具有降低JFET效应的霍尔效应传感器制造技术

本申请题为“具有降低JFET效应的霍尔效应传感器”。一种霍尔效应传感器(400)包括布置在半导体本体表面处的霍尔元件(300、500)，该霍尔元件包括布置在隔离的第二导电类型的第二掺杂区(306p)上方并与之邻接的第一导电类型的第一掺杂区(310n)。霍尔元件的第一端子至第四端子(T1

【技术实现步骤摘要】
具有降低JFET效应的霍尔效应传感器

技术介绍

[0001]本申请涉及基于霍尔效应的磁场传感器，并且更具体地涉及如在集成电路结构中实现的这类传感器。
[0002]在许多现代电子系统的操作和控制中，感测磁场的存在以及在一些情况下感测其强度是有用的。磁场感测用作电流测量的基础，比如在马达系统、能量分配系统、电器、功率输送等中。磁场感测也经常应用于位置或接近感测，比如工业、安全和其他机械应用。霍尔效应传感器也可用于检测物体相对于另一个物体的运动(例如，打开封闭外壳的盖，其中盖或外壳包括在该盖打开时分别感应在包含在外壳或盖中的线圈中电流的磁体)。
[0003]流行的磁场传感器基于众所周知的霍尔效应。图1图示了常规霍尔效应传感器110的示例。传感器110包括构造为半导体材料的霍尔元件100，例如掺杂有p型或n型杂质以达到选定导电性的单晶硅。传感器110包括由电压参考电路122偏置到基于外部电压VS的电压的电流源120。电流源120将偏置电流I_BIAS施加到霍尔元件100的端子T1。霍尔元件100将偏置电流I_BIAS朝向其端子T3传导，电流源126从该端子T3传导返回电流I_RET到地。在存在与通过霍尔元件100的电流方向正交的磁场的情况下，在该示例中，进入或离开图1的页面，洛伦兹力作用于霍尔元件100的半导体材料中的多数载流子(例如，n型硅中的电子)以产生“霍尔电压”，即分别在端子T2和端子T4处的电压差VH+和VH
‑
。
[0004]端子T2和端子T4耦合到差分放大器140的输入，差分放大器140放大这些端子处的通常小的差分霍尔电压。在该常规示例中，放大器140输出处的放大霍尔电压以指示磁场强度的模拟信号的形式施加到被配置例如为施密特触发器的输出驱动器142的输入。放大器140和输出驱动器142可以从参考电压发生器122偏置。输出驱动器142驱动开路集电极双极晶体管160的基极以响应放大器140输出处的模拟信号在输出节点OUT产生二进制信号。例如，二进制输出信号可以指示霍尔元件100是否存在大于某个阈值水平的磁场。
[0005]作为本领域的基础，霍尔元件100的半导体材料的电阻随着温度的升高而增加。在霍尔效应传感器110中，对于给定的固定偏置电流I_BIAS，该增加的电阻会影响霍尔元件100的端子T2、T4处的电压，从而导致霍尔电压的依赖于温度的漂移。温度和制造两者的变化也可能致使放大器140处的偏移(例如，在没有磁场的情况下的差分电压)。
[0006]为了抵消这种漂移和偏移，常规霍尔效应传感器110包括共模反馈电路，以调节电流源126从霍尔元件100的端子T3传导的返回电流I_RET。该共模反馈电路包括放大器150，放大器150在负输入处接收由参考电压电路152生成的共模参考电压VCM。放大器150具有耦合到端子T2以接收电压VH+的一个正输入，以及耦合到端子T4以接收电压VH
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的另一正输入。在这种常规布置中的放大器150被配置为产生与端子T2和T4的共模电压(例如电压VH+和VH
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的平均值)和来自参考电压电路152的共模参考电压VCM之间的差相对应的输出信号。该输出信号作为控制信号施加到电流源126(例如，用于电流源126实现为金属氧化物半导体(MOS)晶体管的情况下的栅极电压)。这种布置导致放大器150调节通过电流源126的返回电流I_RET，使得端子T2和T4处的共模电压匹配共模参考电压VCM，不论霍尔效应传感器110中的制造和温度变化。因此可以减少漂移和偏移。
[0007]通过引用并入本文的共同转让的美国专利号9,013,167描述了应用于霍尔效应传感器的另一种共模反馈方法。如美国专利号9,013,167所描述的，其共模反馈调节器调节霍尔元件的偏置端子(例如，端子T1、T2)处的电压，使得偏置电压的平均值或中位值匹配霍尔电压VH+、VH
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的平均值或中位值。这种共模反馈调节方法被描述为还可以减少霍尔效应传感器中的漂移和偏移。
[0008]通过进一步的背景，霍尔效应传感器通常与其他功能一起在集成电路中实现。这种霍尔效应传感器集成电路的示例包括可从德克萨斯仪器股份有限公司获得的TMCS 1100和TMCS 1101霍尔效应电流传感器。
[0009]在上下文中出现了本文描述的实施例。

