elongated resistors Ri and R4 run parallel to the x-axis, the resistors R2 and R3 parallel to the y-axis. The following then applies:

wobei πL einen longitudinalen und πT einen transversalen Spannungskoeffizienten bezeichnen. Die Ausgangsspannung Uw der Wheatstone-Brücke des Stresssensors 1 ist gegeben durch where πL denotes a longitudinal and πT a transverse stress coefficient. The output voltage Uw of the Wheatstone bridge of the stress sensor 1 is given by

wobei Uo die an die Knoten 4 und 5 angelegte Spannung bezeichnet. where Uo denotes the voltage applied to nodes 4 and 5.

[0013] Wenn alle vier Widerstände RL bis R4 den gleichen Nominalwert aufweisen, dann gilt auch bei mechanischer Belastung in guter Näherung R1 R2 R3 R4 und die Gleichung (3) vereinfacht sich zu If all four resistors RL to R4 have the same nominal value, then R1 R2 R3 R4 applies to a good approximation even with mechanical loading and equation (3) is simplified to

[0014] Aus den Gleichungen (1), (2) und (4) ergibt sich From equations (1), (2) and (4) results

[0015] Für Standard (100) Silizium mit einer <110> Orientierung des Fiats gilt für p-Typ Widerstände bei der bevorzugten relativ hohen p-Dotierung: For standard (100) silicon with a <110> orientation of the Fiat, the following applies to p-type resistors with the preferred relatively high p-doping:

[0016] Die angegebenen Zahlen (0.35, -0.33) sind als Näherungswerte zu verstehen. The numbers given (0.35, -0.33) are to be understood as approximate values.

[0017] Unter Berücksichtigung der Terme erster Ordnung von Txx und Tyy erhält man aus den Gleichungen (5) bis (7) Taking into account the first-order terms of Txx and Tyy, one obtains from equations (5) to (7)

[0018] Die Gleichung (8) ergibt sich, weil in (100) Silizium integrierte p-Typ Widerstände die Eigenschaft haben. Die Widerstände R1 bis R4 sind deshalb bevorzugt p-Typ Widerstände. Equation (8) results because p-type resistors integrated in (100) silicon have the property. The resistors R1 to R4 are therefore preferably p-type resistors.

[0019] Für Standard (100) Silizium mit einer <110> Orientierung des Fiats gilt für n-Typ Widerstände bei der bevorzugten relativ hohen n-Dotierung: For standard (100) silicon with a <110> orientation of the flat, the following applies to n-type resistors with the preferred relatively high n-doping:

[0020] Die angegebenen Zahlen (-0.16, -0.09) sind als Näherungswerte zu verstehen. The numbers given (-0.16, -0.09) are to be understood as approximate values.

[0021] Der erfindungsgemässe Stresssensor eignet sich beispielsweise, um bei einem auf dem Hall-Effekt basierenden Magnetfeldsensor die durch mechanische Belastungen verursachte Änderung des Offsets zu kompensieren. The stress sensor according to the invention is suitable, for example, in order to compensate for the change in the offset caused by mechanical loads in a magnetic field sensor based on the Hall effect.

