JP4696455B2 - Hall element, magnetic sensor, and magnetic detection method - Google Patents
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この発明は、基板（ウェハ）面に対して水平な磁界成分を検出するホール素子および磁気センサおよび磁気検出方法に関する。 The present invention relates to a Hall element, a magnetic sensor, and a magnetic detection method for detecting a magnetic field component horizontal to a substrate (wafer) surface.
この種のホール素子（磁気センサ）は、非接触での角度検出が可能であることから、例えば角度検出センサとして車載内燃機関のスロットル弁開度センサ等に用いられる。
まず、図１３を参照して、ホール素子の磁界検出原理について説明する。
Since this type of Hall element (magnetic sensor) can detect the angle without contact, it is used as, for example, a throttle valve opening sensor of an in-vehicle internal combustion engine as an angle detection sensor.
First, the principle of magnetic detection of the Hall element will be described with reference to FIG.
周知のように、物質中を流れる電流に垂直な磁界（磁気）が加わると、電流および磁界の双方に垂直な方向に電界が生じる。そしてこの電界により移動するキャリアは、ローレンツ力を受けてキャリアの運動（移動）方向と磁界との双方に垂直な方向に曲がる。これにより、この物質の片側にキャリアが溜まることとなり、同キャリアの曲げられた方向に電界（電圧）が生じることとなる。この現象をホール効果と呼び、発生する電圧をホール電圧と呼ぶ。 As is well known, when a magnetic field (magnetism) perpendicular to the current flowing in the material is applied, an electric field is generated in a direction perpendicular to both the current and the magnetic field. Then, the carrier moving by this electric field receives a Lorentz force and bends in a direction perpendicular to both the movement (movement) direction of the carrier and the magnetic field. As a result, carriers accumulate on one side of the substance, and an electric field (voltage) is generated in the bent direction of the carriers. This phenomenon is called the Hall effect, and the generated voltage is called the Hall voltage.
例えば、図１３に示すようなホール素子１００を考えた場合、同素子の幅をＷ、長さをＬ、厚さをｄ、同素子と磁界となす角度をθ、磁束密度をＢ、供給電流（端子ＴＩ−ＴＩ’間に供給する電流）をＩとすると、ホール電圧（端子ＴＶH−ＴＶH’間に生じる電圧）ＶHは、
ＶH＝（ＲHＩＢ／ｄ）ｃｏｓθ、ＲH＝１／（ｑｎ）
と表せる。ここで、ＲHはホール係数であり、またｑは電荷、ｎはキャリア濃度である。
For example, when considering the
V H = (R H IB / d) cos θ, R H = 1 / (qn)
It can be expressed. Here, R H is the Hall coefficient, q is the charge, and n is the carrier concentration.
上記式からも分かるように、磁界となす角度θに応じてホール電圧ＶHが変化するため、これを利用することで角度の検出が可能となる。このように、ホール素子を用いることで、上述の角度検出センサを実現することができる。 As can be seen from the above equation, the Hall voltage V H changes in accordance with the angle θ formed with the magnetic field, so that the angle can be detected by using this. Thus, the above-described angle detection sensor can be realized by using the Hall element.
また、一般的なホール素子としては、例えば非特許文献１に記載のようなホール素子、いわゆる横型ホール素子が知られている。この横型ホール素子は、基板（ウェハ）表面に対して垂直な磁界成分を検出するものである。
Further, as a general Hall element, for example, a Hall element as described in Non-Patent
以下、図１４を参照して、このホール素子（横型ホール素子）についてさらに説明する。なお、図１４（ａ）はこのホール素子の平面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図である。 Hereinafter, this Hall element (horizontal Hall element) will be further described with reference to FIG. 14A is a plan view of the Hall element, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line L1-L1 in FIG.
同図１４（ａ）および（ｂ）に示されるように、このホール素子８０は、例えばＰ型（第１の導電型）のシリコンからなる半導体基板８１の上に、例えばエピタキシャル成長にて形成されたＮ型（第２の導電型）のシリコンからなる半導体層８２を有している。ここで、半導体層８２には、このホール素子８０を他の素子と素子分離すべく、半導体基板８１に接続されるようなＰ型の拡散領域Ｄ８３が形成されている。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the
また、半導体層８２の上には、駆動電流供給用の電極８５ａおよび８５ｂと、ホール電圧検出用の電極８５ｃおよび８５ｄとがそれぞれ対向するかたちで上記拡散領域Ｄ８３に囲繞される部分の４隅に配設されている。そして、これら電極８５ａ〜８５ｄとオーミック接触を形成すべく、半導体層８２の表面には同半導体層８２よりも濃度の高いＮ型からなるＮ+拡散層８４ａ〜８４ｄが形成されている。
Further, on the
ここで、例えば電極８５ａと電極８５ｂとの間に一定の駆動電流を流すと、その電流は基板表面に水平な成分を含む電流となる。このとき、このホール素子８０に、基板表面に対して垂直な成分を含む磁界が入射されると、上述したホール効果によって電極８５ｃと電極８５ｄとの間にホール電圧が発生することとなる。すなわち、それら電極８５ｃおよび８５ｄを通じてその発生したホール電圧を検出することで、先の図１３に示した式から基板表面に対して垂直な磁界成分を求めることができる。このように、このホール素子では、基板表面に対して垂直な磁界成分を検出することができる。
Here, for example, when a constant drive current is passed between the
これに対して近年、基板（ウェハ）面に対して水平な磁界成分を検出するホール素子も提案されている。このようなホール素子としては、例えば同じく非特許文献１に記載されているホール素子、いわゆる縦型ホール素子がある。
On the other hand, a Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the substrate (wafer) surface has recently been proposed. As such a Hall element, for example, there is a so-called vertical Hall element described in Non-Patent
次に、図１５を参照して、このホール素子（縦型ホール素子）について説明する。なお、図１５において、図１５（ａ）はこのホール素子の平面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＬ１−Ｌ１線に沿った断面図、図１５（ｃ）は図１５（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。 Next, the Hall element (vertical Hall element) will be described with reference to FIG. 15A is a plan view of the Hall element, FIG. 15B is a cross-sectional view taken along line L1-L1 in FIG. 15A, and FIG. 15C is FIG. It is sectional drawing along the L2-L2 line of a).
同図１５（ａ）〜（ｃ）に示されるように、このホール素子９０は、例えばＰ型のシリコンからなる半導体基板９１と、この表面にＮ型の不純物を導入して形成された埋込層９６の上に例えばエピタキシャル成長にて形成されたＮ型のシリコンからなる半導体層９２を有している。なお、埋込層９６は、半導体層９２よりも濃度の高いＮ型からなる。
As shown in FIGS. 15A to 15C, the
また半導体層９２の上には、駆動電流供給用の電極９５ａ〜９５ｃや、ホール電圧検出用の電極９５ｄおよび９５ｅが配設されている。ここで、電極９５ａは、電極９５ｂおよび９５ｃと、これら電極に直交するかたちで配設された電極９５ｄおよび９５ｅとの双方に挟まれるかたちで配設されている。また半導体層９２の表面には、これら電極９５ａ〜９５ｅとオーミック接触を形成すべく、半導体層９２よりも濃度の高いＮ型からなるＮ+拡散層９４ａ〜９４ｅが形成されている。
On the
また上記半導体層９２には、電極９５ａ〜９５ｅの全ての周囲を囲繞するかたちで拡散領域Ｄ９３が形成されるとともに、さらにこの内側に電極９５ａおよび９５ｄおよび９５ｅの周囲を囲繞するかたちでトレンチＴ９３が形成されている。ここで、トレンチＴ９３は、半導体層９２の底面に形成される埋込層９６に接続される態様で、また拡散領域Ｄ９３は、半導体基板９１に接続される態様でそれぞれ延設されている。なお、トレンチＴ９３には、例えばポリイミドからなる絶縁膜９３が埋設されている。そしてこのホール素子９０においては、それらトレンチＴ９３および埋込層９６によって区画される部分が、いわゆるホールプレートＨＰ９となっている。すなわちこのホール素子９０では、この部分（ホールプレートＨＰ９）に入射される磁気（磁界）を検出するようになっている。
In addition, a diffusion region D93 is formed in the
ここで、例えば電極９５ａと電極９５ｂとの間、および電極９５ａと電極９５ｃとの間にそれぞれ一定の電流を流すと、電極９５ａから埋込層９６へ基板表面に垂直な成分を含む電流が流れることとなる。このとき、このホール素子９０に、基板表面に対して水平な成分を含む磁界が入射されると、上述したホール効果によって電極９５ｄと電極９５ｅとの間にホール電圧が発生する。このため、そのホール電圧をそれら電極９５ｄおよび９５ｅを通じて検出することで、先の図１３に示した式から基板表面に対して水平な磁界成分を求めることができる。なおここでは、図１５に示す寸法ｄが、先の図１３に示した式のホール素子の厚さｄに相当する。このように、このホール素子では、基板表面に対して水平な磁界成分を検出することができる。
このように、図１５に例示したようなホール素子によれば、基板（ウェハ）表面に対して水平な磁界成分を検出することは確かに可能である。しかし、この従来のホール素子（縦型ホール素子）ではその構造が複雑である故に、アライメントずれや素子の形状等の影響によって電位分布のアンバランス（不平衡）が引き起こされ、オフセット電圧（不平衡電圧）が生じ易くなっている。 As described above, according to the Hall element illustrated in FIG. 15, it is certainly possible to detect a magnetic field component horizontal to the substrate (wafer) surface. However, since the structure of this conventional Hall element (vertical Hall element) is complicated, an imbalance (unbalance) of the potential distribution is caused by the effects of misalignment and the shape of the element, and an offset voltage (unbalance). Voltage) is likely to occur.