技术实现思路

[0010]根据一方面，一种霍尔效应传感器包括设置在半导体本体的表面处的霍尔元件。霍尔元件被构造成包括第一导电类型的第一掺杂区，该第一掺杂区设置在第二导电类型的第二掺杂区之上并与之邻接。霍尔元件被构造成使得第二掺杂区在半导体本体内被电隔离。霍尔元件的第一端子、第二端子、第三端子和第四端子在该表面的不同位置处与第一掺杂区电接触，并且第五端子与第二掺杂区电接触。霍尔元件被布置成霍尔效应传感器，该霍尔效应传感器包括耦合到霍尔元件的第一端子的第一电流源、耦合到霍尔元件的第二端子和第四端子的输出电路系统以及共模反馈调节电路系统。共模反馈调节电路系统具有耦合到第三端子和接地节点的输出，并且具有耦合到霍尔元件的第二端子和第四端子的输入以及耦合到第三端子和接地节点的输出。第二掺杂区耦合到霍尔元件的第三端子。
[0011]根据另一方面，一种在集成电路处检测磁场的方法包括利用电流偏置霍尔元件的第一端子，该霍尔元件设置在集成电路的表面处并与第一导电类型的第一掺杂区接触。该方法进一步包括响应于霍尔元件的第二端子和第四端子处的共模电压调节霍尔元件的第三端子处的电压，以及放大第二端子和第四端子处的差分电压以响应于磁场撞击霍尔元件而产生输出信号。根据这一方面，霍尔元件包括在第一掺杂区下方并邻接第一掺杂区的第二导电类型的第二掺杂区。第二掺杂区耦合到第三端子并具有利用第三端子处的电压调节的电压。
[0012]这些方面中的一个或多个实现的技术优势包括减少了集成霍尔效应传感器的磁增益和偏移随温度和制造参数变化的变化。这些技术优势适用于水平和竖直霍尔元件两者。
[0013]参考以下说明书及其附图，本领域普通技术人员将清楚通过所公开的方面实现的其他技术优势。
附图说明
[0014]图1是常规霍尔效应传感器的示意电气图。
[0015]图2A是包括霍尔元件的常规集成电路结构的截面图。
[0016]图2B是图2A的常规集成电路结构的平面视图。
[0017]图2C是结合图2A和图2B的常规霍尔元件的常规霍尔效应传感器的示意电气图。
[0018]图2D是图2A的集成电路结构的截面图，图示了在操作时该结构中的耗尽区。
[0019]图3A是包括根据示例实施例构造的霍尔元件的集成电路结构的截面图。
[0020]图3B是根据示例实施例构造的图3A的集成电路结构的平面视图。
[0021]图4是结合根据示例实施例的图3A和图3B的霍尔元件的霍尔效应传感器的示意电气图。
[0022]图5是包括根据示例实施例构造的竖直霍尔元件的集成电路结构的截面图。
[0023]在附图中使用相同的附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种霍尔效应传感器，其包括：霍尔元件，所述霍尔元件设置在半导体本体的表面处并包括：第一导电类型的第一掺杂区；第二导电类型的第二掺杂区，所述第二掺杂区设置在所述第一掺杂区下方并邻接所述第一掺杂区，并且在所述半导体本体内电隔离；第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子在所述表面的不同位置处与所述第一掺杂区电接触；以及第五端子，所述第五端子与所述第二掺杂区电接触；耦合到所述霍尔元件的所述第一端子的第一电流源；共模反馈调节电路系统，所述共模反馈调节电路系统具有耦合到所述霍尔元件的所述第二端子和所述第四端子的输入以及耦合到所述第三端子和接地节点的输出；以及耦合到所述霍尔元件的所述第二端子和所述第四端子的输出电路系统；其中，所述霍尔元件的所述第三端子耦合到所述第二掺杂区。2.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其中，所述共模反馈调节电路系统包括：电压参考电路，所述电压参考电路具有呈现共模参考电压的输出；第二电流源，所述第二电流源耦合在所述第三端子与所述接地节点之间；以及调节放大器，所述调节放大器具有耦合到所述霍尔元件的所述第二端子和所述第四端子的输入、耦合到所述电压参考电路的所述输出的输入以及耦合到所述第二电流源的控制端子的输出。3.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其中，所述霍尔元件进一步包括：所述第一导电类型的掩埋掺杂区，所述掩埋掺杂区设置在所述第二掺杂区下方并邻接所述第二掺杂区；以及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构从所述半导体本体的所述表面延伸到至少到达所述掩埋掺杂区并围绕所述第二掺杂区的深度。4.根据权利要求3所述的霍尔效应传感器，其中，所述霍尔元件进一步包括：所述第一导电类型的第三掺杂区，所述第三掺杂区围绕所述沟槽隔离结构并延伸到至少到达所述掩埋掺杂区的深度。5.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：所述第一导电类型的第一浅阱区、第二浅阱区、第三浅阱区和第四浅阱区，所述第一浅阱区、所述第二浅阱区、所述第三浅阱区和所述第四浅阱区从所述表面到与所述第一掺杂区接触的深度；其中，所述第一端子、所述第二端子、所述第三端子和所述第四端子分别接触所述第一浅阱区、所述第二浅阱区、所述第三浅阱区和所述第四浅阱区的表面位置。6.根据权利要求5所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：所述第二导电类型的第五浅阱区，所述第五浅阱区设置在所述第一掺杂区的边界处并从所述表面延伸到与所述第二掺杂区接触的深度；其中，所述第五端子接触所述第五浅阱区的至少一个表面位置。7.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其中，所述第二端子和所述第四端子与所述第一掺杂区电接触的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：