Brevet FR2844882A1 — publié le 20040326

i L'invention concerne un capteur Hall comportant plusieurs contacts de courant ou de mesure pour appliquer un courant de fonctionnement et prélever une tension Hall, avec une couche conductrice de courant traversée par le courant de fonctionnement et une couche adjacente 5 entre lesquelles, lorsque le capteur Hall fonctionne, on a une zone de charges d'espace qui limite le passage du courant dans la couche conductrice de courant à une zone conductrice de courant. Etat de la technique Pour la mesure d'un courant avec des plaquettes Hall halo bituelles, on obtient non seulement la tension de Hall mais en plus des composantes de tension non souhaitées (décalages) qui faussent le signal de mesure. Ces décalages sont notamment provoqués par des défauts de géométrie, des effets piézo-résistifs, des températures non homogènes, etc., dans le capteur. Pour améliorer la précision de mesure, il est connu d'utiliser des capteurs Hall à courant tournant permettant d'éliminer pratiquement les décalages du signal de mesure. Un exemple caractéristique d'un capteur Hall est donné à la figure 1. La figure 1 est une vue de dessus d'un capteur Hall connu 20 avec plusieurs contacts 1-4 auxquels on applique un courant de fonctionnement I13 ou 124 dans la direction présentée et dans la direction opposée. Chacune des paires de contacts orthogonales fournit la tension Hall. Le capteur Hall 100 fonctionne en rotation, c'est-à-dire que le courant de fonctionnement est commuté dans la direction de la flèche 4 sur la paire 25 de contacts chaque fois suivante. Par exemple, on applique tout d'abord une intensité lis et on mesure une tension 124 puis successivement on applique et on mesure les courants et tensions U24, U13; I3, U42; I42, U31. En faisant la moyenne de toutes les tensions U sur une période, on peut calculer le décalage dans le cas idéal. Le courant peut également tourner en 30 continu et on peut alors mesurer la tension en continu. Dans la réalisation de la figure 1, on rencontre néanmoins d'autres effets perturbateurs que l'on ne peut éliminer en appliquant le principe du courant tournant. Ces effets seront décrits ci-après de manière plus détaillée à l'aide des Figures 2a, 2b. La figure 2a est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Le capteur de courant 100 représenté se compose d'une couche à conduction n 110 appliquée sur une couche à conduction de type p 120. La couche à conduction n 110 est en outre raccordée par les diffusions de contacts de type n 101, 103 électriquement aux contacts 1, 3. La couche p 120 est reliée par un contact de face arrière 121 à un potentiel de référence. En appliquant une tension U13 on fait passer un courant I13 à travers la couche conductrice de courant 10 en allant du contact 1 vers le contact 3. Lorsque le capteur 100 fonctionne, la jonction pn 120, 1 10 est polarisée dans le sens bloqué et il s'établit ainsi une zone de charges d'espace 130 comme cela est indiqué par un trait interrompu. Cette zone limite le passage du courant dans la couche conductrice 110 à une zone i0 conductrice de courant. Du fait de la fuite de tension importante entre le contact 1 et le contact de face arrière 121, la zone de charges d'espace 130 est plus épaisse près du contact 1 que près du contact 3. Si l'on fait passer le courant de fonctionnement 131 dans la direction inverse, comme le montre la figure 2b, comme le potentiel le plus 15 élevé est au niveau du contact 3, la zone de charges d'espace 130 sera plus épaisse à proximité du contact 3 qu'à proximité du contact 1. Le courant de fonctionnement I traverse ainsi et suivant le contact d'introduction 1, 3 des zones à conduction différente dans la couche conductrice de courant 110. Cela donne les composantes de décalage 20 évoquées ci-dessus que l'on ne peut éliminer par le fonctionnement en courant tournant. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer la précision des mesures d'un capteur Hall. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un capteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la couche adjacente comporte plusieurs contacts auxquels est appliquée une tension dimensionnée pour que le courant de fonctionnement lorsqu'on l'alimente suivant une première di30 rection et suivant la direction opposée, traverse une zone de conduction de courant essentiellement identique. L'idée principale de l'invention consiste dans un capteur Hall comprenant une couche conductrice de courant traversée par un courant de fonctionnement et une couche adjacente munie non pas d'un 35 contact mais de plusieurs contacts auxquels on applique une tension dimensionnée pour que le courant de fonctionnement, lorsqu'il arrive dans une première direction et dans la direction opposée, passe essentiellement par les mêmes zones de la couche conductrice de courant. La zone con- ductrice de courant reste également inchangée pour les deux sens de passage du courant. Les composantes de décalage créées selon l'état de la technique par le passage du courant dans des zones différentes sont ainsi éliminées. Une possibilité avantageuse pour créer une zone conductrice de courant, invariable, consiste à donner à la zone de charges d'espace à la jonction pn entre la couche adjacente et la couche conductrice de courant, une épaisseur essentiellement régulière en direction du passage du courant. Le courant de fonctionnement passe ainsi dans les 1o deux directions à travers une zone conductrice de courant ayant une section effective essentiellement identique. Selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, on a autant de contacts pour la couche adjacente que de contacts de courant ou de contacts de mesure. Cela donne une réalisation particulière15 ment simple pour le capteur Hall. Selon un premier mode de réalisation, les contacts de la couche adjacente sont prévus sur le côté arrière du capteur Hall et se situent en regard des contacts de courant ou de mesure prévus sur le côté supérieur du capteur par rapport à un plan médian du capteur. La chute de tension sur une paire de contacts de la couche adjacente est de préférence égale à la chute de tension d'une paire de contacts de courant ou de mesure. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche conductrice de courant est intégrée dans une couche adjacente qui en25 toure latéralement la couche conductrice de courant et passe en-dessous de celle-ci (dans le cas d'une couche à conduction n, il s'agit d'une couche à conduction p et inversement). Dans ce mode de réalisation, les contacts de la couche adjacente sont prévus sur le même côté que les contacts de courant ou de mesure et se situent de préférence également sur la surface 30 supérieure du capteur. Le capteur Hall peut en outre comporter de moyens pour générer une couche de blocage sur ou à proximité de la surface de la couche conductrice de courant. Grâce à cette couche de blocage, la surface du semi-conducteur qui est une zone qui participe de manière importante 35 au bruit, est éliminée du passage du courant, ce qui réduit ainsi le bruit. Le courant passe dans ce cas seulement dans une zone plus profonde. Pour générer la couche de blocage, on peut soit utiliser une diffusion formant écran avec une conductivité opposée de celle de la cou- che conductrice en étant intégrée dans celle-ci ou, par exemple, une électrode appliquée à la surface de la couche conductrice (avec interposition d'une isolation) permettant de créer une couche d'inversion par l'application d'une tension. L'électrode ou la diffusion formant écran sont de préférence reliées à plusieurs contacts. Les contacts radialement voisins de la couche conductrice de courant, de la couche adjacente et de l'écran de surface sont de préférence situés sur la même ligne radiale par rapport à l'axe médian du cap10 teur. Les contacts à la surface du capteur sont de préférence écartés régulièrement dans la direction périphérique. Le capteur Hall selon l'invention comprend de préférence également une logique d'exploitation et/ou un circuit amplificateur également intégré à la puce du capteur. 