[发明专利]低噪声低失调电压的霍尔传感器

说明书

技术领域

本发明涉及霍尔传感器，具体地说，涉及减小霍尔元件失调电压和屏蔽噪声干扰的霍尔传感器。

背景技术

众所周知，采用硅材料制作的霍尔元件可以与微电子集成电路技术兼容，可以和各种保障电路和信号处理电路集成一起构成各种功能电路。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。许多专家专注于研究减小霍尔元件的失调电压、提高霍尔的一致性，提高霍尔系数、灵敏度，减小噪声干扰的技术。其中，通过改良霍尔元件版图设计是提高霍尔元件性能的重要技术之一。

为了降低失调电压，在霍尔元件的版图设计中，广泛采用对称性四个正方形霍尔元件阵列的布图设计，如图1和图2所示。这样的布图设计，能使失调误差、机械压力等失配互相抵消，降低失调电压。大多数的霍尔元件主要是以方形形状制作。但由于方形霍尔元件在光刻、刻蚀、扩散和离子注入过程中的非均匀性，不能保证器件的高度一致。方形霍尔元件的匹配性没有圆形霍尔元件的匹配性好，方形霍尔元件的不良匹配增加了霍尔元件的失调电压。

霍尔元件的噪声干扰，一直也是版图设计工程师关注的问题。目前的霍尔元件版图设计广泛应用P型隔离环隔离噪声。但由于P+注入较浅，噪声很容易越过隔离环，干扰霍尔元件的正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低噪声低失调电压的霍尔传感器，使得霍尔元件拥有更高的霍尔系数、更小的噪声、更低的失调电压。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

低噪声低失调电压的霍尔传感器，包括霍尔元件，所述霍尔元件为圆形，包括在N型晶圆上淀积形成的N型外延层以及在N型晶圆上形成的圆形隔离环。

上述结构的霍尔传感器，由于采用四个圆形霍尔元件并联连接的布图设计，大大降低了失调电压，提高霍尔元件的一致性。与过去的霍尔元件版图设计相比，本发明主要有三方面的技术改进：

第一，减小噪声干扰。许多版图设计人员在进行霍尔传感器的版图布图，通常是把霍尔元件放在芯片中间，四周围绕着霍尔元件服务的电路器件。不容忽略的是，当产生大噪声的电路器件靠近霍尔元件时，噪声串扰会严重影响霍尔元件的正常工作。人们为了减小噪声的影响，通常有两种方法：要么让霍尔四周的器件与霍尔元件尽量保持一定距离，要么在霍尔元件四周包围较宽的外延层。本发明提供了一种新的屏蔽噪声干扰霍尔元件的技术，采用了高压P阱隔离环、一圈空穴保护环和金属屏蔽层，能大大减小噪声干扰和噪声耦合。

第二，减小失调电压。圆形的图形能够抵消掉器件在制版，光刻，注入，扩散过程中的非均匀性，保持器件高度的一致性，从而降低器件的失调电压。在霍尔元件的版图设计中，采用四个霍尔元件阵列的中心对称布图设计，能使失调误差、机械压力等失配互相抵消，降低失调电压。

第三，提高霍尔系数，采用圆形结构降低了hall板的等效阻抗，提高了hall板中从电源流到地的电流。根据霍尔系数计算公式可知，这将提高hall板的霍尔系数。霍尔系数计算公式为，R_H＝ρ·u_n，其中，R_H为霍尔系数，ρ为平均电阻率，u_n为电子的迁移率。

本发明提供了四个圆形霍尔元件并联连接的中心对称布图设计，大大降低了失调电压，提高了霍尔系数、霍尔元件的一致性、减小了失调电压。

附图说明

图1是传统霍尔元件平面结构图；

图2是四个并联连接的传统霍尔元件平面结构图；

图3是霍尔传感器能够检测的磁场方向示意图；

图4是本发明霍尔元件的剖面图；

图5是本发明霍尔元件的平面结构图；

图6是文氏桥等效电路图；

图7是四个并联连接的本发明的圆形霍尔元件平面结构图。

图中标记说明

1-P型预埋层

2-N型外延层

3-高压P阱隔离环

4-低压P阱

5-P+注入区

6-高压N阱

7-低压N阱

8-N+注入区

H1、H2、H3、H4-霍尔器件的四个引出端子

R1-霍尔器件引出端子H1与H4之间的外延电阻

R2-霍尔器件引出端子H1与H2之间的外延电阻

R3-霍尔器件引出端子H3与H4之间的外延电阻

R4-霍尔器件引出端子H2与H3之间的外延电阻

Vdd-电源

Vh-霍尔电势

具体实施方式