[發明專利]縱型霍爾元件

有效

• 申請號: 201510818916.2
• 申請日: 2015-11-23
• 公開（公告）號: CN105633274B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 鈴木聰之;海老原美香;飛岡孝明
• 申請（專利權）人: 艾普凌科有限公司
• 主分類號: H01L43/06
• 分類號: H01L43/06;G01R33/07
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;黃綸偉

本發明提供縱型霍爾元件，其為不會增大芯片面積的高靈敏度的縱型霍爾元件。在縱型霍爾元件中，在電壓輸出端與第1電流供給端之間設置有內部被絕緣膜填充的溝槽。由此，能夠抑制朝電壓輸出端的電流流入，從而增加垂直的電流分量的比例，其結果是能夠提高靈敏度。

技術領域

本發明涉及半導體霍爾元件。特別是涉及這樣的縱型霍爾元件：包含與襯底的表面垂直的分量的電流被供給到該半導體襯底內的磁感受部，并且通過針對該電流產生的霍爾電壓，檢測與半導體襯底的表面水平的磁場分量。

背景技術

參照圖4說明霍爾元件的磁檢測原理。

針對圖4所示的長度L、寬度W、厚度d的長方體的半導體霍爾元件(霍爾板)，當使電流在L方向上流過，并對與該流過的電流垂直的方向、即d方向上施加磁場時，作為電流流動的電子或空穴即載流子由于洛倫茲力而向與施加磁場和載流子的行進方向雙方垂直的方向彎曲。由此，載流子在W方向的一端蓄積并增加，在另一端發生載流子的減少。因此，在與上述電流和磁場雙方垂直的W方向的一端積存電荷，在該方向上產生電場。將由該電場產生的電壓稱為霍爾電壓。

并且，當將用于使電流I流過磁感受部的電源的施加電壓設為Vin，將施加給霍爾元件的磁通密度設為B，將豎立于霍爾元件的表面的法線與施加磁場所成的角設為θ時，產生的霍爾電壓VH表示為：

VH＝(RHIB/d)cosθ、RH＝1/(qn)

或者

VH＝μ(W/L)VinBcosθ

這里，RH是霍爾系數，q是載流子的電荷，n是載流子濃度，μ是載流子的漂移遷移率。并且，霍爾電壓與所施加的磁通密度之比被稱為靈敏度。從上式可知，為了提高每單位霍爾電流的靈敏度(所謂的積靈敏度(積感度))，減小霍爾板的d或者減小載流子濃度是有效的。并且，若提高每單位Vin的靈敏度，則增大W/L或提高遷移率是有效的。

這里，當觀察這樣的長方體的霍爾元件的電位分布時，如非專利文獻1所示，由于霍爾效應而使電荷貯存在磁感受部的W方向端，使得等電位面從與電流供給端平行的方向彎曲。可知，由于彎曲的程度隨著遠離電流供給端而增大，因而當在磁感受部的L方向中央獲取電壓輸出時，可得到最大霍爾電壓。

作為一般的霍爾元件，公知有例如在非專利文獻2記載的霍爾元件、所謂的橫型霍爾元件。該橫型霍爾元件用于檢測與襯底表面垂直的磁場分量。

圖5示出代表性的橫型霍爾元件。圖5的(a)是元件俯視圖，圖5的(b)是圖5的(a)的線L1-L1之間的剖視圖。構成為，例如在P型的襯底103上形成作為磁感受部的N型的外延層104或阱等，并在襯底表面的四角配置由高濃度雜質區域構成的電極105。電流在配置于對角線上的1對電極105之間流過。此時，在磁感受部中流動著與襯底表面水平的方向的電流。利用該電流產生與跟襯底表面垂直的方向的磁場對應的霍爾電壓，通過檢測配置在與上述對角線垂直的對角線上的另1對電極間產生的霍爾電壓，可以求出所施加的磁場的強度。

并且，近年，除了橫型霍爾元件以外，還有檢測與襯底表面水平的方向的磁場的縱型霍爾元件。在縱型霍爾元件的情況下，如非專利文獻2所述，通過使包含與襯底表面垂直的方向的分量的電流流過磁感受部，可以檢測與襯底表面水平的磁場。在縱型霍爾元件和橫型霍爾元件的動作原理中，僅相對于襯底表面的電流和磁場的方向分別不同，霍爾電壓產生的原理是相同的。