このように、上記従来のホール素子の場合、基板表面に対して水平な磁界成分を検出することができるとはいえ、オフセット電圧が生じ易い構造となっているため、オフセット電圧に起因する温度特性の悪化等が生じ易く、その結果、磁気検出精度の低下が懸念されるようになっている。ちなみに、ここでいうオフセット電圧とは、磁界が印加されていないときの出力電圧に相当するものである。 As described above, in the case of the conventional Hall element, although the magnetic field component horizontal to the substrate surface can be detected, the offset voltage is likely to be generated. As a result, there is a concern about a decrease in magnetic detection accuracy. Incidentally, the offset voltage here corresponds to the output voltage when no magnetic field is applied.
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、オフセット電圧を抑制して、より高い精度での磁気検出を可能とするホール素子および磁気センサおよび磁気検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a Hall element, a magnetic sensor, and a magnetic detection method that enable magnetic detection with higher accuracy by suppressing an offset voltage. .
こうした目的を達成すべく、請求項１に記載のホール素子では、基板に電流を供給する電極および同基板から電流を取り出す電極により構成される駆動電流供給用の電極の組と、該駆動電流供給用の電極の組の少なくとも一方の電極を挟むかたちで配設されて前記基板に供給される電流に対するホール電圧を検出可能とするホール電圧検出用の電極の組とを当該基板の同一表面に少なくとも１組ずつ有し、それら２種の電極の組を通じて前記基板の表面に水平な磁界成分を検出するホール素子として、前記２種の電極の組を構成する２組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有してなり、これら２組の電極の組を、前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組として相互に入れ替えるとともに、前記基板は、第１の導電型からなる半導体基板の上に第２の導電型からなる半導体層が形成されたものが用いられるとともに、前記半導体層には、前記２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの内側に位置する２つの電極の周囲を囲繞して且つ、前記第１の導電型からなる半導体基板近くまで延設されるかたちでこの半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されてなり、前記電位障壁は、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設される構造とする。
In order to achieve such an object, in the Hall element according to
ホール素子としてのこのような構造によれば、上記基板の表面に配設される２組の電極の組について駆動電流供給用の電極の組とする電極の組とホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えることで、磁気検出時のオフセット電圧を抑制することができ、ひいてはより高い精度での磁気（磁界）検出が可能となる。
また、上記構成では、前記基板として、第１の導電型からなる半導体基板の上に第２の導電型からなる半導体層が形成されたものを用いるとともに、前記半導体層を、前記２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの内側に位置する２つの電極の周囲を囲繞して且つ、前記第１の導電型からなる半導体基板の近くまで延設されるかたちでこの半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されるようにしている。
こうした構造によれば、前記２組の電極の組として配設される４つの電極のうち内側に位置する２つの電極の下方に上記電位障壁にて区画されてホールプレート（磁気検出部）が形成される。そして、このホールプレートでの電流は、基板（ウェハ）表面に垂直な成分を含んで上記内側に位置する２つの電極から上記半導体層の底面近傍に選択的に形成される電流通路へと流れることとなる。また、基板（ウェハ）表面に対して水平な磁界成分を含む磁界（磁気）が入射されるときにこのホールプレートに発生するホール電圧は、前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組を通じて検出することができる。このように、上記構造によれば、縦型ホール素子として適正に動作させることができるようになる。
According to such a structure as the Hall element, the two electrode groups disposed on the surface of the substrate are the electrode group for driving current supply and the electrode group for Hall voltage detection. By exchanging the electrode pair, it is possible to suppress the offset voltage at the time of magnetism detection, and thus it is possible to detect magnetism (magnetic field) with higher accuracy.
In the above configuration, the substrate is a substrate in which a semiconductor layer having a second conductivity type is formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type, and the semiconductor layer is used as the two sets of electrodes. This semiconductor layer is formed so as to surround the periphery of two electrodes located on the inner side of the four electrodes arranged as a set and to extend close to the semiconductor substrate of the first conductivity type. A potential barrier that selectively forms a current path is formed in the vicinity of the bottom surface of the substrate.
According to such a structure, a hall plate (magnetic detection unit) is formed by being divided by the potential barrier below the two electrodes located on the inner side among the four electrodes arranged as the pair of the two electrodes. Is done. The current in the hole plate flows from the two electrodes located inside including the component perpendicular to the substrate (wafer) surface to a current path selectively formed near the bottom surface of the semiconductor layer. It becomes. In addition, when a magnetic field (magnetism) including a horizontal magnetic field component is incident on the surface of the substrate (wafer), the Hall voltage generated in the Hall plate is a set of electrodes that is a set of Hall voltage detection electrodes. Can be detected through. Thus, according to the above structure, it is possible to appropriately operate as a vertical Hall element.
さらに、上記構造では、前記電位障壁を、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設するようにする。 Further , in the above structure, the potential barrier is connected to the buried layer of the second conductivity type formed on the bottom surface of the semiconductor layer as the selectively formed current path and having a higher concentration than the semiconductor layer. It is made to extend in the mode.
このような構造とすることで、半導体層の底面近傍に好適な電流通路を形成することができ、適切に駆動電流を流すことができるようになる。すなわち、ホール素子の構造としては上記構造が特に適している。 With such a structure, a suitable current path can be formed in the vicinity of the bottom surface of the semiconductor layer, and a drive current can be appropriately supplied. That is, the above structure is particularly suitable as the structure of the Hall element.
また、請求項２に記載のホール素子では、前記電位障壁として、第１の導電型からなる拡散領域を用いるようにする。
こうした構造とすることで、前記電位障壁を容易に実現することができる。
In the Hall element according to claim 2 , a diffusion region of the first conductivity type is used as the potential barrier.
With such a structure, the potential barrier can be easily realized.
また、請求項３に記載のホール素子では、前記電位障壁として、絶縁膜の埋設されたトレンチを用いるようにする。
こうした構造によれば、当該電位障壁によって絶縁区画される領域に好適なホールプレート（磁気検出部）を形成することができるようになる。
In the Hall element according to a third aspect , a trench in which an insulating film is embedded is used as the potential barrier.
According to such a structure, it is possible to form a suitable hole plate (magnetic detection unit) in a region that is insulated and partitioned by the potential barrier.
またこの場合、請求項４に記載のように、前記トレンチの内壁面に第１の導電型からなる拡散領域を形成するようにすることで、当該素子の高感度化を図ることができるようになる。 Also, in this case, as described in claim 4 , by forming a diffusion region of the first conductivity type on the inner wall surface of the trench, the sensitivity of the element can be increased. Become.
具体的には、一般に、半導体基板にトレンチを形成すると、そのトレンチの内壁面にはダメージ層が形成されることとなり、そこでキャリアの再結合が生じ易くなる。この点、上記構造では、トレンチ内壁面に形成された第１の導電型からなる拡散領域によって、こうしたキャリアの再結合が抑制されるようになる。また、この第１の導電型からなる拡散領域と前記第２の導電型からなる半導体層との間にはＰＮ接合が形成されて空乏層が素子内部に進入することとなるため、先の図１３に示した式の寸法ｄに相当する寸法を実質的に狭めることができる。こうして、当該素子の高感度化が図られることとなる。 Specifically, in general, when a trench is formed in a semiconductor substrate, a damaged layer is formed on the inner wall surface of the trench, and carrier recombination is likely to occur there. In this regard, in the above structure, such carrier recombination is suppressed by the diffusion region of the first conductivity type formed on the inner wall surface of the trench. In addition, since a PN junction is formed between the diffusion region of the first conductivity type and the semiconductor layer of the second conductivity type, the depletion layer enters the element. The dimension corresponding to the dimension d of the equation shown in FIG. 13 can be substantially narrowed. Thus, the sensitivity of the element is increased.
また、請求項５に記載のホール素子では、前記半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる拡散層を、前記２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの両端に位置する２つの電極の各々から延設するようにする。 Further, in the Hall element according to claim 5 , both ends of the four electrodes arranged as a set of the two sets of electrodes are provided with a diffusion layer made of the second conductivity type having a higher concentration than the semiconductor layer. It extends from each of the two electrodes located in the.
こうした構造とすることで、前記半導体層の底面近傍に選択的に形成される電流通路を通じて前記両端に位置する２つの電極の下方に流れてくるホールプレート（磁気検出部）からの電流を前記両端に位置する２つの電極へ導くことができるようになる。すなわち上記構造によれば、縦型ホール素子として適正且つ好適に動作させることができるようになる。 With this structure, the current from the Hall plate (magnetic detection unit) flowing below the two electrodes located at both ends through a current path selectively formed near the bottom surface of the semiconductor layer is supplied to the both ends. It becomes possible to lead to two electrodes located in the area. That is, according to the above structure, the vertical Hall element can be appropriately and suitably operated.
また、請求項６に記載の磁気センサでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のホール素子を同一基板上に直列接続される態様で配設するようにする。
磁気センサとしてこのような構造を採用することで、ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧を大きくすることができ、ひいては当該磁気センサの高感度化を図ることができるようになる。
In the magnetic sensor according to a sixth aspect, the Hall elements according to any one of the first to fifth aspects are arranged in a manner connected in series on the same substrate.
By adopting such a structure as the magnetic sensor, it is possible to increase the voltage output to the set of Hall voltage detection electrodes, and to increase the sensitivity of the magnetic sensor.
