(57)【要約】【課題】高感度且つオフセットキャンセルが可能な縦型ホール素子を有する半導体装置を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体基板上に互いに平行に設けられた第１及び第２の縦型ホール素子を有し、第１及び第２の縦型ホール素子のそれぞれは、半導体基板上に設けられた第２導電型の半導体層と、半導体層の表面において、直線上に順に設けられた半導体層の濃度よりも高濃度の第２導電型の不純物領域からなる第１の駆動電流供給電極、ホール電圧出力電極、及び第２の駆動電流供給電極と、半導体層の表面において、第１の駆動電流供給電極とホール電圧出力電極との間及びホール電圧出力電極と第２の駆動電流供給電極との間にそれぞれ設けられた第１導電型の第１及び第２の電極分離拡散層とを備え、ホール電圧出力電極が第１の深さを有し、第１及び第２の駆動電流供給電極が第１の深さ及び電極分離拡散層の深さよりも深い第２の深さを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた第１及び第２の縦型ホール素子とを有する半導体装置であって、
前記第１及び第２の縦型ホール素子のそれぞれは、
前記半導体基板上に設けられた第２導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面において、直線上に順に設けられた前記半導体層の濃度よりも高濃度の第２導電型の不純物領域からなる第１の駆動電流供給電極、ホール電圧出力電極、及び第２の駆動電流供給電極と、
前記半導体層の表面において、前記第１の駆動電流供給電極と前記ホール電圧出力電極との間及び前記ホール電圧出力電極と前記第２の駆動電流供給電極との間にそれぞれ設けられた第１導電型の第１及び第２の電極分離拡散層とを備え、
前記第１の縦型ホール素子における前記直線と前記第２の縦型ホール素子における前記直線とが平行であり、
前記ホール電圧出力電極が第１の深さを有し、
前記第１及び第２の駆動電流供給電極が前記第１の深さ及び前記電極分離拡散層の深さよりも深い第２の深さを有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の駆動電流供給電極の濃度は、前記ホール電圧出力電極の濃度と略同等であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の駆動電流供給電極のそれぞれは、前記第２の深さを有する第２導電型の第１の不純物層と、前記第１の不純物層の表面に設けられ、前記第１の深さを有し、前記第１の不純物層よりも高濃度の第２導電型の第２の不純物層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の不純物層の濃度は、前記ホール電圧出力電極の濃度と略同等であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極分離拡散層の深さは、前記第１の深さと略同等であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の駆動電流供給電極の深さは、前記半導体層と略同等であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体層は、エピタキシャル層であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体層及び前記第１及び第２の電極分離拡散層の表面は、前記第１及び第２の駆動電流供給電極及び前記ホール電圧出力電極が設けられている領域を除いて絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１の縦型ホール素子における第１の駆動電流供給電極と前記第２の縦型ホール素子における第２の駆動電流供給電極とが電気的に接続され、
前記第１の縦型ホール素子における第２の駆動電流供給電極と前記第２の縦型ホール素子における第１の駆動電流供給電極とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の縦型ホール素子と前記第２の縦型ホール素子とを互いに電気的に分離するとともに、前記第１及び第２の縦型ホール素子を周囲から電気的に分離する第１導電型の素子分離拡散層と、
前記素子分離拡散層によって前記第１及び第２の縦型ホール素子と電気的に分離され、前記第１及び第２の縦型ホール素子からの出力信号を処理する、あるいは前記第１及び第２の縦型ホール素子へ信号を供給するための回路を構成する素子が形成された素子形成領域とをさらに備え、
前記素子形成領域は、第２導電型のウェルを有し、
前記ウェルは、前記第１の不純物層と略同等の深さ及び略同等の濃度分布を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、水平方向の磁界を検知する縦型ホール素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホール素子は、磁気センサとして非接触での位置検知や角度検知が可能であることから様々な用途に用いられている。中でも半導体基板表面に対して垂直な磁界成分（垂直磁場）を検知する横型ホール素子を用いた磁気センサが一般に良く知られているが、基板の表面に対して平行な磁界成分（水平磁場）を検知する縦型ホール素子を用いた磁気センサも各種提案されている。