15 Dessins La présente invention sera décrite ciaprès de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un capteur Hall selon l'état de la 20 technique, - les figure 2a, b sont des vues en coupe du capteur Hall de la figure 1 pour des directions de passage de courant différentes, - la figure 3 est une vue en coupe d'un capteur Hall selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe d'un capteur Hall avec une diffusion formant écran, - la figure 5a est une vue en coupe d'un capteur Hall avec une couche p enfoncée, - la figure 5b est une vue du capteur Hall de la figure 5a, - la figure 6a est une vue en coupe d'un capteur Hall avec une électrode formant écran, et - la figure 6b est une vue de dessus du capteur Hall de la figure 6a. Pour la description des figures 1, 2a, 2b, on se reportera au préambule de la description. La figure 3 montre la même section d'un capteur Hall 100 que les Figures 2a, 2b. Le capteur Hall 100 se compose d'une couche à conduction n 110 appliquée sur une couche à conduction p 120 en étant raccordées par des diffusions de contacts n 101, 103 électriquement aux contacts 1-4. Le type de conduction (p ou n) des différentes couches 110, peut également être inversé. A la différence des figures 2a, 2b, la couche 120 n'est pas seulement reliée par un unique contact 121 mais en tout par quatre con5 tacts 221-224 dont seulement les deux contacts 221-223 sont présentés. Dans le fonctionnement du capteur Hall 100, on applique une tension aux contacts 221-224 de la face arrière. Cette tension est dimensionnée pour que la zone de charges d'espace 130 à la jonction pn polarisée dans le sens bloquant 110, 120 présente une épaisseur essentiellement homogène 10 dans la direction du courant. Pour un passage de courant dans la direction opposée (3-1) on applique une tension pour laquelle la zone de charges d'espace 130 ne change pas ou ne change pas de manière importante. La zone conductrice de courant de la couche conductrice 110 qui se trouve au-dessus reste ainsi inchangée pour les deux sens de passage du 15 courant. En conséquence, on ne peut avoir de composantes de décalage supplémentaires du fait de zones différentes conductrices de courant. Les contacts 221-224 sont des contacts de courant ou de mesure 1-4 disposés en opposition par rapport au plan médian du capteur 100. La chute de tension entre deux contacts 221-223 est notamment 20 égale à la chute de tension entre deux contacts de courant 1, 3. L'épaisseur de la zone de charges d'espace 130 reste ainsi essentiellement constante dans la direction latérale et la zone traversée par le courant est inchangée dans les deux sens de passage du courant. Dans le mode de réalisation de la figure 3, on commande à 25 la fois la couche conductrice de courant 110 et la couche adjacente 120 dans le mode de courant tournant. L'exploitation des tensions Hall se fait ainsi de manière habituelle sur la couche conductrice de courant 110. En principe, la couche conductrice de courant 110 peut avoir un nombre pair, quelconque de contacts. La couche adjacente 120 30 présente dans ce cas un nombre identique de contacts. La figure 4 est une section d'un capteur Hall présentant une couche de diffusion formant écran 310 en plus par rapport à la structure de la figure 3. La surface supérieure 340 du semi-conducteur est une zone importante pour le bruit. Grâce à la diffusion formant écran 35 310 à conduction p supplémentaire, on élimine du passage du courant une zone proche de la surface supérieure du semi-conducteur 340. Ainsi, le courant I13 ne passe plus qu'à l'intérieur de la couche conductrice de courant 110. La diffusion formant écran 310 est reliée aux contacts 301 304 (parmi ceux-ci seuls les contacts 301, 303 sont présentés). On applique aux contacts 301-304 une tension dans le sens bloquant la jonction pn 310-110. Cette tension génère une couche de blocage 330 (zone de 5 charges d'espace) à la jonction pn 310-110. La tension appliquée aux contacts 301304 est dimensionnée pour que la zone conductrice de courant soit pratiquement inchangée pour le passage du courant dans une direction et dans la direction opposée. Dans la direction latérale, les contacts voisins 1, 301, 303, 10 3 sont alignés. La diffusion formant écran 310 comme la couche conductrice de courant 110 et la couche adjacente 120 fonctionnent en mode de courant tournant. La figure 5a montre une réalisation d'un capteur Hall 100 intégré à une puce. A la place de la couche 120 avec les contacts sur la 15 face arrière 221-224 comme présentés à la figure 4, dans