また、請求項７に記載の磁気センサでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のホール素子を同一基板上に並列接続される態様で配設するようにする。
このような構造とすることで、これら並列接続されるホール素子の出力電圧（ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧）やオフセット電圧（不平衡電圧）を平均化して高い精度で磁気を検出することができるようになる。
In the magnetic sensor according to claim 7 , the Hall elements according to any one of
By adopting such a structure, the output voltage of the Hall elements connected in parallel (the voltage output to the set of Hall voltage detection electrodes) and the offset voltage (unbalanced voltage) are averaged, and the magnetism is highly accurate. Can be detected.
また、請求項８に記載の磁気センサでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のホール素子を同一基板上に対向配置するようにする。
このような構造とすることで、これら対向配置した素子同士の出力電圧（ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧）を平均化することができ、当該センサの高精度化が期待できる。
In the magnetic sensor according to an eighth aspect , the Hall element according to any one of the first to fifth aspects is disposed so as to face the same substrate.
By adopting such a structure, it is possible to average the output voltages (voltages output to the set of Hall voltage detection electrodes) between the elements arranged opposite to each other, and it is possible to expect higher accuracy of the sensor. .
またこの場合、請求項９に記載の磁気センサでは、前記対向配置されてなるホール素子を、チップとして切り出された基板の側面に対して４５°傾けられて配置するようにする。
Also in this case, the magnetic sensor according to
通常、ホール電圧はキャリア移動度に比例する。このため、上記のように応力の影響を受けにくい面方位にホール素子を配置することにより、当該センサのさらなる高精度化が期待できるようになる。 Usually, the Hall voltage is proportional to the carrier mobility. For this reason, it becomes possible to expect higher accuracy of the sensor by arranging the Hall elements in the plane orientation that is not easily affected by stress as described above.
また、請求項１０に記載の磁気センサでは、請求項１〜５のいずれか一項に記載のホール素子の２つと、基板表面に垂直な磁界成分の検出を可能とするホール素子の１つとを、同一基板上に直交する３軸方向の磁界成分を検出可能に配設するようにする。
Further, the magnetic sensor according to
このような構造とすることで、直交する３軸方向の磁界成分を検出することができるようになり、いわゆる３次元磁気センサとして機能するようになる。
また、請求項１１に記載の磁気検出方法では、基板に電流を供給する電極および同基板から電流を取り出す電極により構成される駆動電流供給用の電極の組と、該駆動電流供給用の電極の組の少なくとも一方の電極を挟むかたちで配設されて前記基板に供給される電流に対するホール電圧を検出可能とするホール電圧検出用の電極の組とを当該基板の同一表面に少なくとも１組ずつ有し、それら２種の電極の組を通じて前記基板の表面に水平な磁界成分を検出するホール素子による磁気検出方法として、前記基板は、第１の導電型からなる半導体基板の上に第２の導電型からなる半導体層が形成されてなるとともに、前記半導体層には、前記２種の電極の組を構成する２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの内側に位置する２つの電極の周囲を囲繞して且つ、前記第１の導電型からなる半導体基板近くまで延設されるかたちでこの半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されていて、この電位障壁は、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設されており、この基板の同一表面に配設される２組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有するとともに、これら２組の電極の組について前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行うようにする。
With such a structure, it becomes possible to detect magnetic field components in three orthogonal directions, and to function as a so-called three-dimensional magnetic sensor.
Further, the magnetic detection method according to
磁気検出方法としての上記方法によれば、オフセット電圧を抑制してより高い精度での磁気検出を行うことができるようになる。
また、請求項１２に記載の磁気検出方法では、前記基板に供給される電流として一定の電流を供給しつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行うようにする。
According to the above method as the magnetic detection method, it is possible to perform magnetic detection with higher accuracy by suppressing the offset voltage.
Further, the magnetic detection method according to
このような方法によれば、オフセット電圧を好適に打ち消す（キャンセルする）ことができるようになる。 According to such a method, the offset voltage can be suitably canceled (cancelled) .
図１に、この発明についてその第１の実施の形態を示す。この実施の形態にかかるホール素子も、先の図１５に例示したホール素子と同様、基板（ウェハ）面に対して水平な磁界成分を検出する、いわゆる縦型ホール素子である。ただし、この実施の形態のホール素子では、図１（ａ）および（ｂ）に示す構造とすることによって、前述したような磁気検出精度の低下を抑えるようにしている。 FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. The Hall element according to this embodiment is also a so-called vertical Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the substrate (wafer) surface, like the Hall element illustrated in FIG. However, in the Hall element of this embodiment, the structure shown in FIGS. 1A and 1B is used to suppress the decrease in magnetic detection accuracy as described above.
以下、同図１を参照して、この実施の形態にかかるホール素子の構造について詳述する。なお、図１において、図１（ａ）はこのホール素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＬ２−Ｌ２線に沿った断面図である。 Hereinafter, the structure of the Hall element according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 1, FIG. 1A is a plan view of the Hall element, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line L2-L2 of FIG.
同図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、このホール素子１０も、大きくは、例えばＰ型（第１の導電型）のシリコンからなる半導体基板１１の上に、例えばエピタキシャル成長にて形成されたＮ型（第２の導電型）のシリコンからなる半導体層１２を有して構成されている。一般に、Ｎ型のシリコンはＰ型のシリコンよりもキャリア移動度が大きいため、半導体層１２の材料としてはＮ型のシリコンが特に適している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, this
また、半導体層１２の上には、Ｌ２−Ｌ２線に沿って電極１５ａ〜１５ｄが交互に配設されている。そして、電極１５ａおよび１５ｂの電極の組と、電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組とは、Ｌ２−Ｌ２線の垂線であるＬ１−Ｌ１線を対称軸として線対称の関係を有している。
On the
また上記半導体層１２には、電極１５ａ〜１５ｄの全ての周囲を囲繞するかたちでトレンチＴ１３が形成されるとともに、さらにその内側に電極１５ａおよび１５ｃと電極１５ｂおよび１５ｄとの間をそれぞれ仕切るかたちで上記トレンチＴ１３と接続されるトレンチＴ１３ａおよびＴ１３ｂが形成されている。またここで、トレンチＴ１３ａおよびＴ１３ｂは各々、半導体層１２の底面に形成されて該半導体層１２よりも濃度の高いＮ型からなる埋込層１６ａおよび１６ｂに接続される態様で、また、トレンチＴ１３は半導体基板１１に接続される態様でそれぞれ延設されている。なお、これらトレンチＴ１３およびＴ１３ａおよびＴ１３ｂには、例えばノンドープ多結晶シリコンやポリイミド等からなる絶縁膜１３および１３ａおよび１３ｂがそれぞれ埋設されている。そしてこのホール素子１０においては、これらトレンチ、並びに半導体基板１１、埋込層１６ａおよび１６ｂによって区画される部分が、いわゆるホールプレートＨＰ１となっている。すなわちこのホール素子１０では、この部分（ホールプレートＨＰ１）に入射される磁気（磁界）を検出するようになっている。
In the
また、半導体層１２の表面には、上記電極１５ａ〜１５ｄとオーミック接触を形成すべく、半導体層１２よりも濃度の高いＮ型からなるＮ+拡散層１４ａ〜１４ｄが形成されている。またこれら電極１５ａ〜１５ｄのうちの両端に位置する電極１５ｄおよび１５ｂの下方には、上記埋込層１６ａおよび１６ｂにそれぞれ接続される態様で、同じく半導体層１２よりも濃度の高いＮ型からなる拡散層１７ａおよび１７ｂが形成されている。なお、このホール素子１０は、標準的なバイポーラプロセスおよびトレンチプロセスで作製することができる。一般にバイポーラプロセスは、センサの駆動回路として通常用いられるアナログ回路の作製に適したプロセスであるため、当該ホール素子１０は周辺回路との集積化も容易に行うことができる。
Further, N + diffusion layers 14 a to 14 d made of N-type having a higher concentration than the
次に、図２を併せ参照して、この実施の形態にかかるホール素子の動作について詳述する。
図１（ｂ）中の端子ＴＡ、端子ＴＢ、並びに端子ＴＣ、端子ＴＤは、それぞれ電極１５ａ、電極１５ｂ、並びに電極１５ｃ、電極１５ｄに電気的に接続された端子である。
Next, the operation of the Hall element according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 1B, the terminal TA, the terminal TB, the terminal TC, and the terminal TD are terminals electrically connected to the
ここで、図２に示すように、例えば端子ＴＡと端子ＴＢとの間に電圧を印加して電極１５ａから半導体層１２に一定の駆動電流を供給すると、その電流は埋込層１６ｂに向かって流れて、電位障壁となるトレンチＴ１３ｂによって半導体層１２の底面近傍に選択的に形成される電流通路、すなわち埋込層１６ｂを通じて電極１５ｂの下方に至る。その後、この電流は、拡散層１７ｂを通じて電極１５ｂに流れ込むこととなる。
Here, as shown in FIG. 2, for example, when a voltage is applied between the terminal TA and the terminal TB to supply a constant drive current from the
このとき、ホールプレートＨＰ１には基板表面に対して垂直な成分を含む電流が流れることとなるため、例えば図１や図２中に矢印Ｂにて示す方向の磁界、すなわち基板表面に対して水平な成分を含む磁界が入射されると、前述したホール効果によって電極１５ｃと電極１５ｄとの間にホール電圧が発生することとなる。このため、端子ＴＣおよびＴＤを通じてその発生したホール電圧を検出することによって、ホールプレートＨＰ１に入射される磁界のうち基板表面に対して水平な磁界成分を先の図１３に示した式から求めることができる。なおここでは、図１に示した寸法ｄが、先の図１３に示した式のホール素子の厚さｄに相当する。
At this time, since a current including a component perpendicular to the substrate surface flows through the hole plate HP1, for example, a magnetic field in a direction indicated by an arrow B in FIGS. When a magnetic field including such a component is incident, a Hall voltage is generated between the
このように、上記構造とすることで、このホール素子１０はいわゆる縦型ホール素子として適正に動作することとなる。またここでは、端子ＴＡと端子ＴＢとの間に電圧を印加して電極１５ａから半導体層１２に駆動電流を供給する場合についてのみ説明した。しかし上述のように、このホール素子１０では、電極１５ａおよび１５ｂの電極の組と電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組とがＬ１−Ｌ１線を対称軸として線対称の関係を有して配設されている。このため、端子ＴＣと端子ＴＤとの間に電圧を印加して半導体層１２に駆動電流を供給する場合についても同様に、端子ＴＡおよびＴＢを通じてホール電圧を検出して基板表面に対して水平な磁界成分を求めることができるようになっている。また駆動電流の方向を反対にした場合も、例えば電極１５ｂから電極１５ａへ駆動電流を流す場合も同様に、磁界（磁気）を検出することができる。
Thus, with the above structure, the
以下、同図３を併せ参照して、この実施の形態にかかるホール素子の駆動態様について詳述する。なお、図３（ａ）はこのホール素子の平面図、図３（ｂ）は同ホール素子の等価回路である。またここに示す端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、先の図１および図２に示した端子ＴＡ、ＴＤ、ＴＢ、ＴＣに相当するものである。ちなみに一般的なホール素子も、図３（ｂ）に示すような等価回路になる。 Hereinafter, the driving mode of the Hall element according to this embodiment will be described in detail with reference to FIG. 3A is a plan view of the Hall element, and FIG. 3B is an equivalent circuit of the Hall element. The terminals T1, T2, T3, and T4 shown here correspond to the terminals TA, TD, TB, and TC shown in FIGS. Incidentally, a general Hall element also has an equivalent circuit as shown in FIG.
