[發明專利]減小霍爾集成電路失調電壓方法及其裝置

有效

• 申請號: 200710039676.1
• 申請日: 2007-04-19
• 公開（公告）號: CN101290946A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 管慧;陳俊
• 申請（專利權）人: 上海鉅勝微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/22
• 分類號: H01L27/22
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所
• 代理人: 沈原

【技術領域】

本發明涉及到半導體集成電路的改進，尤其是霍爾器件。更具體 地說，涉及到一種減小集成在集成電路中的霍爾器件失調電壓布圖設 計方法及其裝置。

【背景技術】

基于霍爾效應原理工作的霍爾器件主要作為磁傳感器所使用。眾 所周知，采用硅材料制作的霍爾器件的優勢在于，它們的制造技術與 微電子集成電路技術兼容，可以和各種保障電路(例如調整、補償和 保護等電路)和信號處理電路(例如放大器、施密特觸發器、帶通濾波 器和輸出器等電路)等集成在一起構成各種功能電路，實現大批量生 產，大幅度降低了生產成本；輸出信號可供計算機和各種儀器設備直 接使用，非常方便。因此霍爾集成電路作為一個重要的分支獲得了很 大的發展。在過去20年，已批量生產的霍爾集成電路包括霍爾線性 電路、霍爾開關電路、霍爾功率電路、霍爾微功耗電路、霍爾齒輪傳 感器電路等等，并已在磁場測量、物體運動參量(速度、轉速、位置、 位移等)的檢測、無觸點開關、電流傳感等各個領域得到了愈來愈廣 泛的應用。而且，據預測，在今后二十年中，它們仍將在這些應用中 起主導作用，因而吸引了許多專家、學者對它們尚存的不足進行了大 量的改進研究。在若干改進性研究課題中，控制和減小霍爾器件的失 調電壓一直引起研究的重點之一。

硅材料的霍爾遷移率較小，產生的霍爾電壓也很微弱，因此失調 電壓是霍爾電路設計中必須盡力減小的參數。失調電壓是由于材料的 不均勻性、晶體的各向異性、表面狀態、制作上的機械誤差(例如光 刻套準性)以及包封材料的壓力和半導體的熱不匹配等多種復雜因素 引起的。在這方面，人們也進行了大量的研究工作，找到了許多改進 方法，使失調電壓降低幾個數量級，其中霍爾單元的陣列狀對稱性設 計是減小失調電壓的行之有效的方法。

早期的霍爾效應單元采用如圖1所示的單一的霍爾單元(霍爾 片、霍爾板，Hall?Plate)，這種單一結構易受熱量、機械壓力的影 響，因此輸出的霍爾電壓會隨著溫度、大氣壓力、機械壓力的變化而 變得不平衡。霍爾效應單元可等效為如圖2所示的一四個電阻組成的 文氏電阻橋網絡。圖2中的ΔR代表失調。那么對于電壓偏置的情況， 則失調電壓為：VOFF=ΔRRV.]]>

為了避免如上所述的單一霍爾單元的缺點，在許多設計中已廣泛 采用如圖3所示的對稱性四霍爾單元陣列的布圖設計。這四個并列的 霍爾單元提供了一種“物理平均”的霍爾電壓輸出。使得失調誤差、 機械壓力等的失配可以互相抵消，在穩定性和失調電壓等方面有10 倍數量級的改進。但實際上即使采用了如圖2的對稱性陣列霍爾單元 的布圖設計，仍然會有一些導致失調電壓的因素不可預計和控制。圖 3中的箭頭方向代表電流方向。如圖4為采用雙極(Bipolar)工藝實 現的四霍爾單元陣列和其外圍電路(僅給出了一個NPN晶體管)的剖 面圖。

【發明內容】

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術中所存在的缺 陷，采用簡單的設計原理，提供一種霍爾單元圖形匹配性、對稱性、 一致性更好，并受霍爾器件周圍的其它器件影響更小的霍爾輸出電壓 失調更小的布圖設計方法及其裝置。

本發明采用了下列技術方案解決了其技術問題：一種減小霍爾集 成電路失調電壓方法，其特征在于是將霍爾單元陣列位于芯片的中心 部分，其他為霍爾單元服務的電路器件置于霍爾單元陣列的周圍，并 將霍爾單元陣列中的霍爾單元并聯聯接，每個霍爾單元的周邊被重摻 雜所形成的隔離帶和外延層所包圍。

根據上述的減小霍爾集成電路失調電壓方法所涉及的裝置，包括 一半導體P型基層襯底，以及在半導體P型基層襯底上生長輕摻雜的 半導體N型外延層。在半導體N型外延層上還置有被重摻雜的半導體 P型隔離帶，該隔離帶將半導體N型外延層分割成至少三塊孤立的霍 爾單元，且霍爾單元呈中心對稱排列的陣列，各霍爾單元之間并聯聯 接。

本發明的特點是通過使霍爾單元陣列的位于芯片的中心部分，其 它為霍爾單元服務的電路器件(如霍爾電壓放大器)位于霍爾單元的 周圍的布圖方式，從而使得霍爾器件受芯片邊緣的應力和壓力等的影 響趨于一致。