【０００３】
縦型ホール素子では、基板表面に垂直な方向へ流れる電流と基板表面に平行な方向へ流れる電流との両方を利用して、水平磁場を検出するのが一般的である。
【０００４】
これに対し、近年では、例えば特許文献１のように、基板表面に垂直な方向へ流れる電流を低減し、基板表面に平行な方向へ流れる電流を多くして、これを積極的に利用し、水平磁場を検知する縦型ホール素子が提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示された縦型ホール素子は、半導体基板に形成されたトレンチと、トレンチの内側面に形成された絶縁膜と、絶縁膜を介してトレンチ内に埋め込まれた導電体と、トレンチの底部に導電体と接続されて形成された濃度の高いコンタクト領域とを備えて構成されている。そして、トレンチ内に埋め込まれた導電体とコンタクト領域とが駆動電流供給電極として機能する。
【０００６】
かかる構成では、二つの駆動電流供給電極間に電流を供給すると、その電流は、トレンチ底部に設けられたコンタクト領域間に流れることとなる。したがって、基板表面と垂直な方向の電流成分をほぼ無くし、電流のほとんど全てを基板表面と平行な方向に流れるようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５９６６０６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構造では、以下のような問題が生じる。
【０００９】
上述のとおり、二つの駆動電流供給電極間に電流を供給すると、電流のほぼ全てが基板表面と平行な方向に流れるが、この電流は、磁気感受部となる半導体基板内において、コンタクト領域間の最短経路となる部分に特に集中して流れることとなる。したがって、コンタクト領域より下側の磁気感受部における基板裏面に近い領域には、電流がほとんど流れない状態となる。また、駆動電流供給電極を構成する導電体が埋め込まれたトレンチの内側面には絶縁膜が形成されているため、電流は、二つのトレンチの側壁間の磁気感受部にもほとんど流れない。したがって、基板表面と平行な方向に流れる電流の基板の深さ方向における幅が狭くなる。
【００１０】
ホール素子の磁気感度は、流れる電流の幅に比例して高くなることが知られているが、特許文献１の構造では、上述のとおり、基板表面と平行な方向に流れる電流の幅が狭くなってしまうため、結果として、感度をあまり高くすることができないという問題がある。
【００１１】
また、ホール素子においては、磁界が印加されていないときでも、いわゆるオフセット電圧が出力されることが知られており、磁気センサとして用いる場合には、オフセット電圧を除去する必要がある。
【００１２】
オフセット電圧を除去する方法として知られているスピニングカレント法を用いて、縦型ホール素子においてオフセット電圧の除去（オフセットキャンセル）を行うには、直線上に並べられた複数の電極を、駆動電流供給電極とホール電圧出力電極との役割を交互に入れ替えて使用できるようにし、且つ、電流を流す方向を切り替える必要がある。
【００１３】
しかし、特許文献１の構造では、駆動電流供給電極は、上述のとおり、トレンチ内に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体とその底部に接続されたコンタクト領域とから構成されている一方、ホール電圧出力電極は、半導体基板の表面に形成されたコンタクト領域により構成されている。
【００１４】
かかる構成では、駆動電流供給電極とホール電圧出力電極との役割を交互に入れ替えて使用しようとすると、半導体基板の表面に形成されたコンタクト領域である二つの駆動電流供給電極間には、トレンチ内に絶縁膜を介して埋め込まれた導電体とその底部に接続されたコンタクト領域とから構成されホール電圧出力電極のトレンチ部分が存在することになる。このトレンチの内側面には絶縁膜が形成されていることから、半導体基板の表面の制御電極間に電流を流そうとしても、トレンチ内の絶縁膜によって電流の流れが阻止されてしまう。したがって、特許文献１の構造では、スピニングカレント法によるオフセットキャンセルを行うことは非常に困難である。
【００１５】
したがって、本発明は、基板表面と平行な方向に流れる電流による感度を向上させるとともに、スピニングカレント法によるオフセットキャンセルが可能な縦型ホール素子を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた第１及び第２の縦型ホール素子とを有する半導体装置であって、前記第１及び第２の縦型ホール素子のそれぞれは、前記半導体基板上に設けられた第２導電型の半導体層と、前記半導体層の表面において、直線上に順に設けられた前記半導体層の濃度よりも高濃度の第２導電型の不純物領域からなる第１の駆動電流供給電極、ホール電圧出力電極、及び第２の駆動電流供給電極と、前記半導体層の表面において、前記第１の駆動電流供給電極と前記ホール電圧出力電極との間及び前記ホール電圧出力電極と前記第２の駆動電流供給電極との間にそれぞれ設けられた第１導電型の第１及び第２の電極分離拡散層とを備え、前記第１の縦型ホール素子における前記直線と