前述したように、ホール電圧は、物質中を運動するキャリアが磁場（磁界）によるローレンツ力を受けて偏在した結果、そのローレンツ力とつり合うように発生する電場（電界）に起因するものである。従って、図３（ａ）に示すようなホール素子１０に例えば端子Ｔ１から端子Ｔ３へ一定の駆動電流を流した状態で図３中に矢印Ｂにて示す方向の磁界が入射されると、端子Ｔ２の電位が端子Ｔ４の電位に対してホール電圧ＶH２４の分だけ高くなる。また一方、端子Ｔ２から端子Ｔ４へ一定の駆動電流を流した状態で図３中に矢印Ｂにて示す方向の磁界が入射されると、端子Ｔ３の電位が端子Ｔ１の電位に対してホール電圧ＶH３１の分だけ高くなる。このとき、当該ホール素子１０が端子Ｔ１〜Ｔ４間で完全に対称に作られていれば、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間および端子Ｔ１と端子Ｔ３との間にそれぞれ出力される電圧Ｖ２４およびＶ３１は、それぞれ「Ｖ２４＝ＶH２４」、「Ｖ３１＝ＶH３１」となる。
As described above, the Hall voltage is caused by an electric field (electric field) generated so as to balance the Lorentz force as a result of uneven distribution of carriers moving in the material by receiving the Lorentz force due to the magnetic field (magnetic field). Therefore, when a magnetic field in the direction indicated by the arrow B in FIG. 3 is incident on the
しかし通常、電極の配置位置に関する制約やデバイス作製時のマスク合わせ誤差による位置ずれ（アライメントずれ）等があるため、ホール素子をそれら端子間で完全に対称に作ることは極めて困難である。そのため、実際に出力される電圧には、ホール電圧とともにオフセット電圧（不平衡電圧）が含まれる。すなわち、出力電圧Ｖ２４およびＶ３１は、それぞれ「Ｖ２４＝ＶH２４＋ΔＶ２４」、「Ｖ３１＝ＶH３１＋ΔＶ３１」となる。そして、このように出力電圧にオフセット電圧が含まれると、オフセット電圧に起因する温度特性の悪化等が生じ易く、磁気検出精度の低下が懸念されることは前述した通りである。ちなみに、ここでいうオフセット電圧も、磁界が印加されていないときの出力電圧に相当する。
However, normally, there are restrictions on the arrangement position of the electrodes and misalignment (alignment misalignment) due to a mask alignment error at the time of device fabrication, so that it is extremely difficult to make the Hall element completely symmetrical between the terminals. Therefore, the actually output voltage includes the offset voltage (unbalanced voltage) as well as the Hall voltage. That is, the output voltages V24 and V31 are “V24 =
ここで、図３（ｂ）のような抵抗ブリッジとして当該ホール素子１０を考えると、端子Ｔ１から端子Ｔ３へ一定の駆動電流Ｉ１３を流した時のオフセット電圧ΔＶ２４は、
ΔＶ２４＝Ｉ１３×（Ｒ２３×Ｒ４１−Ｒ１２×Ｒ３４）／（Ｒ１２＋Ｒ２３＋Ｒ３４＋Ｒ４１）
となる。
Here, when considering the
ΔV24 = I13 × (R23 × R41−R12 × R34) / (R12 + R23 + R34 + R41)
It becomes.
また、端子Ｔ２から端子Ｔ４へ一定の駆動電流Ｉ２４を流した時のオフセット電圧ΔＶ３１は、
ΔＶ３１＝Ｉ２４×（Ｒ１２×Ｒ３４−Ｒ２３×Ｒ４１）／（Ｒ１２＋Ｒ２３＋Ｒ３４＋Ｒ４１）
となる。すなわち、これらオフセット電圧ΔＶ２４およびΔＶ３１は、「ΔＶ２４×Ｉ２４＝−ΔＶ３１×Ｉ１３」の関係を有することとなる。
The offset voltage ΔV31 when a constant drive current I24 is passed from the terminal T2 to the terminal T4 is
ΔV31 = I24 × (R12 × R34−R23 × R41) / (R12 + R23 + R34 + R41)
It becomes. That is, these offset voltages ΔV24 and ΔV31 have a relationship of “ΔV24 × I24 = −ΔV31 × I13”.
またこの実施の形態においては、駆動電流供給用の端子の組（電極の組）とホール電圧検出用の端子の組（電極の組）とを所定周期で入れ替えつつ磁界の検出を行うようにする。すなわち、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間に駆動電流Ｉ１３を流しての端子Ｔ２およびＴ４による電圧検出と、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間に駆動電流を流しての端子Ｔ１およびＴ３による電圧検出とを所定周期で繰り返し行い、いわばチョッパ駆動によってこのホール素子は駆動されることとなる。 In this embodiment, a magnetic field is detected while a set of terminals for supplying drive current (a set of electrodes) and a set of terminals for detecting a Hall voltage (a set of electrodes) are exchanged at a predetermined period. . That is, voltage detection by terminals T2 and T4 with a drive current I13 flowing between terminals T1 and T3, and voltage detection by terminals T1 and T3 with a drive current flowing between terminals T2 and T4 Is repeatedly performed at a predetermined cycle, so to speak, this Hall element is driven by chopper driving.
またこのホール素子１０では、電極１５ａおよび１５ｂの電極の組と電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組とが、Ｌ２−Ｌ２線上に交互に配設されて且つ、同Ｌ２−Ｌ２線の垂線であるＬ１−Ｌ１線を対称軸として線対称の関係を有している（図１（ａ）参照）。このため、端子Ｔ１およびＴ３の端子の組（電極１５ａおよび１５ｂの電極の組）、および端子Ｔ２およびＴ４の端子の組（電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組）のいずれをホール電圧検出用の端子の組（電極の組）として用いても同様にホール電圧を検出することができる。すなわち、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間および端子Ｔ１と端子Ｔ３との間にそれぞれ出力される電圧Ｖ２４およびＶ３１は、「Ｖ２４≒Ｖ３１」の関係を有することとなる。
Further, in the
またこのとき、端子Ｔ１と端子Ｔ３との間に供給する駆動電流の大きさと、端子Ｔ２と端子Ｔ４との間に供給する駆動電流の大きさとが等しくなるようにする。すなわち「Ｉ１３＝Ｉ２４」となり、ここでＶ２４とＶ３１との和をとると、
Ｖ２４＋Ｖ３１＝ＶH２４＋ＶH３１
のように、オフセット電圧は原理的に完全に打ち消される（キャンセルされる）こととなる。そして、こうして所定周期で検出されるホール電圧からこれに対応する磁気（磁界）を算出することで、オフセット電圧を抑制して例えば格子欠陥成長等による抵抗分変化の影響や抵抗の温度変化の影響等を緩和することができるようになり、ひいてはより高い精度での磁界検出を行うことができるようになる。
At this time, the magnitude of the drive current supplied between the terminal T1 and the terminal T3 is made equal to the magnitude of the drive current supplied between the terminal T2 and the terminal T4. That is, “I13 = I24”, where the sum of V24 and V31 is
V24 + V31 =
As described above, the offset voltage is completely canceled (cancelled) in principle. Then, by calculating the corresponding magnetism (magnetic field) from the Hall voltage detected at a predetermined period in this way, the offset voltage is suppressed, for example, the influence of the resistance change due to the growth of lattice defects or the influence of the temperature change of the resistance. Etc. can be relaxed, and as a result, magnetic field detection can be performed with higher accuracy.