ce mode de réalisation on a une couche p enfoncée ou noyée composée d'une couche p noyée 420 et d'une diffusion p 410. La couche noyée 420 est intégrée dans ce cas également dans une couche 440 reliée à un contact 121 par le côté arrière. La couche 410, 420 entoure complètement la couche conductrice de courant 110 en étant raccordée par des contacts de face avant 421-423 (dont seulement les contacts 421-423 sont représentés). Les contacts voisins latéralement 421, 1, 301; 303, 3, 423, sont de nouveau alignés. Pour des raisons d'isolation, les zones de diffusion p 410 sont 25 entourées dans la direction radiale par une couche adjacente à conduction de type n 210. Entre les zones 410 et 210, pour une polarité appropriée, on aura une couche de blocage 430 servant d'isolation. La couche conductrice n 210 comprend de préférence une 30 logique d'exploitation et/ou un circuit amplificateur (non représenté) intégré ainsi à la puce du capteur. La figure 5b est une vue de dessus du capteur Hall 100 de la figure 5a montrant la disposition spatiale des contacts 421-424; 1-4; 301-304 ainsi que les différentes couches 210, 410 et 110. Comme cela 35 apparaît, les contacts 421-424; 1-4; 301-304 sont symétriques en rotation autour d'un centre commun; les contacts sont écartés régulièrement dans la direction périphérique. Les contacts latéralement voisins 421424; 1-4; 301-304 sont en outre alignés sur une ligne radiale. Le capteur Hall 100 représenté à la figure 5a a l'inconvénient qu'un déréglage de la diffusion formant écran 310 par rapport aux diffusions de contact 101-103 de la couche conductrice de courant 110 crée des composantes de décalage supplémentaires. Du fait de la 5 technique de fabrication, selon laquelle la diffusion formant écran 310 et les diffusions de contacts 101-103 sont générées chaque fois avec des plans de masque distincts, la probabilité d'un tel déréglage est importante. On peut remédier à cet inconvénient par une électrode 610 appliquée sur la couche conductrice de courant 110 et dans laquelle on réalise par gra10 vure des trous de contact pour les contacts 1-4. La figure 6a montre un tel mode de réalisation d'un capteur Hall. Dans celui-ci à la place de la diffusion formant écran 310, on a prévu une électrode 610 permettant de réaliser une couche de blocage (couche d'inversion) 630. L'électrode 610 couvre toute la surface 340 de la couche 15 conductrice de courant 110. Entre l'électrode 610 et la couche conductrice de courant 110, on a une couche d'isolation, par exemple couche d'oxyde (non représentée). L'électrode 610 peut être formée par exemple d'une couche de polysilicium. L'électrode 610 est munie de plusieurs contacts 601-604 auxquels on applique une tension créant une couche de blocage dans une zone proche de la surface. Le courant de fonctionnement I13 ne peut ainsi passer que dans une zone plus profonde de la couche conductrice de courant 110 et entre les zones de diffusion 101, 103 il ne peut arriver contre 25 la surface supérieure du détecteur 340. Pour couvrir la surface supérieure semi-conductrice 340, liée au bruit, il est avantageux de faire arriver l'électrode 610 très près des zones 410. L'utilisation de polysilicium comme matière pour l'électrode 30 610 est une solution particulièrement avantageuse car dans ce cas on peut réaliser des fenêtres à travers lesquelles on peut réaliser, par implantation ionique, des diffusions par contact 101-103 pratiquement autoajustées. On évite ainsi le déréglage du moyen formant écran 610 par rapport aux diffusions de contact 101-104 et ainsi au décalage supplé35 mentaire entraîeé. La figure 6b montre de nouveau une vue de dessus du capteur Hall de la figure 6a avec une disposition symétrique en rotation des contacts 421424; 1-4; 601-604. La commande des contacts se fait de façon analogue à celle des modes de réalisation décrits ci-dessus du capteur Hall en mode à courant tournant. On crée alors une chute de tension latérale comparable sur l'électrode 610 par la couche conductrice de courant 110 de façon que la zone conductrice de courant dans la couche 5 conductrice 110 reste pratiquement essentiellement constante lorsqu'on introduit du courant dans une première direction (par exemple