前記第２の縦型ホール素子における前記直線とが平行であり、前記ホール電圧出力電極が第１の深さを有し、前記第１及び第２の駆動電流供給電極が前記第１の深さ及び前記電極分離拡散層の深さよりも深い第２の深さを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１及び第２の縦型ホール素子のそれぞれにおいて、半導体層中に第１及び第２の駆動電流供給電極がホール電圧出力電極及び電極分離拡散層よりも深く設けられているため、第１及び第２の駆動電流供給電極間に電流を流したとき、その電流は、基板表面と平行な方向に流れ、且つ半導体層内を深さ方向に幅広く、すなわち、電極分離拡散層の底部から第１及び第２の駆動電流供給電極の底部までの間の領域全体に亘って流れることとなる。したがって、第１及び第２の縦型ホール素子の磁気感度をいずれも高くすることが可能となる。そして、このような第１及び第２の縦型ホール素子を同一半導体基板上に平行に設けているため、第１の縦型ホール素子に流す電流の方向と第２の縦型ホール素子に流す電流の方向とを適宜切り替えることにより、等価的にスピニングカレント法を実行することができ、オフセット電圧を除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体装置を示す図であり、図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の動作を説明するための概略図である。
【図３】図１に示す半導体装置における縦型ホール素子の変形例を示す図であり、図１（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の半導体装置の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の半導体装置を示す図であり、図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。
【図６】図５（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の半導体装置１を説明するための図であり、図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の半導体装置１は、Ｐ型（第１導電型）の半導体基板１０と、半導体基板１０上に設けられた縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂと、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂの周囲を取り囲むとともに縦型ホール素子１００ａと縦型ホール素子１００ｂとを互いに分離するように設けられたＰ型の素子分離拡散層７０とを備えている。
【００２２】
縦型ホール素子１００ａは、半導体基板１０上に設けられたＮ型（第２導電型）の半導体層２０の表面において、直線Ｌ１−Ｌ１上に順に設けられた半導体層２０の濃度よりも高濃度のＮ型の不純物領域からなる駆動電流供給電極３１ａ、ホール電圧出力電極４１ａ、及び駆動電流供給電極３２ａと、半導体層２０の表面において、駆動電流供給電極３１ａとホール電圧出力電極４１ａとの間及びホール電圧出力電極４１ａと駆動電流供給電極３２ａとの間にそれぞれ設けられ、隣接する電極間を分離するＰ型の電極分離拡散層５１ａ及び５２ａとを備えている。
【００２３】
縦型ホール素子１００ｂは、半導体基板１０上に縦型ホール素子１００ａと同一形状を有して設けられている。すなわち、縦型ホール素子１００ｂは、半導体層２０の表面において、直線Ｌ２−Ｌ２上に順に設けられたＮ型の不純物領域からなる駆動電流供給電極３１ｂ、ホール電圧出力電極４１ｂ、及び駆動電流供給電極３２ｂと、半導体層２０の表面において、駆動電流供給電極３１ｂとホール電圧出力電極４１ｂとの間及びホール電圧出力電極４１ｂと駆動電流供給電極３２ｂとの間にそれぞれ設けられ、隣接する電極間を分離するＰ型の電極分離拡散層５１ｂ及び５２ｂとを備えている。
【００２４】
縦型ホール素子１００ａと縦型ホール素子１００ｂとは、直線Ｌ１−Ｌ１と直線Ｌ２−Ｌ２とが平行となるように配置されている。
【００２５】
駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂ及び電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂのいずれの深さよりも深く形成されている。
【００２６】
また、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの濃度とホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂの濃度とは、略同等である。
【００２７】
さらに、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂにおいては、半導体層２０の表面の駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ及びホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂが設けられている領域を除く領域を覆うように、絶縁膜（例えばＳｉＯ2膜）６０が設けられている。これにより、半導体層２０表面において、半導体基板１０表面と平行に流れる電流を抑制することができる。