このように、この実施の形態にかかるホール素子においては、上記構造および駆動方法を通じてオフセット電圧を打ち消しつつ磁気（磁界）を検出することができるようになっている。 Thus, in the Hall element according to this embodiment, the magnetism (magnetic field) can be detected while canceling the offset voltage through the structure and the driving method.
以上説明したように、この実施の形態にかかるホール素子および磁気検出方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）駆動電流供給用の端子の組（電極の組）とホール電圧検出用の端子の組（電極の組）とを所定周期で入れ替えつつ磁界の検出を行うようにした。これにより、オフセット電圧を抑制して格子欠陥成長による抵抗分変化の影響や抵抗の温度変化の影響を緩和することができるようになり、ひいてはより高い精度での磁界検出を行うことができるようになる。
As described above, according to the Hall element and the magnetic detection method according to this embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1) Magnetic field detection is performed while a set of terminals for supplying drive current (a set of electrodes) and a set of terminals for detecting a Hall voltage (a set of electrodes) are exchanged at a predetermined cycle. As a result, the offset voltage can be suppressed to mitigate the effect of resistance change due to lattice defect growth and the effect of temperature change of resistance, and as a result, magnetic field detection can be performed with higher accuracy. Become.
（２）また、このように高い精度での磁界検出を可能とすることは、歩留り向上にもつながり、ひいては低コスト化や省エネルギー化を図ることもできるようになる。
（３）また、電極１５ａおよび１５ｂの電極の組と電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組とを、Ｌ２−Ｌ２線上に交互に配設されて且つ、同Ｌ２−Ｌ２線の垂線であるＬ１−Ｌ１線を対称軸として線対称の関係を有するものとした（図１（ａ）参照）。こうした構造をとることにより、電極１５ａおよび１５ｂの電極の組、および電極１５ｃおよび１５ｄの電極の組のいずれをホール電圧検出用の電極の組として用いても同様にホール電圧を検出することができるようになり、ひいては上述のオフセット電圧についてもこれを好適に打ち消すことができるようになる。
(2) In addition, enabling magnetic field detection with high accuracy in this way also leads to an improvement in yield, which in turn makes it possible to reduce costs and save energy.
(3) Also, the electrode set of the
（４）また、駆動電流供給用の電極の組に一定の電流を供給しつつ磁気検出を行うようにした。こうすることにより、原理的にオフセット電圧が完全に打ち消される（キャンセルされる）ようになる。 (4) Further, magnetic detection is performed while supplying a constant current to the set of electrodes for supplying drive current. By doing so, in principle, the offset voltage is completely canceled (cancelled).
（５）半導体層１２に、電極１５ａおよび１５ｃの周囲を囲繞する態様で、絶縁膜の埋設されたトレンチＴ１３およびＴ１３ａおよびＴ１３ｂを形成した。またこれらトレンチＴ１３およびＴ１３ａおよびＴ１３ｂを、それぞれ埋込層１６ａや埋込層１６ｂに接続される態様で延設して半導体層１２の底面近傍に選択的に電流通路を形成するようにした。さらに電極１５ｂおよび１５ｄの下方に、埋込層１６ａおよび１６ｂにそれぞれ接続される態様で拡散層１７ａおよび１７ｂを形成した。こうした構造とすることで、このホール素子１０は、縦型ホール素子として適正且つ好適に動作するようになる。
(5) In the
（第２の実施の形態）
次に、図４に、この発明についてその第２の実施の形態を示す。なお、図４は、この実施の形態にかかるホール素子について、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図４（ａ）および（ｂ）は、先の図１（ａ）および（ｂ）に対応するものである。すなわちこの図４において、符号２１〜２３、２３ａ、２３ｂ、２４ａ〜２４ｄ、２５ａ〜２５ｄ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂにて示される各要素は、先の図１において符号１１〜１３、１３ａ、１３ｂ、１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂにて示した各要素に対応するものである。また、符号Ｔ２３、Ｔ２３ａおよびＴ２３ｂ、ＨＰ２にて示される各要素は、先の図１において符号Ｔ１３、Ｔ１３ａおよびＴ１３ｂ、ＨＰ１にて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図１に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 4 schematically shows the schematic structure of the Hall element according to this embodiment. 4A and 4B correspond to FIGS. 1A and 1B. That is, in FIG. 4,
同図４に示されるように、このホール素子２０も、基本的には先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有しており、その動作態様も前述した通りである。ただし、このホール素子２０のトレンチＴ２３、並びにトレンチＴ２３ａおよびＴ２３ｂの内壁面には、Ｐ型からなる拡散領域Ｄ２３ｃ、並びに同じくＰ型からなる拡散領域Ｄ２３ａおよびＤ２３ｂがそれぞれ形成されている。またここでも、これらトレンチＴ２３およびＴ２３ａおよびＴ２３ｂには、例えばノンドープ多結晶シリコンやポリイミド等からなる絶縁膜２３および２３ａおよび２３ｂがそれぞれ埋設されている。
As shown in FIG. 4, this
一般に、半導体基板にトレンチを形成すると、そのトレンチの内壁面にはダメージ層が形成されることとなり、そこでキャリアの再結合が生じ易くなる。この点、この実施の形態にかかるホール素子では、トレンチＴ２３およびＴ２３ａおよびＴ２３ｂの内壁面にＰ型からなる拡散領域Ｄ２３ａ〜Ｄ２３ｃを形成するようにしたため、こうしたキャリアの再結合が抑制されるようになる。また、この拡散領域Ｄ２３ａ〜Ｄ２３ｃと半導体層２２との間にはＰＮ接合が形成されて空乏層が素子内部に進入することとなるため、図４に示す寸法ｄの実効的な寸法を狭めることができる。なおここでも、この図４に示す寸法ｄが先の図１３に示した式のホール素子の厚さｄに相当し、この式からも分かるように、寸法ｄを狭めることでホール電圧を大きくすることができ、ひいては当該素子の高感度化を図ることができるようになる。
In general, when a trench is formed in a semiconductor substrate, a damage layer is formed on the inner wall surface of the trench, and carrier recombination is likely to occur there. In this regard, in the Hall element according to this embodiment, the P-type diffusion regions D23a to D23c are formed on the inner wall surfaces of the trenches T23, T23a, and T23b, so that recombination of these carriers is suppressed. Become. In addition, since a PN junction is formed between the diffusion regions D23a to D23c and the
以上説明したように、この第２の実施の形態にかかるホール素子および磁気検出方法によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the Hall element and the magnetic detection method according to the second embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment are the same as or similar to the effects. In addition to the effects, the following effects can be newly obtained.
（６）トレンチＴ２３およびＴ２３ａおよびＴ２３ｂの内壁面にＰ型からなる拡散領域Ｄ２３ａ〜Ｄ２３ｃを形成するようにした。これにより、当該ホール素子の高感度化を図ることができるようになる。 (6) P-type diffusion regions D23a to D23c are formed on the inner wall surfaces of the trenches T23, T23a, and T23b. This makes it possible to increase the sensitivity of the Hall element.
（第３の実施の形態）
次に、図５に、この発明についてその第３の実施の形態を示す。なお、図５は、この実施の形態にかかるホール素子について、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図５（ａ）および（ｂ）は、先の図１（ａ）および（ｂ）に対応するものである。すなわちこの図５において、符号３１、３２、３４ａ〜３４ｄ、３５ａ〜３５ｄ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、ＨＰ３にて示される各要素は、先の図１において符号１１、１２、１４ａ〜１４ｄ、１５ａ〜１５ｄ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、ＨＰ１にて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図１に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Third embodiment)
Next, FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 5 schematically shows a schematic structure of the Hall element according to this embodiment. FIGS. 5A and 5B correspond to FIGS. 1A and 1B. That is, in this FIG. 5, each element shown with the code |
同図５に示されるように、このホール素子３０も、基本的には先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有しており、その動作態様も前述した通りである。ただし、このホール素子３０では、絶縁膜の埋設されたトレンチＴ１３およびＴ１３ａおよびＴ１３ｂに代えて、Ｐ型の拡散領域Ｄ３３およびＤ３３ａおよびＤ３３ｂを電位障壁として用いるようにしている。また、これら拡散領域Ｄ３３およびＤ３３ａおよびＤ３３ｂは、半導体層３２の底面に形成されてこれら拡散領域よりも濃度の高いＰ型からなる埋込層３３に接続される態様でそれぞれ延設されている。
As shown in FIG. 5, the
このような構造とした場合も、絶縁膜の埋設されたトレンチＴ１３およびＴ１３ａおよびＴ１３ｂを電位障壁として用いた場合と同様に磁気検出を行うことができる。また、ホール素子としてこのような構造を採用することで、製造工程を簡易なものにすることができる。 Even in such a structure, magnetic detection can be performed as in the case where the trenches T13, T13a, and T13b in which the insulating film is embedded are used as potential barriers. In addition, by adopting such a structure as the Hall element, the manufacturing process can be simplified.
以上説明したように、この第３の実施の形態にかかるホール素子によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the Hall element according to the third embodiment, an effect similar to or equivalent to the effects (1) to (5) according to the first embodiment can be obtained. And the following effects can be newly obtained.
（７）Ｐ型の拡散領域Ｄ３３およびＤ３３ａおよびＤ３３ｂを電位障壁として用いるようにした。こうすることで、当該ホール素子をより容易に製造することができるようになり、ひいては製造工程の低コスト化を図ることができるようなる。 (7) P-type diffusion regions D33, D33a, and D33b are used as potential barriers. By doing so, the Hall element can be manufactured more easily, and as a result, the cost of the manufacturing process can be reduced.
