霍尔传感器制造技术

本发明专利技术提供能够不增加芯片尺寸且以高灵敏度去除偏置电压的霍尔传感器。在正方形的霍尔元件敏感部的四个顶点分别独立的配置有霍尔电压输出端子和控制电流输入端子。霍尔电压输出端子均为同一形状，控制电流输入端子配置在各个霍尔电压输出端子的两侧，以与所述霍尔电压输出端子不导通的间隔而设置，在所述四个顶点具有同一形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体霍尔元件，且特别涉及高灵敏度且能够去除偏置(offset)电压的霍尔传感器。
技术介绍
首先，对霍尔元件的磁检测原理进行说明。对物质中流过的电流施加垂直的磁场， 则在与该电流和磁场双方均垂直的方向上产生电场(霍尔电压)。考虑图2那样的霍尔元件，以感应磁场而产生霍尔电压的霍尔元件敏感部1的宽度为W、长度为L、电子迁移率为μ、用于产生电流的电源2的施加电压为Vdd、施加磁场为 B时，从电压计3输出的霍尔电压VH表述为VH = μ B (ff/L) Vdd ；该霍尔元件的磁灵敏度Kh表述为Kh = μ (W/L)Vdd。根据此关系式可知，使霍尔元件具有高灵敏度的方法之一为增大W/L比。另一方面，实际的霍尔元件中，即使是在没有施加磁场的情况下，也会产生输出电压。将此磁场为0时输出的电压称为偏置电压。认为产生偏置电压的原因为，从外部施加给元件的机械应力或制造过程中的失准等引起的元件内部的电位分布不均衡所致。以抵消等方式补偿偏置电压，使之成为应用上没问题的大小时，一般按照以下方法进行。其中之一是图3所示那样的利用旋转电流(spinning current)的偏置消除电路的方法。由于霍尔元件敏感部10为对称形状，具有一对输入端子中流过控制电流、从另一对输出端子得到输出电压的4个端子Tl、T2、T3、T4。霍尔元件敏感部的一方的一对端子 Tl、T2为控制电流输入端子的情况下，另一方的一对端子T3、T4为霍尔电压输出端子。此时，在输入端子施加电压Vin，则输出端子产生输出电压Vh+Vos。此处Vh表示与霍尔元件的磁场成比例的霍尔电压，Vos表示偏置电压。接着，以T3、T4为控制电流输入端子，Τ1、Τ2 为霍尔电压输出端子，在Τ3、Τ4之间施加输入电压Vin，则输出端子产生电压-Vh+Vos。将以上的在两个方向流过电流时得到的输出电压相减，从而消除偏置电压Vos，能够得到与磁场成比例的输出电压2Vh。(例如，参考专利文献1)第二种方法是将相同形状的两个霍尔元件串联连接，霍尔元件敏感部以互相正交的方向接近配置，从而去除由应力产生的电压不均衡。(例如，参考专利文献2)专利文献1 日本特开平06-186103号公报专利文献2 日本特开昭62-208683号公报
技术实现思路
但是，在专利文献1的方法中，一旦输入到霍尔元件敏感部的2个方向的电流或输出的霍尔电压依赖于形状，就不能够利用旋转电流来去除偏置电压，所以元件形状必须是对称形，4个端子也必须是相同形状。现有的方法中，霍尔电压输出端子与控制电流输入端子的责任是由同一端子兼有，所以为去除偏置电压，具有此两种责任的端子必须全部为同一形状。为将作为霍尔电压输出端子与控制电流输入端子的责任进行替换，不能够安排为适合各自功能的形状和配置。这样，根据四个端子的形状和配置，霍尔元件的灵敏度和偏置电压也会变化，所以存在如何选择这些端子的形状和配置的课题。此外，专利文献2的方法中，W/L可决定为任意值，所以能实现高灵敏度。然而，由于使用多个霍尔元件，所以存在与芯片尺寸变大、成本上升相关的课题。而且，在有些情况下，仅利用旋转电流来去除偏置电压是不能够去除偏置电压的。 以下说明其理由。霍尔元件以图4所示的等效电路表述。霍尔元件表述为4个端子用4个电阻R1、 R2、R3、R4来连接的桥式电路。在霍尔元件为对称形状的情况下，4个电阻R1、R2、R3、R4的电阻值相同。但是，实际上由于应力或制造上的加工精度等而有所不同。利用如上所述的将2个方向电流流过时分别得到的输出电压相减来消除偏置电压。考虑施加磁场为0的情况。霍尔元件的一对端子Tl、T2上施加电压Vin，则另一对端子 T3、T4 之间输出霍尔电压 Vouta = (R2*R4_R1*R3)/(R1+R4)/(R2+R3)*Vin。另一方面，在端子T3、T4上施加电压Vin，则Tl、T2上输出霍尔电压Voutb = (R1*R3_R2*R4) / (R3+R4)/(Rl+R2)*Vin。