【００２８】
素子分離拡散層７０は、半導体層２０の底よりも深く、半導体基板１０に達するように形成されている。これにより、縦型ホール素子１００ａと縦型ホール素子１００ｂとを互いに電気的に分離するとともに、これらを半導体基板１０上の他の領域（図示せず）から電気的に分離している。
【００２９】
なお、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂからの出力信号を処理する、あるいは縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂへ信号を供給するための回路を構成するトランジスタ等の素子も素子分離拡散層７０によって分離された領域（図示せず）に形成される。なお、かかる領域は、例えば、図１（ａ）において、縦型ホール素子１００ａと縦型ホール素子１００ｂとの間に設けても構わない。
【００３０】
また、本実施形態においては、縦型ホール素子１００ａと縦型ホール素子１００ｂとを紙面左右に並べて配置した例を示しているが、これに限らず、上下に並べて配置する等、直線Ｌ１−Ｌ１と直線Ｌ２−Ｌ２とが平行となるよう配置されれば、どのような配置であっても構わない。
【００３１】
縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂにおいて、Ｐ型の電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂは、例えば、Ｎ型の半導体層２０内にＰ型の不純物を選択的に拡散することにより形成される。
【００３２】
また、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ及びホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂは、例えば、以下のようにして形成される。
【００３３】
まず、電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ形成後に、電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ上を覆い、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ及びホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂを形成する領域を残すように、絶縁膜６０を例えばＬＯＣＯＳ法により形成し、これをマスクとしてＮ型の不純物を導入することにより、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂが形成される。このとき、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂを形成する領域にもホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂと同じ深さのＮ型の不純物領域が形成される。ここで、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂの深さは、電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂの深さより浅くなるように形成される。
【００３４】
続いて、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂを形成する領域に開口を有し、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂ上を覆うレジストを形成し、これをマスクとしてＮ型の不純物を深く導入することにより、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂが形成される。
【００３５】
次に、本実施形態の半導体装置１における縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂにおいて、半導体基板１０表面と平行な方向の磁界成分を検知し、スピニングカレント法によりオフセットキャンセルを行う方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３６】
磁界は、半導体基板１０表面と平行な方向に、図１（ｂ）において、紙面の奥側から手前側へかかっているものとする。
【００３７】
図２に示すように、縦型ホール素子１００ａの駆動電流供給電極３１ａと縦型ホール素子１００ｂの駆動電流供給電極３２ｂとは、配線Ｗ１によって電気的に接続され、入出力端子ＩＯ１に接続されている。縦型ホール素子１００ａの駆動電流供給電極３２ａと縦型ホール素子１００ｂの駆動電流供給電極３１ｂとは、配線Ｗ２によって電気的に接続され、入出力端子ＩＯ２に接続されている。
【００３８】
このように構成された縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂを備えた半導体装置１におけるスピニングカレント法は、以下のようにして実行される。