[0022] Die Fig. 2 zeigt in Aufsicht eine Sensorzelle 11, die ein Hallelement 12 und vier p-Typ Widerstände R1 bis R4umfasst. Das Hallelement 12 ist bei diesem Beispiel eine quadratische n-Wanne (oder eine p-Wanne) mit vier Kontakten 13 für die Zuführung des Hallstroms und den Abgriff der Hallspannung, die in den Ecken des Quadrats angeordnet sind. Bei Standard (100) Silizium mit einer <110> Orientierung des Fiats verlaufen zwei Kanten des Quadrats parallel zur <110> Kristallachse, die hier als x-Achse bezeichnet wird, und zwei Kanten des Quadrats verlaufen senkrecht zur <110> Kristallachse und somit parallel zur y-Achse. Das Hallelement ist empfindlich auf die Komponente des Magnetfelds, die senkrecht zur Oberfläche des Halbleiterchips verläuft, und ist somit ein sogenanntes horizontales Hallelement. Die Widerstände R1 bis R4 sind bevorzugt p-Typ Widerstände, können aber auch n-Typ Widerstände sein, und sind parallel zu den Kanten des Hallelements 12 angeordnet. Die Widerstände R1 und R4verlaufen somit parallel zur x-Achse und die Widerstände R2und R3 parallel zur y-Achse. Die Widerstände R1 bis R4 sind wie anhand der Fig. 1 erläutert durch elektrische Leiterbahnen miteinander verbunden und als Wheatstone-Brücke geschaltet. Fig. 2 shows a plan view of a sensor cell 11 which includes a Hall element 12 and four p-type resistors R1 to R4. In this example, the Hall element 12 is a square n-well (or a p-well) with four contacts 13 for supplying the Hall current and tapping the Hall voltage, which are arranged in the corners of the square. In standard (100) silicon with a <110> orientation of the flat, two edges of the square run parallel to the <110> crystal axis, which is referred to here as the x-axis, and two edges of the square run perpendicular to the <110> crystal axis and thus parallel to the y-axis. The Hall element is sensitive to the component of the magnetic field that runs perpendicular to the surface of the semiconductor chip and is therefore a so-called horizontal Hall element. The resistors R1 to R4 are preferably p-type resistors, but can also be n-type resistors, and are arranged parallel to the edges of the Hall element 12. The resistors R1 and R4 thus run parallel to the x-axis and the resistors R2 and R3 run parallel to the y-axis. As explained with reference to FIG. 1, the resistors R1 to R4 are connected to one another by electrical conductor tracks and connected as a Wheatstone bridge.

[0023] Die elektrische Ausgangsspannung UA des Hallelementes 12 kann dargestellt werden als The electrical output voltage UA of the Hall element 12 can be represented as

wobei UHall(B) die vom Magnetfeld abhängige Spannung und UOffset die bei Abwesenheit eines Magnetfeldes vorhandene Spannung bezeichnen. Die Offsetspannung UOffset ihrerseits hat verschiedene Anteile, nämlich einen aus Abweichungen von der geometrischen Symmetrie resultierenden Anteil, einen von der Differenz der anliegenden mechanischen Spannungskomponenten Txx - Tyy abhängigen Anteil, einen von Raumladungseffekten abhängigen Anteil, usw. Der erfindungsgemässe Stresssensor 1 liefert ein Ausgangssignal, das proportional zur Differenz Txx - Tyy der mechanischen Spannungskomponenten ist und eignet sich deshalb, um diesen Anteil des Offsets des Hallelementes 12 zu kompensieren. where UHall (B) denotes the voltage dependent on the magnetic field and UOffset denotes the voltage present in the absence of a magnetic field. The offset voltage UOffset, for its part, has different components, namely a component resulting from deviations from the geometrical symmetry, a component dependent on the difference in the applied mechanical stress components Txx-Tyy, a component dependent on space charge effects, etc. The stress sensor 1 according to the invention provides an output signal which is proportional to the difference Txx-Tyy of the mechanical stress components and is therefore suitable for compensating for this portion of the offset of the Hall element 12.

[0024] Die vier Kontakte 13 des Hallelements 12 sind so angeordnet, dass die Linie, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Stromkontakte verbindet, parallel zu der aktiven Oberfläche 3 unter einem Winkel von 45° oder -45° schräg zur <110> Kristallrichtung, d.h. hier auch der x-Achse, verläuft. The four contacts 13 of the Hall element 12 are arranged in such a way that the line which connects two opposite current contacts in each case is parallel to the active surface 3 at an angle of 45 ° or -45 ° obliquely to the <110> crystal direction, i.e. here also the x-axis.