le courant Il3) et dans la direction opposée (par exemple le courant I31). NOMENCLATURE 1-4 100 101-104 120 121 130 10 210 221-224 301-304 310 330 15 410 430 420 440 601-604 20 610 I Contacts Capteur Hall Diffusions de contact Couche conductrice de courant Couche adjacente Contact de référence Zone de charges d'espace Couche à conductivité n Contacts de face arrière Contacts de la diffusion formant écran Couche de diffusion formant écran Zone de charges d'espace Zone p Zone de charges d'espace Couche enfoncée Couche semi-conductrice extérieure Contacts d'électrode Electrode Courant de fonctionnement REVENDICATIONS 1 ) Capteur Hall à courant tournant comportant plusieurs contacts de courant ou de mesure (1-4) pour appliquer un courant de fonctionnement (1) et prélever une tension Hall, avec une couche conductrice de courant 5 (110) traversée par le courant de fonctionnement (I) et une couche adjacente (120, 410, 420) entre lesquelles, lorsque le capteur Hall (100) fonctionne, on a une zone de charges d'espace (130) qui limite le passage du courant dans la couche conductrice de courant (110) à une zone conductrice de courant, caractérisé en ce que la couche adjacente (120, 410, 420) comporte plusieurs contacts (221224; 421-424) auxquels est appliquée une tension dimensionnée pour que le courant de fonctionnement (I) lorsqu'on l'alimente suivant une première direction et suivant la direction opposée, traverse une zone de con15 duction de courant essentiellement identique. ) Capteur Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte au moins exactement autant de contacts (221-224; 421-424) 20 pour la couche adjacente (120, 410, 420) qu'il y a de contacts de courant ou de mesure (1-4). 3 ) Capteur Hall selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les contacts de courant et de mesure (1-4) et les contacts (221-224) de la couche adjacente (120) sont opposés par rapport à un plan médian. ) Capteur Hall selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche conductrice de courant (110) est intégrée dans une couche adjacente (410, 420) qui entoure complètement la couche conductrice de courant (110) sur le côté et en dessous. ) Capteur Hall selon la revendication 4, 35 caractérisé en ce que la couche adjacente (410, 420) comporte des contacts (421-424) prévus sur le même côté du capteur Hall (100) que les contacts de courant et de mesure (1-4). il ) Capteur Hall selon la revendication 1, caractérisé par des moyens (310, 610) pour générer une couche de blocage (330, 630) située à proximité de la surface supérieure (340) de la couche conductrice de courant (110). ) Capteur Hall selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour générer la couche de blocage (330, 630) comprennent 1o une couche de diffusion (310) intégrée dans la couche conductrice de courant (110). 8 ) Capteur Hall selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour générer la couche de blocage (330, 630) comprennent une électrode (610) appliquée sur la surface supérieure (340) de la couche conductrice de courant (110). ) Capteur Hall selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la couche adjacente (410, 420) est intégrée dans une autre couche semiconductrice extérieure (210, 440). ) Capteur Hall selon la revendication 4, 25 caractérisé en ce que les contacts (1-4) de la couche conductrice de courant (110) les contacts (221-224; 421-424) de la couche adjacente (120, 410, 420) et les contacts (301-304, 601-604) des moyens (310, 610) sont alignés radialement par rapport à l'axe médian du capteur (100) pour créer une couche de blocage 30 proche de la surface supérieure. 11 ) Capteur Hall selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que les contacts (1-4) de la couche conductrice de courant (120, 410) et/ou les 35 contacts (221-224;421-424) de la couche adjacente (120, 410, 420) et/ou les contacts (301-304; 601-604) des moyens (310, 610) sont écartés régulièrement dans la direction périphérique pour générer la couche d'inversion (330, 630) proche de la surface supérieure (340) du capteur (100). ) Capteur Hall selon la revendication 1, caractérisé par une logique d'exploitation et/ou un circuit amplificateur intégré avec le capteur (100).