2个方向的输出电压之差，即偏置电压为Vos = Vouta-Voutb = (R1-R3) * (R2-R4) * (R2*R4_R1*R3) / (R1+R4) / (R2+R3) / (R3+R4) / (R1+R2) *Vin。此处，在右边的分母(R1-R3)*(R2-R4)*(R2*R4-R1*R3) = O的条件下能够去除偏置电压。从而，在各个等效电路的电阻R1、R2、R3、R4不同的情况下也能够消除偏置电压。然而，根据电流施加方向，电阻Rl、R2、R3、R4的值不同的情况下，即，在霍尔元件的一对端子Tl、T2施加电压Vin 的情况下以及在端子T3、T4施加电压Vin的情况下，4个电阻R1、R2、R3、R4的值不同时，偏置电压Vos因上述的等式不成立而无法消除。图5是普通的霍尔元件的截面图。成为霍尔元件敏感部的N型杂质区102的周边部由用于分离的P型杂质区包围。在霍尔电流施加端子上施加电压，则在霍尔元件敏感部与其周边部的边界，耗尽层扩大。由于耗尽层中没有霍尔电流流过，所以耗尽层扩大的区域中抑制霍尔电流而增加电阻。此外，耗尽层宽度依赖于施加电压。因此，根据电压施加方向， 图4所示的等效电路的电阻Rl、R2、R3、R4的值变化，所以偏置消除电路不能消除磁偏置。 为解决上述课题，本专利技术由以下方式构成。本专利技术的特征在于，霍尔元件敏感部的控制电流输入端子与霍尔电压输出端子单独配置。本专利技术的特征在于，霍尔元件的形状为正方形，其各顶点具有霍尔电压输出端子以及控制电流输入端子二者。本专利技术的特征在于，所配置的端子的形状为增大控制电流输入端子宽度、减小霍尔电压输出端子宽度。然后，本专利技术的特征在于，在控制电流输入端子与电源之间具有开关。此外，本专利技术的特征在于，利用旋转电流能够去除偏置电压。而且为了能利用旋转电流去除偏置电压，本专利技术的特征在于，包括在P型半导体衬底表面形成的由N型杂质区构成的霍尔元件敏感部；以包围N型杂质区的侧面与底面的方式形成的由N型低浓度杂质区构成的耗尽层抑制区；以及在N型杂质区的端部设置的由 N型高浓度杂质区构成的控制电流输入端子。本专利技术的特征在于，作为耗尽层抑制区的N型低浓度杂质区形成为比霍尔元件敏感部的N型杂质区更深、且浓度更低。通过使用以上方式，能够利用旋转电流去除偏置电压。此外，通过单独配置控制电流输入端子与霍尔电压输出端子，能够增大输入端子、减小输出端子，所以能够增大霍尔元件的灵敏度。而且以1个霍尔元件就能实现上述功能，所以能够减小芯片尺寸。附图说明图1是表示本专利技术的霍尔元件的构成的图。图2是用于对理想的霍尔效应的原理进行说明的图。图3是用于说明利用旋转电流的偏置电压去除方法的图。图4是表示用于说明霍尔元件的偏置电压的等效电路的图。图5是表示普通的霍尔元件的截面构造的图。图6是表示能够利用旋转电流去除偏置电压的霍尔元件的截面构造的图。 具体实施例方式图1是表示本专利技术的霍尔元件的一种实施例的构成的平面图。本专利技术的霍尔元件在正方形的霍尔元件敏感部100的4个顶点具有霍尔电压输出端子111、112、113、114以及夹着该霍尔电压输出端子的控制电流输入端子121、122、123、124。即，与霍尔元件敏感部相连接的端子中，霍尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种霍尔传感器，包括：正方形的霍尔元件敏感部；霍尔电压输出端子，分别配置在所述霍尔元件敏感部的四个顶点并具有同一形状；以及控制电流输入端子，配置在各个所述霍尔电压输出端子的两侧，以不与所述霍尔电压输出端子导通的间隔而配置，且在所述四个顶点具有同一形状。

【技术特征摘要】
2010.07.05 JP 2010-153108;2011.05.20 JP 2011-113471.一种霍尔传感器，包括 正方形的霍尔元件敏感部；霍尔电压输出端子，分别配置在所述霍尔元件敏感部的四个顶点并具有同一形状；以及控制电流输入端子，配置在各个所述霍尔电压输出端子的两侧，以不与所述霍尔电压输出端子导通的间隔而配置，且在所述四个顶点具有同一形状。2.一种霍尔传感器，包括霍尔元件敏感部，具有四个顶点和四重旋转轴的形状； 霍尔电压输出端子，分别配置在所述四个顶点并具有同一形状；以及控制电流输入端子，配置在各个所述霍尔电压输出端子的两侧，以不与所述霍尔电压输出端子导通的间隔而配置，且在所述四个顶点具有同一形状。3.根据权利要求1或2所述的霍尔传感器，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：飞冈孝明，近江俊彦，
申请(专利权)人：精工电子有限公司，
类型：发明
国别省市：JP