[0025] Die Fig. 3 zeigt das funktionale, elektrische Schaltbild eines Hallsensors, der ein Hallelement 12, einen erfindungsgemässen Stresssensor 1 und eine analoge Verstärkerschaltung 8 umfasst, die das Ausgangssignal des Stresssensors 1 verwendet, um den von der Differenz Txx - Tyy der mechanischen Spannungskomponenten abhängigen Anteil des Offsets des Hallelementes 12 zu kompensieren. Der Hallsensor hat vorzugsweise die Struktur der in der Fig. 2 gezeigten Sensorzelle 11. An die Knoten 4 und 5 der Wheatstone-Brücke wird eine vorbestimmte Betriebsspannung U0 angelegt. Das Ausgangssignal der Wheatstone-Brücke wird als differenzielles Spannungssignal abgegriffen und der Verstärkerschaltung 8 zugeführt, wo es beispielsweise mittels des ersten Operationsverstärkers 9 in ein Differenzsignal umgewandelt und mittels des zweiten Operationsverstärkers 10 durch Subtraktion eines konstanten Werts Vi offsetkompensiert wird. Das Hallelement 12 ist mittels eines Multiplexers 14 an eine Stromquelle 15 und einen dritten Operationsverstärker 16 angeschlossen. Der Multiplexer 14 ist Teil einer Steuerschaltung 17, die den Betrieb des Hallelementes 12 mit der Spinning Current Methode ermöglicht. Das differenzielle Ausgangssignal des Hallelementes 12 wird mittels des dritten Operationsverstärkers 16 in ein Differenzsignal und mittels eines von der Steuerschaltung 17 gesteuerten Demultiplexers 18 in ein Gleichspannungssignal umgewandelt. Die Ausgangssignale des zweiten Operationsverstärkers 10 und des Demultiplexers 18 werden mittels eines Differenzgliedes 19, im Beispiel mittels eines vierten Operationsverstärkers, voneinander subtrahiert. Die Verstärkungsfaktoren der beiden Operationsverstärker 10 und 16 sind so aufeinander abgestimmt, dass der von der Differenz der anliegenden mechanischen Spannungskomponenten Txx - Tyy abhängige Anteil des Offsets des Hallelementes 12 kompensiert wird. 3 shows the functional, electrical circuit diagram of a Hall sensor which comprises a Hall element 12, a stress sensor 1 according to the invention and an analog amplifier circuit 8 which uses the output signal of the stress sensor 1 to measure the mechanical difference Txx-Tyy To compensate for voltage components dependent portion of the offset of the Hall element 12. The Hall sensor preferably has the structure of the sensor cell 11 shown in FIG. 2. A predetermined operating voltage U0 is applied to nodes 4 and 5 of the Wheatstone bridge. The output signal of the Wheatstone bridge is tapped as a differential voltage signal and fed to the amplifier circuit 8, where it is converted into a differential signal, for example by means of the first operational amplifier 9, and offset by the second operational amplifier 10 by subtracting a constant value Vi. The Hall element 12 is connected to a current source 15 and a third operational amplifier 16 by means of a multiplexer 14. The multiplexer 14 is part of a control circuit 17 which enables the Hall element 12 to be operated using the spinning current method. The differential output signal of the Hall element 12 is converted into a differential signal by means of the third operational amplifier 16 and into a direct voltage signal by means of a demultiplexer 18 controlled by the control circuit 17. The output signals of the second operational amplifier 10 and of the demultiplexer 18 are subtracted from one another by means of a differential element 19, in the example by means of a fourth operational amplifier. The gain factors of the two operational amplifiers 10 and 16 are matched to one another in such a way that the portion of the offset of the Hall element 12 that is dependent on the difference between the applied mechanical stress components Txx-Tyy is compensated.

