[发明专利]纵型霍尔元件

说明书

本发明提供纵型霍尔元件，其为不会增大芯片面积的高灵敏度的纵型霍尔元件。在纵型霍尔元件中，在电压输出端与第1电流供给端之间设置有内部被绝缘膜填充的沟槽。由此，能够抑制朝电压输出端的电流流入，从而增加垂直的电流分量的比例，其结果是能够提高灵敏度。

技术领域

本发明涉及半导体霍尔元件。特别是涉及这样的纵型霍尔元件：包含与衬底的表面垂直的分量的电流被供给到该半导体衬底内的磁感受部，并且通过针对该电流产生的霍尔电压，检测与半导体衬底的表面水平的磁场分量。

背景技术

参照图4说明霍尔元件的磁检测原理。

针对图4所示的长度L、宽度W、厚度d的长方体的半导体霍尔元件(霍尔板)，当使电流在L方向上流过，并对与该流过的电流垂直的方向、即d方向上施加磁场时，作为电流流动的电子或空穴即载流子由于洛伦兹力而向与施加磁场和载流子的行进方向双方垂直的方向弯曲。由此，载流子在W方向的一端蓄积并增加，在另一端发生载流子的减少。因此，在与上述电流和磁场双方垂直的W方向的一端积存电荷，在该方向上产生电场。将由该电场产生的电压称为霍尔电压。

并且，当将用于使电流I流过磁感受部的电源的施加电压设为Vin，将施加给霍尔元件的磁通密度设为B，将竖立于霍尔元件的表面的法线与施加磁场所成的角设为θ时，产生的霍尔电压VH表示为：

VH＝(RHIB/d)cosθ、RH＝1/(qn)

或者

VH＝μ(W/L)VinBcosθ

这里，RH是霍尔系数，q是载流子的电荷，n是载流子浓度，μ是载流子的漂移迁移率。并且，霍尔电压与所施加的磁通密度之比被称为灵敏度。从上式可知，为了提高每单位霍尔电流的灵敏度(所谓的积灵敏度(積感度))，减小霍尔板的d或者减小载流子浓度是有效的。并且，若提高每单位Vin的灵敏度，则增大W/L或提高迁移率是有效的。

这里，当观察这样的长方体的霍尔元件的电位分布时，如非专利文献1所示，由于霍尔效应而使电荷贮存在磁感受部的W方向端，使得等电位面从与电流供给端平行的方向弯曲。可知，由于弯曲的程度随着远离电流供给端而增大，因而当在磁感受部的L方向中央获取电压输出时，可得到最大霍尔电压。

作为一般的霍尔元件，公知有例如在非专利文献2记载的霍尔元件、所谓的横型霍尔元件。该横型霍尔元件用于检测与衬底表面垂直的磁场分量。

图5示出代表性的横型霍尔元件。图5的(a)是元件俯视图，图5的(b)是图5的(a)的线L1-L1之间的剖视图。构成为，例如在P型的衬底103上形成作为磁感受部的N型的外延层104或阱等，并在衬底表面的四角配置由高浓度杂质区域构成的电极105。电流在配置于对角线上的1对电极105之间流过。此时，在磁感受部中流动着与衬底表面水平的方向的电流。利用该电流产生与跟衬底表面垂直的方向的磁场对应的霍尔电压，通过检测配置在与上述对角线垂直的对角线上的另1对电极间产生的霍尔电压，可以求出所施加的磁场的强度。

并且，近年，除了横型霍尔元件以外，还有检测与衬底表面水平的方向的磁场的纵型霍尔元件。在纵型霍尔元件的情况下，如非专利文献2所述，通过使包含与衬底表面垂直的方向的分量的电流流过磁感受部，可以检测与衬底表面水平的磁场。在纵型霍尔元件和横型霍尔元件的动作原理中，仅相对于衬底表面的电流和磁场的方向分别不同，霍尔电压产生的原理是相同的。