（第４の実施の形態）
次に、図６に、この発明についてその第４の実施の形態を示す。なお、図６は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図６において、符号４１、４２、４３１および４３２、４３１ａおよび４３２ａ、４３１ｂおよび４３２ｂ、４５１ａ〜４５１ｄおよび４５２ａ〜４５２ｄにて示される各要素は、先の図１において符号１１、１２、１３、１３ａ、１３ｂ、１５ａ〜１５ｄにて示した各要素に対応するものである。また、符号Ｔ４３１およびＴ４３２、Ｔ４３１ａおよびＴ４３２ａ、Ｔ４３１ｂおよびＴ４３２ｂ、ＨＰ４１およびＨＰ４２にて示される各要素は、先の図１において符号Ｔ１３、Ｔ１３ａ、Ｔ１３ｂ、ＨＰ１にて示した各要素に対応するものである。また、符号４４３ａ〜４４３ｄ、４５３ａ〜４５３ｄ、Ｄ４３３にて示される各要素は、先の図１４において符号８４ａ〜８４ｄ、８５ａ〜８５ｄ、Ｄ８３にて示した各要素に対応するものである。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Fourth embodiment)
Next, FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6 schematically shows the schematic structure of the magnetic sensor according to this embodiment. In FIG. 6, the elements indicated by
同図６に示されるように、この磁気センサでは、先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有するホール素子４０１および４０２が、同一基板（半導体基板４１）上に直交する２軸方向の磁界（磁気）成分の検出を可能とする態様で配設されている。より詳しくは、ホール素子４０１は図中Ｘ軸方向（矢印Ｂｘにて示す方向）の磁界成分の検出を可能とする態様で、ホール素子４０２は図中Ｙ軸方向（矢印Ｂｙにて示す方向）の磁界成分の検出を可能とする態様でそれぞれ配設されている。また同一基板上に、先の図１４に示したホール素子８０と同様の構造を有するホール素子４０３、いわゆる横型ホール素子が、上記２軸（Ｘ軸およびＹ軸）方向と直交する図中Ｚ軸方向（矢印Ｂｚにて示す方向）の磁界成分の検出を可能とする態様で配設されている。
As shown in FIG. 6, in this magnetic sensor,
このように、この磁気センサは、直交する３軸方向の磁界成分を検出することができるようになっており、いわゆる３次元磁気センサとして機能する。すなわちこの磁気センサでは、同一基板上に配設された各ホール素子によって当該基板に入射される磁界のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分を独立且つ高精度に検出することができ、高い精度での広角度（３６０°）検出が可能となっている。 Thus, this magnetic sensor can detect magnetic field components in three orthogonal directions, and functions as a so-called three-dimensional magnetic sensor. In other words, in this magnetic sensor, the x, y, and z components of the magnetic field incident on the substrate can be detected independently and with high accuracy by each Hall element arranged on the same substrate. Wide angle (360 °) detection is possible.
以上説明したように、この第４の実施の形態にかかる磁気センサおよび磁気検出方法によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the magnetic sensor and the magnetic detection method according to the fourth embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment are the same as or similar to the effects. In addition to the effects, the following effects can be newly obtained.
（８）同一基板上に、直交する３軸方向の磁界成分の検出を可能とする態様で、ホール素子４０１および４０２および４０３を配設するようにした。これにより、当該磁気センサはいわゆる３次元磁気センサとして機能するようになり、高い精度での広角度（３６０°）検出が可能になる。
(8)
（第５の実施の形態）
次に、図７に、この発明についてその第５の実施の形態を示す。なお、図７は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図７において、符号５１、５２、５５１ａ〜５５１ｄおよび５５２ａ〜５５２ｄおよび５５ｎａ〜５５ｎｄにて示される各要素は、先の図１において符号１１，１２、１５ａ〜１５ｄにて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図１に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. FIG. 7 schematically shows the schematic structure of the magnetic sensor according to this embodiment. In FIG. 7, the elements indicated by
同図７に示されるように、この磁気センサでは、同一基板（半導体基板５１）上に、先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有するホール素子５０１〜５０ｎが直列接続されて配設されている。すなわち、ホール素子５０１の電極５５１ｃと同素子に隣接するホール素子５０２の電極５５２ｄとが、またホール素子５０１の電極５５１ｂとホール素子５０２の電極５５２ａとがそれぞれ電気的に接続されている。そして、こうして隣接ホール素子同士が接続されていくことで、両端に位置するホール素子５０１および５０ｎの端子、端子ＴＡおよびＴＢ、並びに端子ＴＣおよびＴＤが浮いた状態となり、これら端子を通じて駆動電流の供給およびホール電圧の検出を行うようになっている。
As shown in FIG. 7, in this magnetic sensor,
このように、複数のホール素子を同一基板上に直列接続される態様で配設することで、ホール電圧検出用の端子の組（電極の組）に出力される電圧を大きくすることができ、ひいては当該磁気センサの高感度化を図ることができるようになる。 Thus, by arranging a plurality of Hall elements connected in series on the same substrate, it is possible to increase the voltage output to the Hall voltage detection terminal set (electrode set), As a result, high sensitivity of the magnetic sensor can be achieved.
以上説明したように、この第５の実施の形態にかかる磁気センサおよび磁気検出方法によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the magnetic sensor and the magnetic detection method according to the fifth embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment are the same as or similar to the effects. In addition to the effects, the following effects can be newly obtained.
（９）ｎ個のホール素子（５０１〜５０ｎ）を、同一基板上に直列接続される態様で配設するようにした。これにより、出力電圧を大きくすることができ、ひいては当該磁気センサの高感度化を図ることができるようになる。 (9) The n Hall elements (501 to 50n) are arranged in such a manner that they are connected in series on the same substrate. As a result, the output voltage can be increased, and as a result, the sensitivity of the magnetic sensor can be increased.
（第６の実施の形態）
次に、図８に、この発明についてその第６の実施の形態を示す。なお、図８は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図８において、符号６１、６２、６５１ａ〜６５１ｄおよび６５２ａ〜６５２ｄおよび６５３ａ〜６５３ｄおよび６５ｎａ〜６５ｎｄにて示される各要素は、先の図１において符号１１，１２、１５ａ〜１５ｄにて示した各要素に対応するものである。またその他、先の図１に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示している。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Sixth embodiment)
Next, FIG. 8 shows a sixth embodiment of the present invention. FIG. 8 schematically shows the schematic structure of the magnetic sensor according to this embodiment. Further, in FIG. 8, the elements denoted by
同図８に示されるように、この磁気センサでは、同一基板（半導体基板６１）上に、先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有するホール素子６０１〜６０ｎが並列接続されて配設されている。すなわち、各ホール素子の電極、電極６０１ａ〜６０ｎａ、電極６０１ｂ〜６０ｎｂ、電極６０１ｃ〜６０ｎｃ、電極６０１ｄ〜６０ｎｄがそれぞれ電気的に接続されている。
As shown in FIG. 8, in this magnetic sensor,
このように、複数のホール素子を同一基板上に並列接続される態様で配設することで、これらホール素子の出力電圧（ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧）やオフセット電圧（不平衡電圧）を平均化して高い精度で磁気検出を行うことができるようになる。 Thus, by arranging a plurality of Hall elements in a manner connected in parallel on the same substrate, the output voltage of these Hall elements (the voltage output to the set of electrodes for Hall voltage detection) and the offset voltage ( It is possible to average the (unbalanced voltage) and perform magnetic detection with high accuracy.
以上説明したように、この第６の実施の形態にかかる磁気センサおよび磁気検出方法によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the magnetic sensor and the magnetic detection method according to the sixth embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment are the same as or similar to the effects. In addition to the effects, the following effects can be newly obtained.
（１０）ｎ個のホール素子（６０１〜６０ｎ）を、同一基板上に並列接続される態様で配設するようにした。これにより、これらホール素子の出力電圧やオフセット電圧を平均化して高い精度で磁気検出を行うことができるようになる。 (10) The n Hall elements (601 to 60n) are arranged in a manner of being connected in parallel on the same substrate. As a result, the output voltage and offset voltage of these Hall elements can be averaged and magnetic detection can be performed with high accuracy.
（第７の実施の形態）
次に、図９に、この発明についてその第７の実施の形態を示す。なお、図９は、この実施の形態にかかる磁気センサについて、その概略構造を模式的に示すものである。また、この図９において、符号７１、７２、７５１ａ〜７５１ｄおよび７５２ａ〜７５２ｄおよび７５３ａ〜７５３ｄおよび７５４ａ〜７５４ｄにて示される各要素は、先の図１において符号１１，１２、１５ａ〜１５ｄにて示した各要素に対応するものである。ここでは、これら各要素の重複する説明は割愛する。
(Seventh embodiment)
Next, FIG. 9 shows a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9 schematically shows the schematic structure of the magnetic sensor according to this embodiment. Further, in FIG. 9, the elements denoted by
同図９に示されるように、この磁気センサでは、同一基板（半導体基板７１）上に、チップとして切り出された基板の側面に対して４５°傾けられてホール素子７０１および７０２と、ホール素子７０３および７０４とがそれぞれ対向配置されている。なお、これらホール素子７０１〜７０４は、先の図１に示したホール素子１０と同様の構造を有するものである。
As shown in FIG. 9, in this magnetic sensor,
このようにホール素子を対向配置することで、これら対向配置した素子同士の出力電圧（ホール電圧検出用の電極の組に出力される電圧）を平均化することができ、当該センサの高精度化が期待できる。 By arranging the Hall elements to face each other in this way, the output voltage (voltage output to the set of Hall voltage detection electrodes) between the elements arranged opposite to each other can be averaged, and the accuracy of the sensor can be improved. Can be expected.