[0026] Hallsensoren enthalten mit Vorteil mehrere Hallelemente, die zusammen einen Cluster bilden, und werden bevorzugt mit der bekannten Spinning Current Methode betrieben. Es ist deshalb vorteilhaft, den Hallsensor aus mehreren Sensorzellen 11 mit der in der Fig. 2 gezeigten Struktur zu bilden, wobei die vier Widerstände Ri bis R4, die ein Hallelement 12 umgeben, jeweils eine Wheatstone-Brücke bilden, und den Mittelwert der differenziellen Ausgangsspannungen aller Wheatstone-Brücken zu bilden, um auf diese Weise ein gemitteltes Stresssignal zu erhalten, das für die Kompensation der Offsetspannung des mit der Spinning Current Methode betriebenen Clusters verwendet wird. Alternativ können die Widerstände Ri aller Sensorzellen 11, die Widerstände R2 aller Sensorzellen 11, die Widerstände R3 aller Sensorzellen 11, und die Widerstände R4 aller Sensorzellen 11 des Hallsensors parallel geschaltet und dann zu einer einzigen Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet werden. Hall sensors advantageously contain several Hall elements, which together form a cluster, and are preferably operated with the known spinning current method. It is therefore advantageous to form the Hall sensor from several sensor cells 11 with the structure shown in FIG. 2, the four resistors Ri to R4, which surround a Hall element 12, each forming a Wheatstone bridge, and the mean value of the differential output voltages of all Wheatstone bridges in order to obtain an averaged stress signal that is used to compensate for the offset voltage of the cluster operated with the spinning current method. Alternatively, the resistors Ri of all sensor cells 11, the resistors R2 of all sensor cells 11, the resistors R3 of all sensor cells 11, and the resistors R4 of all sensor cells 11 of the Hall sensor can be connected in parallel and then connected together to form a single Wheatstone bridge.

[0027] Anstelle der in der Fig. 3gezeigten analogen Verarbeitung kann die Verarbeitung des Ausgangssignals des Stresssensors 1 und des Hallelementes 12 bzw. der Ausgangssignale mehrerer Stresssensoren und mehrerer Hallelemente auch auf digitale Weise erfolgen. Insbesondere das Differenzglied 19 kann ein digitales Bauteil sein, das die Ausgangssignale des zweiten Operationsverstärkers 10 und des Demultiplexers 18 digitalisiert und voneinander subtrahiert. Instead of the analog processing shown in FIG. 3, the processing of the output signal of the stress sensor 1 and the Hall element 12 or the output signals of several stress sensors and several Hall elements can also be carried out digitally. In particular, the differential element 19 can be a digital component which digitizes the output signals of the second operational amplifier 10 and the demultiplexer 18 and subtracts them from one another.

[0028] Bei der Spinning Current Methode werden die Strom- und Spannungskontakte in zwei oder vier Phasen zyklisch vertauscht. Die Spinning Current Methode ist aus der Literatur gut bekannt und beispielsweise im Artikel von P J A Munter, «A low-offset spinning-current Hall plate», Sensors and Actuators A21-A23 (1990) 743-746 wie auch in der WO 03/036733 beschrieben, auf die hier explizit verwiesen wird. In the spinning current method, the current and voltage contacts are cyclically exchanged in two or four phases. The spinning current method is well known from the literature and, for example, in the article by PJA Munter, “A low-offset spinning-current Hall plate”, Sensors and Actuators A21-A23 (1990) 743-746 and also in WO 03/036733 which are explicitly referred to here.

[0029] Ein wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Kombination der Verwendung des Stresssensors und der Spinning Current Methode durch mechanische Spannungen bewirkte Offsetfehler eines Hallelementes bereits bei Betrieb mit einer 2-Phasen Spinning Current Methode wirksam verringert. Die Verringerung des Offsets ist noch besser bei Betrieb des Hallelementes mit einer 4-Phasen Spinning Current Methode. An important advantage of the invention is that the combination of the use of the stress sensor and the spinning current method effectively reduces offset errors of a Hall element caused by mechanical stresses even when operating with a 2-phase spinning current method. The reduction in the offset is even better when the Hall element is operated with a 4-phase spinning current method.