【００３９】
まず、入出力端子ＩＯ１から入出力端子ＩＯ２へ駆動電流を供給する。すなわち、縦型ホール素子１００ａにおいては駆動電流供給電極３１ａから駆動電流供給電極３２ａへ電流が流れるように、縦型ホール素子１００ｂにおいては駆動電流供給電極３２ｂから駆動電流供給電極３１ｂへ電流が流れるように、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂに駆動電流を供給する（フェーズ１）。
【００４０】
このとき、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂに流れる電流は、図１（ｂ）に点線で示しているように、縦型ホール素子１００ａにおいては、電極分離拡散層５１ａ、５２ａの底部から駆動電流供給電極３１ａ、３２ａの底部までの間の領域に亘って流れ、縦型ホール素子１００ｂにおいては、電極分離拡散層５１ｂ、５２ｂの底部から駆動電流供給電極３１ｂ、３２ｂの底部までの間の領域に亘って流れることとなる。すなわち、これらの電流は、深さ方向に幅広く流れることとなる。
【００４１】
このように流れる各電流に対し、磁界の作用により、電流と磁界の双方に垂直な方向に起電力が発生する。すなわち、縦型ホール素子１００ａでは、駆動電流供給電極３１ａから３２ａへ向かって半導体基板１０表面と平行な方向に流れる電流に対して、ホール電圧出力電極４１ａから半導体基板１０へ向かう方向（下方向）にローレンツ力が発生する。一方、縦型ホール素子１００ｂでは、縦型ホール素子１００ａとは反対方向、すなわち駆動電流供給電極３２ｂから３１ｂへ向かって半導体基板１０表面と平行な方向に流れる電流に対して、半導体基板１０からホール電圧出力電極４１ｂへ向かう方向（上方向）にローレンツ力が発生する。
【００４２】
これにより、ホール電圧出力電極４１ａと４１ｂとの間に電位差が生じ、この電位差によって磁界が検知される。このときの電位差をフェーズ１における出力電圧Ｖｏｕｔ１とする。
【００４３】
次に、駆動電流の方向をフェーズ１の状態から切り替えて、入出力端子ＩＯ２から入出力端子ＩＯ１へ駆動電流を供給する。すなわち、縦型ホール素子１００ａにおいては駆動電流供給電極３２ａから駆動電流供給電極３１ａへ電流が流れるように、縦型ホール素子１００ｂにおいては駆動電流供給電極３１ｂから駆動電流供給電極３２ｂへ電流が流れるように駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂに駆動電流を供給する（フェーズ２）。
【００４４】
このとき、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂそれぞれに流れる電流は、フェーズ１と同様、図１（ｂ）に点線で示しているように深さ方向に幅広く流れる。
【００４５】
そして、縦型ホール素子１００ａでは、駆動電流供給電極３２ａから３１ａへ向かって半導体基板１０表面と平行な方向に流れる電流に対して、半導体基板１０からホール電圧出力電極４１ａへ向かう方向（上方向）にローレンツ力が発生する。一方、縦型ホール素子１００ｂでは、縦型ホール素子１００ａとは反対方向、すなわち駆動電流供給電極３１ｂから３２ｂへ向かって半導体基板１０表面と平行な方向に電流が電流に対して、ホール電圧出力電極４１ｂから半導体基板１０へ向かう方向（下方向）にローレンツ力が発生する。
【００４６】
これにより、ホール電圧出力電極４１ａと４１ｂとの間に電位差が生じ、この電位差によって磁界が検知される。このときの電位差をフェーズ２における出力電圧Ｖｏｕｔ２とする。
【００４７】
このようにして得られた出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ２とを減算することにより、オフセット電圧がキャンセルされた信号を得ることができる。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、半導体基板１０表面と平行な方向に流れる電流の深さ方向における幅を広くすることができる。ホール素子の磁気感度は、流れる電流の幅に比例することから、本実施形態によれば、高い磁気感度を得ることが可能となる。このため、半導体層２０の厚さは、厚いほど好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態においては、図１（ｂ）に破線で示した領域全体に亘って電流が均一に流れることが望ましい。そのため、半導体層２０は、濃度分布が一定であることが好ましい。半導体層２０の濃度分布を一定にするには、例えば、半導体層２０をエピタキシャル層とすることで実現できる。
【００５０】
さらに、ホール素子の磁気感度は、移動度にも比例して高くなることが知られていることから、磁気感受部であるＮ型の半導体層２０の濃度は低いほど好ましく、例えば、１×１０15〜１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度であることが好ましい。
【００５１】