また通常、ホール電圧はキャリア移動度に比例する。このため、応力の影響を受けにくい面方位、すなわち基板側面に対して４５°傾けた方向に沿ってホール素子を配置することにより、当該センサのさらなる高精度化が期待できるようになる。 Usually, the Hall voltage is proportional to the carrier mobility. For this reason, by arranging the Hall element along a plane orientation that is not easily influenced by stress, that is, a direction inclined by 45 ° with respect to the side surface of the substrate, it is possible to expect higher accuracy of the sensor.
以上説明したように、この第７の実施の形態にかかる磁気センサおよび磁気検出方法によれば、先の第１の実施の形態による前記（１）〜（５）の効果と同様もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。 As described above, according to the magnetic sensor and the magnetic detection method according to the seventh embodiment, the effects (1) to (5) according to the first embodiment are the same as or similar to the effects. In addition to the effects, the following effects can be newly obtained.
（１１）ホール素子７０１および７０２とホール素子７０３および７０４とを、それぞれチップとして切り出された基板の側面に対して４５°傾けて同一基板上に対向配置するようにした。こうすることで、当該センサの高精度化が期待できるようになる。
(11) The
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下の態様をもって実施することもできる。
・上記第１の実施の形態において、図１中の埋込層１６ａおよび１６ｂ、拡散層１７ａおよび１７ｂ、あるいはこれら双方を割愛した構造も適宜採用することができる。図１０（ａ）〜（ｃ）に、これらを割愛した構造をそれぞれ示す。なお、同図１０（ａ）〜（ｃ）は各々、図１（ｂ）に対応する断面図である。そして、図１０（ａ）は埋込層１６ａおよび１６ｂを割愛した構造を示す断面図、図１０（ｂ）は拡散層１７ａおよび１７ｂを割愛した構造を示す断面図、図１０（ｃ）は埋込層１６ａおよび１６ｂと拡散層１７ａおよび１７ｂとの双方を割愛した構造を示す断面図である。またここで、上記埋込層１６ａおよび１６ｂを割愛した構造においても、トレンチＴ１３ａおよびＴ１３ｂによって半導体層１２の底面近傍に選択的に電流通路が形成されている。ただしここでは、埋込層１６ａおよび１６ｂに代わって半導体層１２が電流通路となる。そして、これら構造のいずれの構造を採用した場合も、例えば第１の実施の形態の前記（１）〜（５）の効果に準じた効果を得ることができる。また、素子形成工程の工程数を削減することができ、ひいては素子単体の低コスト化を図ることができるようになる。
(Other embodiments)
In addition, each said embodiment can also be implemented with the following aspects.
In the first embodiment, a structure in which the buried
・また、上記第３の実施の形態においても、図５中の埋込層３６ａおよび３６ｂ、拡散層３７ａおよび３７ｂ、あるいはこれら双方を割愛した構造も適宜採用することができる。図１１（ａ）〜（ｃ）に、これらを割愛した構造をそれぞれ示す。なお、同図１１（ａ）〜（ｃ）は各々、図５（ｂ）に対応する断面図である。そして、図１１（ａ）は埋込層３６ａおよび３６ｂを割愛した構造を示す断面図、図１１（ｂ）は拡散層３７ａおよび３７ｂを割愛した構造を示す断面図、図１１（ｃ）は埋込層３６ａおよび３６ｂと拡散層３７ａおよび３７ｂとの双方を割愛した構造を示す断面図である。ここでも、上記埋込層３６ａおよび３６ｂを割愛した構造では、埋込層３６ａおよび３６ｂに代わって半導体層３２が電流通路となる。そして、これら構造のいずれの構造を採用した場合も、例えば第１の実施の形態の前記（１）〜（５）の効果に準じた効果を得ることができる。また、素子形成工程の工程数を削減することができ、ひいては素子単体の低コスト化を図ることができるようになる。
In the third embodiment, the buried
・上記第７の実施の形態においては、同一基板上に、チップとして切り出された基板の側面に対して４５°傾けてホール素子７０１および７０２とホール素子７０３および７０４とをそれぞれ対向配置するようにした。しかし、図１２に示すように、同一基板上に、チップとして切り出された基板の側面に対して平行にしてそれらホール素子７０１および７０２とホール素子７０３および７０４とをそれぞれ対向配置するようにしてもよい。こうした構造を採用した場合も、例えば第１の実施の形態の前記（１）〜（５）の効果および第７の実施の形態の前記（１１）の効果に準じた効果を得ることができる。
In the seventh embodiment, the
・上記各実施の形態においては、半導体基板の材料としてＰ型のシリコンを、半導体層の材料としてＮ型のシリコンを用いるようにしたが、導電型（Ｎ型およびＰ型）を入れ替えた構造としてもよい。また、これら半導体基板や半導体層の材料はシリコンに限られることなく、製造工程や構造上の条件等に応じてその他の材料を用いるようにしてもよい。例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ等の化合物半導体やＧｅ（ゲルマニウム）等も適宜採用することができる。特に、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓは温度特性の優れた材料であり、当該ホール素子あるいは磁気センサの高感度化を図るために用いて特に有効である。 In each of the above embodiments, P-type silicon is used as the material for the semiconductor substrate, and N-type silicon is used as the material for the semiconductor layer. However, the conductivity type (N-type and P-type) is replaced. Also good. In addition, the material of the semiconductor substrate and the semiconductor layer is not limited to silicon, and other materials may be used according to the manufacturing process, structural conditions, and the like. For example, a compound semiconductor such as GaAs, InSb, or InAs, Ge (germanium), or the like can be appropriately employed. In particular, GaAs and InAs are materials having excellent temperature characteristics, and are particularly effective when used to increase the sensitivity of the Hall element or magnetic sensor.
・上記各実施の形態において、一直線上に交互に配設される４つの電極のうち内側に位置する２つの電極、例えば電極１５ａおよび１５ｃの間に素子分離用の絶縁膜（ＬＯＣＯＳやＳＴＩ等）を設けるようにしてもよい。このような構造とすることで、これら電極の間隔が狭められたときに予測される同電極間の導通等の不具合を回避することができるようになる。
In each of the above embodiments, an insulating film for element isolation (such as LOCOS and STI) is provided between two electrodes located on the inner side among four electrodes alternately arranged on a straight line, for example,
・その他、上記第１〜３の実施の形態にかかるホール素子は、駆動電流供給用の電極の組とする電極の組とホール電圧検出用の電極の組とする電極の組との２組の電極の組を入れ替えることによって磁気検出時のオフセット電圧の少なくとも一部が打ち消されるような配置をもって上記２組の電極の組が配設される範囲でその構造を変更することができる。 In addition, the Hall element according to the first to third embodiments includes two sets of an electrode set as a set of electrodes for supplying drive current and an electrode set as a set of electrodes for Hall voltage detection. By changing the electrode pair, the structure can be changed within a range in which the two electrode pairs are arranged so that at least a part of the offset voltage at the time of magnetic detection is canceled.
・また、上記第４〜７の実施の形態では、第１の実施の形態のホール素子を採用した磁気センサについて例示したが、第２あるいは第３の実施の形態のホール素子を採用しても同様の磁気センサを実現することができる。 In the fourth to seventh embodiments, the magnetic sensor using the Hall element of the first embodiment is exemplified. However, the Hall element of the second or third embodiment may be used. A similar magnetic sensor can be realized.
・また、上記各実施の形態にかかる磁気検出方法も、基板の同一表面に配設される２組の電極の組について駆動電流供給用の電極の組とする電極の組とホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ基板表面に水平な磁界成分の検出を行う範囲で適宜変更することができる。例えば上記各実施の形態では、駆動電流として一定の電流を供給しつつ基板表面に水平な磁界成分の検出を行うようにしたが、必ずしも駆動電流を一定にして磁気検出を行う必要はなく、オフセット電圧の少なくとも一部を打ち消すことのできる範囲で任意に設定することができる。 In addition, the magnetic detection method according to each of the above embodiments also includes an electrode set for driving current supply and a Hall voltage detection electrode set for two sets of electrodes arranged on the same surface of the substrate. It can be changed as appropriate within a range in which the magnetic field component horizontal to the substrate surface is detected while replacing the electrode set as the electrode set. For example, in each of the above embodiments, a magnetic field component horizontal to the substrate surface is detected while supplying a constant current as a drive current. However, it is not always necessary to perform a magnetic detection with a constant drive current. It can be arbitrarily set within a range where at least a part of the voltage can be canceled.