Claims (4)

1. Stresssensor (1) zur Erfassung einer Differenz von zwei mechanischen Spannungskomponenten in einem Halbleiterchip (2), wobei der Stresssensor in eine aktive Oberfläche (3) des Halbleiterchips (2) integrierte Widerstände aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stresssensor (1) eine durch vier integrierte längliche Widerstände Ri bis R4 gebildete Wheatstone Brücke ist, bei der die Widerstände R1 und R2in Reihe geschaltet, die Widerstände R3 und R4 in Reihe und parallel zu den Widerständen R1und R2 geschaltet sind, wobei die Widerstände R1 und R3 einen gemeinsamen Knoten (4) und die Widerstände R2 und R4einen gemeinsamen Knoten (5) haben, wobei die Widerstände R1 und Rheine erste Orientierung und die Widerstände R2 und R3 eine zweite, zur ersten um 90° gedrehte Orientierung aufweisen und wobei alle Widerstände R1 bis R4 den gleichen nominalen Wert haben.A stress sensor (1) for detecting a difference between two mechanical stress components in a semiconductor chip (2), wherein the stress sensor has resistors integrated in an active surface (3) of the semiconductor chip (2), characterized in that the stress sensor (1) has a Wheatstone bridge formed by four integrated elongated resistors Ri to R4, in which the resistors R1 and R2 are connected in series, the resistors R3 and R4 are connected in series and in parallel with the resistors R1 and R2, the resistors R1 and R3 having a common node (FIG. 4) and resistors R2 and R4 have a common node (5), resistors R1 and Rheine having first orientation and resistors R2 and R3 having a second orientation rotated 90 ° to the first and all resistors R1 to R4 being the same nominal Have value. 2. Stresssensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Widerstände R1 bis R4 p-Typ Widerstände sind.2. Stress sensor (1) according to claim 1, characterized in that the four resistors R1 to R4 are p-type resistors. 3. Hallsensor, umfassend mindestens ein Hallelement (12) und einen Stresssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Hallelement (12) in den gleichen Halbleiterchip (2) integriert ist wie der Stresssensor (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzglied (19) ein um einen vorbestimmten Faktor verstärktes Ausgangssignal des Stresssensors (1) vom Ausgangssignal des Hallelementes (12) subtrahiert.3. Hall sensor, comprising at least one Hall element (12) and a stress sensor (1) according to claim 1 or 2, wherein the at least one Hall element (12) in the same semiconductor chip (2) is integrated as the stress sensor (1), characterized a differential element (19) subtracts an output signal of the stress sensor (1) which has been amplified by a predetermined factor from the output signal of the Hall element (12). 4. Hallsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Hallelement (12) in einem Halbleiterchip (2) aus (100) Silizium eingebettet ist, wobei eine Linie, die zwei einander gegenüberliegende Stromkontakte verbindet, parallel zu der aktiven Oberfläche (3) unter einem Winkel von 45° oder -45° schräg zur <110> Kristallrichtung, verläuft, dass die Widerstände Rj und R4 des Stresssensors (1) parallel zur <110> Kristallrichtung verlaufen, und dass die Widerstände R2 und R3 des Stresssensors (1) senkrecht zur <110> Kristallrichtung verlaufen.4. Hall sensor according to claim 3, characterized in that the at least one Hall element (12) is embedded in a semiconductor chip (2) of (100) silicon, a line connecting two opposing current contacts parallel to the active surface (3) at an angle of 45 ° or -45 ° oblique to the <110> crystal direction, runs, that the resistors Rj and R4 of the stress sensor (1) are parallel to the <110> crystal direction, and that the resistors R2 and R3 of the stress sensor (1) are perpendicular to the <110> crystal direction.