[實用新型]低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器

有效

• 申請號: 201120271648.4
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN202167545U
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 陳宏冰;徐敏;曾科;陳忠志
• 申請（專利權）人: 上海騰怡半導體有限公司
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;H01L43/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術領域

本實用新型涉及霍爾傳感器，具體地說，涉及減小霍爾元件失調電壓和屏蔽噪聲干擾的霍爾傳感器。

背景技術

眾所周知，采用硅材料制作的霍爾元件可以與微電子集成電路技術兼容，可以和各種保障電路和信號處理電路集成一起構成各種功能電路。霍爾傳感器在工業生產、交通運輸和日常生活中有著非常廣泛的應用。許多專家專注于研究減小霍爾元件的失調電壓、提高霍爾的一致性，提高霍爾系數、靈敏度，減小噪聲干擾的技術。其中，通過改良霍爾元件版圖設計是提高霍爾元件性能的重要技術之一。

為了降低失調電壓，在霍爾元件的版圖設計中，廣泛采用對稱性四個正方形霍爾元件陣列的布圖設計，如圖1和圖2所示。這樣的布圖設計，能使失調誤差、機械壓力等失配互相抵消，降低失調電壓。大多數的霍爾元件主要是以方形形狀制作。但由于方形霍爾元件在光刻、刻蝕、擴散和離子注入過程中的非均勻性，不能保證器件的高度一致。方形霍爾元件的匹配性沒有圓形霍爾元件的匹配性好，方形霍爾元件的不良匹配增加了霍爾元件的失調電壓。

霍爾元件的噪聲干擾，一直也是版圖設計工程師關注的問題。目前的霍爾元件版圖設計廣泛應用P型隔離環隔離噪聲。但由于P+注入較淺，噪聲很容易越過隔離環，干擾霍爾元件的正常工作。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，使得霍爾元件擁有更高的霍爾系數、更小的噪聲、更低的失調電壓。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，包括霍爾元件，所述霍爾元件為圓形，包括在N型晶圓上淀積形成的N型外延層以及在N型晶圓上形成的圓形隔離環。

上述結構的霍爾傳感器，由于采用四個圓形霍爾元件并聯連接的布圖設計，大大降低了失調電壓，提高霍爾元件的一致性。與過去的霍爾元件版圖設計相比，本實用新型主要有三方面的技術改進：

第一，減小噪聲干擾。許多版圖設計人員在進行霍爾傳感器的版圖布圖，通常是把霍爾元件放在芯片中間，四周圍繞著霍爾元件服務的電路器件。不容忽略的是，當產生大噪聲的電路器件靠近霍爾元件時，噪聲串擾會嚴重影響霍爾元件的正常工作。人們為了減小噪聲的影響，通常有兩種方法：要么讓霍爾四周的器件與霍爾元件盡量保持一定距離，要么在霍爾元件四周包圍較寬的外延層。本實用新型提供了一種新的屏蔽噪聲干擾霍爾元件的技術，采用了高壓P阱隔離環、一圈空穴保護環和金屬屏蔽層，能大大減小噪聲干擾和噪聲耦合。

第二，減小失調電壓。圓形的圖形能夠抵消掉器件在制版，光刻，注入，擴散過程中的非均勻性，保持器件高度的一致性，從而降低器件的失調電壓。在霍爾元件的版圖設計中，采用四個霍爾元件陣列的中心對稱布圖設計，能使失調誤差、機械壓力等失配互相抵消，降低失調電壓。

第三，提高霍爾系數，采用圓形結構降低了hall板的等效阻抗，提高了hall板中從電源流到地的電流。根據霍爾系數計算公式可知，這將提高hall板的霍爾系數。霍爾系數計算公式為，R_H＝ρ·u_n，其中，R_H為霍爾系數，ρ為平均電阻率，u_n為電子的遷移率。

本實用新型提供了四個圓形霍爾元件并聯連接的中心對稱布圖設計，大大降低了失調電壓，提高了霍爾系數、霍爾元件的一致性、減小了失調電壓。

附圖說明

圖1是傳統霍爾元件平面結構圖；

圖2是四個并聯連接的傳統霍爾元件平面結構圖；

圖3是霍爾傳感器能夠檢測的磁場方向示意圖；

圖4是本實用新型霍爾元件的剖面圖；

圖5是本實用新型霍爾元件的平面結構圖；

圖6是文氏橋等效電路圖；

圖7是四個并聯連接的本實用新型的圓形霍爾元件平面結構圖。

圖中標記說明

1-P型預埋層

2-N型外延層

3-高壓P阱隔離環

4-低壓P阱

5-P+注入區

6-高壓N阱

7-低壓N阱

8-N+注入區

H1、H2、H3、H4-霍爾器件的四個引出端子

R1-霍爾器件引出端子H1與H4之間的外延電阻

R2-霍爾器件引出端子H1與H2之間的外延電阻

R3-霍爾器件引出端子H3與H4之間的外延電阻

R4-霍爾器件引出端子H2與H3之間的外延電阻

Vdd-電源

Vh-霍爾電勢