１０、２０、３０、８０、９０、４０１〜４０３、５０１、５０２、５０ｎ、６０１〜６０３、６０ｎ、７０１〜７０４…ホール素子、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１…半導体基板、１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２…半導体層、１３、１３ａ、１３ｂ、２３、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ、９３、４３１、４３１ａ、４３１ｂ、４３２、４３２ａ、４３２ｂ…絶縁膜、１４ａ〜１４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、３４ａ〜３４ｄ、８４ａ〜８４ｄ、９４ａ〜９４ｅ、４４３ａ〜４４３ｄ…Ｎ+拡散層、１５ａ〜１５ｄ、２５ａ〜２５ｄ、３５ａ〜３５ｄ、８５ａ〜８５ｄ、９５ａ〜９５ｅ、４５１ａ〜４５１ｄ、４５２ａ〜４５２ｄ、４５３ａ〜４５３ｄ、５５１ａ〜５５１ｄ、５５２ａ〜５５２ｄ、５５ｎａ〜５５ｎｄ、６５１ａ〜６５１ｄ、６５２ａ〜６５２ｄ、６５３ａ〜６５３ｄ、６５ｎａ〜６５ｎｄ、７５１ａ〜７５１ｄ、７５２ａ〜７５２ｄ、７５３ａ〜７５３ｄ、７５４ａ〜７５４ｄ…電極、１６ａ、１６ｂ、２６ａ、２６ｂ、３３、３６ａ、３６ｂ、９６…埋込層、１７ａ、１７ｂ、２７ａ、２７ｂ、３７ａ、３７ｂ…拡散層、Ｄ２３ａ〜Ｄ２３ｆ、Ｄ３３、Ｄ３３ａ、Ｄ３３ｂ、Ｄ８３、Ｄ９３、Ｄ４３３…拡散領域、Ｔ１３、Ｔ１３ａ、Ｔ１３ｂ、Ｔ２３、Ｔ２３ａ、Ｔ２３ｂ、Ｔ９３、Ｔ４３１ａ、Ｔ４３１ｂ、Ｔ４３２ａ、Ｔ４３２ｂ…トレンチ。
10, 20, 30, 80, 90, 401-403, 501, 502, 50n, 601-603, 60n, 701-704 ...
Claims (12)
前記２種の電極の組を構成する２組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有してなり、これら２組の電極の組を、前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組として相互に入れ替えるとともに、
前記基板は、第１の導電型からなる半導体基板の上に第２の導電型からなる半導体層が形成されてなり、前記半導体層には、前記２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの内側に位置する２つの電極の周囲を囲繞して且つ、前記第１の導電型からなる半導体基板近くまで延設されるかたちでこの半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されてなり、
前記電位障壁は、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設されてなる
ことを特徴とするホール素子。 A set of electrodes for supplying a drive current composed of an electrode for supplying current to the substrate and an electrode for extracting current from the substrate, and at least one electrode of the set of electrodes for supplying the drive current are disposed between the electrodes. And at least one set of electrodes for detecting the Hall voltage with respect to the current supplied to the substrate on the same surface of the substrate, and through the two sets of electrodes, In the Hall element that detects the magnetic field component horizontal to the surface,
The two electrode sets constituting the two types of electrode sets are alternately arranged on a straight line and have a line-symmetrical relationship with the perpendicular line of the straight line as a symmetry axis. And a pair of electrodes as a set of electrodes for driving current supply and a set of electrodes as a set of electrodes for Hall voltage detection, and
The substrate is formed by forming a semiconductor layer having a second conductivity type on a semiconductor substrate having a first conductivity type, and the semiconductor layer is disposed as a set of the two electrodes 4. A current path is selectively provided in the vicinity of the bottom surface of the semiconductor layer so as to surround the periphery of two of the two electrodes and extend to the vicinity of the semiconductor substrate of the first conductivity type. Ri Na is the potential barrier to be formed form,
The potential barrier is formed on the bottom surface of the semiconductor layer as the selectively formed current path and extends in a form connected to a buried layer of a second conductivity type having a higher concentration than the semiconductor layer. Hall element characterized by being made .
請求項１に記載のホール素子。 The Hall element according to claim 1, wherein the potential barrier is formed as a diffusion region having a first conductivity type.
請求項１に記載のホール素子。 The Hall element according to claim 1, wherein the potential barrier is formed as a trench in which an insulating film is embedded.
請求項３に記載のホール素子。 The Hall element according to claim 3 , wherein a diffusion region of the first conductivity type is formed on an inner wall surface of the trench.
て配設される４つの電極のうちの両端に位置する２つの電極の各々から延設されてなる
請求項１〜４のいずれか一項に記載のホール素子。 A diffusion layer made of the second conductivity type having a higher concentration than the semiconductor layer is extended from each of the two electrodes located at both ends of the four electrodes arranged as the set of the two sets of electrodes. The Hall element according to any one of claims 1 to 4 .
ことを特徴とする磁気センサ。 A magnetic sensor, wherein the Hall element according to any one of Claims 1 to 5 is arranged in a mode of being connected in series on the same substrate.
ことを特徴とする磁気センサ。 Magnetic sensor, wherein a Hall element according to any one of claims 1 to 5 arranged therein in a manner connected in parallel on the same substrate.
ことを特徴とする磁気センサ。 6. A magnetic sensor, wherein the Hall element according to any one of Claims 1 to 5 is disposed to face the same substrate.
請求項８に記載の磁気センサ。 The facing has been made Hall element, a magnetic sensor according to claim 8 comprising disposed angled 4 5 ° with respect to the side surface of the substrate which is cut out as a chip.
ことを特徴とする磁気センサ。 A three-axis magnetic field in which two of the Hall elements according to any one of claims 1 to 5 and one of the Hall elements capable of detecting a magnetic field component perpendicular to the substrate surface are orthogonal to each other on the same substrate. A magnetic sensor characterized in that the component can be detected.
前記基板は、第１の導電型からなる半導体基板の上に第２の導電型からなる半導体層が形成されてなるとともに、前記半導体層には、前記２種の電極の組を構成する２組の電極の組として配設される４つの電極のうちの内側に位置する２つの電極の周囲を囲繞して且つ、前記第１の導電型からなる半導体基板近くまで延設されるかたちでこの半導体層の底面近傍に選択的に電流通路を形成する電位障壁が形成されていて、この電位障壁は、前記選択的に形成される電流通路として前記半導体層の底面に形成されて該半導体層よりも濃度の高い第２の導電型からなる埋込層に接続される態様で延設されており、この基板の同一表面に配設される２組の電極の組は、一直線上に交互に配設されて且つ、その直線の垂線を対称軸として線対称の関係を有するとともに、これら２組の電極の組について前記駆動電流供給用の電極の組とする電極の組と前記ホール電圧検出用の電極の組とする電極の組とを入れ替えつつ前記基板の表面に水平な磁界成分の検出を行う
ことを特徴とする磁気検出方法。 A set of electrodes for supplying a drive current composed of an electrode for supplying current to the substrate and an electrode for extracting current from the substrate, and at least one electrode of the set of electrodes for supplying the drive current are disposed between the electrodes. And at least one set of electrodes for detecting the Hall voltage with respect to the current supplied to the substrate on the same surface of the substrate, and through the two sets of electrodes, A magnetic detection method using a Hall element that detects a magnetic field component horizontal to the surface,
The substrate includes a semiconductor layer having a second conductivity type formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type, and the semiconductor layer includes two sets constituting the two types of electrodes. This semiconductor is formed so as to surround the periphery of two electrodes located on the inner side of the four electrodes arranged as a set of electrodes and to extend close to the semiconductor substrate of the first conductivity type. A potential barrier that selectively forms a current path is formed in the vicinity of the bottom surface of the layer . This potential barrier is formed on the bottom surface of the semiconductor layer as the selectively formed current path. The electrodes are extended in such a manner that they are connected to the buried layer of the second conductivity type having a high concentration, and the two electrode pairs arranged on the same surface of the substrate are alternately arranged on a straight line. And a line-symmetric relationship with the perpendicular of the straight line as the axis of symmetry In addition, the electrode set as the drive current supply electrode set and the electrode set as the Hall voltage detection electrode set are exchanged horizontally with respect to the surface of the substrate. A magnetic detection method characterized by detecting a magnetic field component.
請求項１１に記載の磁気検出方法。 Magnetic sensing method according to claim 1 1 for detecting a horizontal magnetic field component to the surface of the substrate while supplying a constant current as the current supplied to the substrate.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104730474A (en) * | 2015-03-05 | 2015-06-24 | 上海兴工微电子有限公司 | Magnetic sensor and current sensor |
| CN106133532A (en) * | 2014-03-20 | 2016-11-16 | 公立大学法人大阪市立大学 | Clamp on amperemeter |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4798102B2 (en) * | 2004-03-30 | 2011-10-19 | 株式会社デンソー | Vertical Hall element |
| JP2007121239A (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Denso Corp | Current sensor and manufacturing method therefor |
| JP4674578B2 (en) * | 2006-01-13 | 2011-04-20 | 株式会社デンソー | Magnetic sensor and magnetic detection method |
| US7782050B2 (en) * | 2008-04-11 | 2010-08-24 | Infineon Technologies Ag | Hall effect device and method |
| CH699933A1 (en) * | 2008-11-28 | 2010-05-31 | Melexis Technologies Sa | Vertical Hall sensor. |
| JP2011059103A (en) * | 2009-08-11 | 2011-03-24 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Rotational angle detector, position detector, and detection method of the same |
| US8384183B2 (en) * | 2010-02-19 | 2013-02-26 | Allegro Microsystems, Inc. | Integrated hall effect element having a germanium hall plate |
| US9484525B2 (en) | 2012-05-15 | 2016-11-01 | Infineon Technologies Ag | Hall effect device |
| DE102013018370A1 (en) | 2013-10-29 | 2015-04-30 | Micronas Gmbh | Hall sensor device |
| JP6123687B2 (en) * | 2014-01-29 | 2017-05-10 | 株式会社デンソー | Magnetic sensor |
| DE102014010547B4 (en) | 2014-07-14 | 2023-06-07 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Hall sensor |
| JP6489840B2 (en) * | 2015-01-20 | 2019-03-27 | エイブリック株式会社 | Hall element |
| JP6910150B2 (en) * | 2017-01-18 | 2021-07-28 | エイブリック株式会社 | Semiconductor device |
| JP7365771B2 (en) * | 2019-01-31 | 2023-10-20 | エイブリック株式会社 | semiconductor equipment |
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Family Cites Families (3)
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Cited By (4)
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