以上のとおり、本実施形態では、半導体基板表面と平行な方向に流れる電流の深さ方向における幅を広くすることにより磁気感度を高くすることを可能とするとともに、同一形状の縦型ホール素子を平行に二つ設けていることにより、二つの縦型ホール素子に互いに反対方向の電流を供給する二つのフェーズを用いて等価的にスピニングカレント法を行うことが可能となる。したがって、高感度且つオフセットキャンセルが可能な縦型ホール素子を有する半導体装置を提供することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の半導体装置１における縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂの変形例について説明する。図３は、本変形例の縦型ホール素子１００ａ’及び１００ｂ’を示す断面図であり、図１（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。
【００５３】
図３に示すように、本変形例の縦型ホール素子１００ａ’及び１００ｂ’では、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの深さを半導体層２０の深さと略同等としている。これにより、電流が半導体層２０と半導体基板１０との界面付近まで流れられるようになり、図１（ｂ）に示す例よりも、半導体基板１０表面と平行な方向に流れる電流の深さ方向における幅を広くすることができる。
【００５４】
また、本変形例では、電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂの深さをホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂの深さと略同等としている。これにより、電流がホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂの近傍まで流れられるようになり、電流の深さ方向における幅をさらに広くすることができる。
【００５５】
このように、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂは、半導体層２０の厚さの範囲内で深いほど好ましく、電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂは、各電極間を分離できる範囲において浅いほど好ましい。
【００５６】
このように、本変形例によれば、磁気感度をさらに向上させることが可能となる。
【００５７】
次に、本実施形態の半導体装置１の変形例について説明する。図４は、本変形例の半導体装置１’を示す平面図である。
【００５８】
本変形例による半導体装置１’は、図１に示す半導体装置１に加えて、縦型ホール素子１００ｃ及び１００ｄをさらに備えている。縦型ホール素子１００ｃ及び１００ｄは、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂと同一形状を有している。
【００５９】
すなわち、縦型ホール素子１００ｃは、半導体層２０（図１（ｂ）参照）の表面において、直線Ｌ３−Ｌ３上に順に設けられたＮ型の不純物領域からなる駆動電流供給電極３１ｃ、ホール電圧出力電極４１ｃ、及び駆動電流供給電極３２ｃと、半導体層２０の表面において、駆動電流供給電極３１ｃとホール電圧出力電極４１ｃとの間及びホール電圧出力電極４１ｃと駆動電流供給電極３２ｃとの間にそれぞれ設けられ、隣接する電極間を分離するＰ型の電極分離拡散層５１ｃ及び５２ｃとを備えている。
【００６０】
また、縦型ホール素子１００ｄは、半導体層２０の表面において、直線Ｌ４−Ｌ４上に順に設けられたＮ型の不純物領域からなる駆動電流供給電極３１ｄ、ホール電圧出力電極４１ｄ、及び駆動電流供給電極３２ｄと、半導体層２０の表面において、駆動電流供給電極３１ｄとホール電圧出力電極４１ｄとの間及びホール電圧出力電極４１ｄと駆動電流供給電極３２ｄとの間にそれぞれ設けられ、隣接する電極間を分離するＰ型の電極分離拡散層５１ｄ及び５２ｄとを備えている。
【００６１】
そして、縦型ホール素子１００ｃと縦型ホール素子１００ｄとは、直線Ｌ３−Ｌ３と直線Ｌ４−Ｌ４とが直線Ｌ１−Ｌ１と直線Ｌ２−Ｌ２と平行となるように配置されている。
【００６２】
縦型ホール素子１００ｃ及び１００ｄにおける駆動電流供給電極３１ｃ、３２ｃ、３１ｄ、３２ｄ、ホール電圧出力電極４１ｃ、４１ｄ、及び電極分離拡散層５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄの深さや濃度等は、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂと同一である。
【００６３】
このように構成された本変形例の半導体装置１’におけるスピニングカレント法を用いたオフセットキャンセルは、例えば、以下のようにして行う。
【００６４】
上述の半導体装置１においてスピニングカレント法を行う場合のフェーズ１において、縦型ホール素子１００ｃにおいては駆動電流供給電極３１ｃから駆動電流供給電極３２ｃへ電流が流れるように、縦型ホール素子１００ｄにおいては駆動電流供給電極３２ｄから駆動電流供給電極３１ｄへ電流が流れるように、駆動電流供給電極３１ｃ、３２ｃ、３１ｄ、３２ｄに駆動電流を供給する。このとき、ホール電圧出力電極４１ｃと４１ｄとの間に生じた電位差を出力電圧Ｖｏｕｔ１’とし、上記出力電圧Ｖｏｕｔ１と出力電圧Ｖｏｕｔ１’の平均値をとる。
【００６５】
また、上述のフェーズ２において、縦型ホール素子１００ｃにおいては駆動電流供給電極３２ｃから駆動電流供給電極３１ｃへ電流が流れるように、縦型ホール素子１００ｄにおいては駆動電流供給電極３１ｄから駆動電流供給電極３２ｄへ電流が流れるように、駆動電流供給電極３１ｃ、３２ｃ、３１ｄ、３２ｄに駆動電流を供給する。このとき、ホール電圧出力電極４１ｃと４１ｄとの間に生じた電位差を出力電圧Ｖｏｕｔ２’とし、上記出力電圧Ｖｏｕｔ２と出力電圧Ｖｏｕｔ２’の平均値をとる。
【００６６】
このようにして得られた出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ１’との平均値と、出力電圧Ｖｏｕｔ２とＶｏｕｔ２’との平均値とを減算することにより、オフセット電圧がキャンセルされた信号を得ることができる。このように、各フェーズにおける出力信号を平均化することにより、縦型ホール素子１００ａ〜１００ｄの製造ばらつきによる出力電圧への影響を低減することができ、オフセットキャンセルの精度を高めることが可能となる。
【００６７】
ここで、出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ１’及び出力電圧Ｖｏｕｔ２とＶｏｕｔ２’を得る際に、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂに駆動電流を供給する駆動源と縦型ホール素子１００ｃ及び１００ｄに駆動電流を供給する駆動源とは同一の駆動源を用いることができる。しかし、これに限らず、縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂを第１の駆動源によって駆動し、縦型ホール素子１００ｃ及び１００ｄを第２の駆動源によって駆動する、あるいは、縦型ホール素子１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、及び１００ｄを全て異なる駆動源によって駆動するようにし、各駆動源の電流値をそれぞれ適宜調節することにより、半導体製造プロセスによるばらつき等の影響を低減することも可能である。
【００６８】
なお、縦型ホール素子１００ａと１００ｂ、縦型ホール素子１００ｃと１００ｄの組み合わせだけでなく、組み合わせ方を複数切り替えて適宜駆動電流を流し、複数の出力電圧を得てこれらを演算するようにすることも可能である。これにより、さらに精度の高いオフセットキャンセルが可能となる。
【００６９】
また、本変形例では、半導体装置１’が四つの縦型ホール素子１００ａ〜１００ｄを有する例を示したが、より多くの数の縦型ホール素子を有するようにして、さらにオフセットキャンセルの精度を高めることも可能である。
【００７０】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態においては、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂの濃度がホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂの濃度と略同等であり、深さが異なる例を示した。本実施形態では、駆動電流供給電極を上記第１の実施形態の駆動電流供給電極とは異なる構成とした例について説明する。
【００７１】
説明をわかりやすくするために、図１に示す第１の実施形態の縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂを有する半導体装置１において、駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂを本実施形態による構成の駆動電流供給電極に置き換えた例を説明する。
【００７２】
図５は、本発明の第２の実施形態の縦型ホール素子２００ａ及び２００ｂを有する半導体装置２を説明するための図であり、図５（ａ）は、平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った断面図である。また、図６は、図５（ａ）のＬ−Ｌ線に沿った別の断面図であり、縦型ホール素子２００ａの一部とこれに隣接する領域Ａとを示す図である。
【００７３】
なお、図１に示す縦型ホール素子１００ａ及び１００ｂを有する半導体装置１と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００７４】
図５に示すように、半導体装置２において、縦型ホール素子２００ａは、図１に示す縦型ホール素子１００ａにおける駆動電流供給電極３１ａ及び３２ａに代えて駆動電流供給電極２３１ａ及び２３２ａを備えており、縦型ホール素子２００ｂは、図１に示す縦型ホール素子１００ｂにおける駆動電流供給電極３１ｂ及び３２ｂに代えて駆動電流供給電極２３１ｂ及び２３２ｂを備えている。半導体装置２のその他の構成は、半導体装置１と同様である。
【００７５】
駆動電流供給電極２３１ａ、２３２ａ、２３１ｂ、２３２ｂは、それぞれ、Ｎ型不純物層２３１ａ1及び２３１ａ2、２３２ａ1及び２３２ａ2、２３１ｂ1及び２３１ｂ2、２３２ｂ1及び２３２ｂ2によって構成されている。
【００７６】
Ｎ型不純物層２３１ａ1、２３２ａ1、２３１ｂ1、２３２ｂ1は、それぞれＮ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2の表面に設けられ、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂと略同一濃度且つ略同一深さを有している。
【００７７】
Ｎ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2は、ホール電圧出力電極４１ａ、４１ｂ及び電極分離拡散層５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂのいずれの深さよりも深く形成されている。また、Ｎ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2は、Ｎ型不純物層２３１ａ1、２３２ａ1、２３１ｂ1、２３２ｂ1よりも濃度が低く、且つ広い幅を有している。
【００７８】
一方、図６に示すように、Ｐ型の素子分離拡散層７０によって縦型ホール素子２００ａ及び２００ｂと電気的に分離された半導体基板１０上の他の領域Ａには、縦型ホール素子２００ａ及び２００ｂからの出力信号を処理する、あるいは縦型ホール素子２００ａ及び２００ｂへ信号を供給するための回路を構成するトランジスタ等の素子が設けられている。領域Ａには、上記素子として、例えばＰＭＯＳトランジスタ２４０を形成するために、半導体層２０に少なくとも一つのＮウェル２５０が形成されている。
【００７９】
かかる構成によれば、Ｎ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2は、Ｎウェル２５０と共通の工程で形成することができる。これにより、Ｎウェル２５０は、Ｎ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2と略同一の深さ及び略同一の濃度分布を有することとなる。
【００８０】
このように、本実施形態によれば、製造プロセスを増加させることなく、それぞれＮ型不純物層２３１ａ1及び２３１ａ2、２３２ａ1及び２３２ａ2、２３１ｂ1及び２３１ｂ2、２３２ｂ1及び２３２ｂ2からなる駆動電流供給電極２３１ａ、２３２ａ、２３１ｂ、２３２ｂを形成することができる。
【００８１】
本実施形態に示した駆動電流供給電極の構成は、図１に示す第１の実施形態だけでなく、その変形例を示した図３の例にも適用することが可能である。すなわち、本実施形態における駆動電流供給電極２３１ａ、２３２ａ、２３１ｂ、２３２ｂも、電流の深さ方向における幅をさらに広くするために、図３に示した第１の実施形態の変形例における駆動電流供給電極３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂと同様、深いほど好ましく、半導体層２０の深さと略同等とするのが最も好ましい。この場合、Ｎ型不純物層２３１ａ1、２３２ａ1、２３１ｂ1、２３２ｂ1の深さは変えずに、Ｎ型不純物層２３１ａ2、２３２ａ2、２３１ｂ2、２３２ｂ2の深さを深くすることが好ましい。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【００８３】
例えば、上記実施形態においては、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型として説明したが、導電型を入れ替えて、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型としても構わない。
【００８４】
また、図２では、説明を簡単にするために、縦型ホール素子１００ａの駆動電流供給電極３１ａと縦型ホール素子１００ｂの駆動電流供給電極３２ｂとを配線Ｗ１によって結線し、縦型ホール素子１００ａの駆動電流供給電極３２ａと縦型ホール素子１００ｂの駆動電流供給電極３１ｂとを配線Ｗ２によって結線した例を示したが、駆動電流供給電極間の接続は必ずしも固定されている必要はなく、例えば、スイッチで適宜切り替えられるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１、１’、２  半導体装置
１００ａ、１００ｂ、１００ａ’、１００ｂ’、１００ｃ、１００ｄ、２００ａ、２００ｂ  縦型ホール素子
１０  半導体基板
２０  半導体層
３１ａ、３２ａ、３１ｂ、３２ｂ、３１ｃ、３２ｃ、３１ｄ、３２ｄ、２３１ａ、２３２ａ、２３１ｂ、２３２ｂ  駆動電流供給電極
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ  ホール電圧出力電極
５１ａ  電極分離拡散層
５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２ｄ  電極分離拡散層
６０  絶縁膜
７０  素子分離拡散層
２３１ａ1、２３１ａ2、２３２ａ1、２３２ａ2、２３１ｂ1、２３１ｂ2、２３２ｂ1、２３２ｂ2  Ｎ型不純物層
２４０  ＰＭＯＳトランジスタ
２５０  Ｎウェル
Ｗ１、Ｗ２  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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