阅读说明：本技术 半导体装置 (Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips ) 是由 飞冈孝明 挽地友生 于 2020-02-03 设计创作，主要内容包括：半导体装置具备：纵型霍尔元件(110),设置在半导体衬底的第1区域(R1),具有依次并排配置在第1直线(A1－A1)上的第1至第3电极(112～114)；以及具有发热源的电路(210),设置在半导体衬底的与第1区域(R1)不同的第2区域(R2),当纵型霍尔元件(110)动作时具有发热源的电路(210)中成为最高温度的区域(210hr)的中心点(210h)位于与成为流过第1电极(111)与第3电极(114)之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径(CP1)正交且通过纵型霍尔元件(110)的中心的第2直线(A2－A2)上。(The semiconductor device includes: a vertical Hall element (110) provided in a1 st region (R1) of a semiconductor substrate and having 1 st to 3 rd electrodes (112 to 114) arranged in parallel in the order of a1 st line (A1-A1); and a circuit (210) having a heat source, which is provided in a2 nd region (R2) of the semiconductor substrate that is different from the 1 st region (R1), wherein a center point (210 h) of a region (210 hr) that has a highest temperature in the circuit (210) having the heat source when the vertical Hall element (110) is operated is located on a2 nd straight line (A2-A2) that is orthogonal to a current path (CP 1) that is a path of a Hall element drive current flowing between the 1 st electrode (111) and the 3 rd electrode (114) and that passes through the center of the vertical Hall element (110).)

半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别涉及具备纵型霍尔元件及发热源的半导体装置。

背景技术

霍尔元件能够作为磁传感器以非接触方式进行位置探测或角度探测，因此在各种用途中被利用。其中一般熟知的是利用检测对半导体衬底表面垂直的磁场分量的横型霍尔元件的磁传感器，不过也提出各种利用检测对衬底的表面平行的磁场分量的纵型霍尔元件的磁传感器。进而，还提出结合横型霍尔元件和纵型霍尔元件而2维、3维检测磁场的磁传感器。

纵型霍尔元件中，由于难以采取几何对称性高的构造，在没有施加磁场时，也容易以横型霍尔元件以上产生所谓的偏置电压。因此，在作为磁传感器而利用的情况下，需要除去这样的偏置电压，作为其方法，已知旋转电流法。

作为利用旋转电流法除去偏置电压的方法，已知在半导体衬底的表面具有直线上隔着间隔配置的5个电极的纵型霍尔元件中，以沿与半导体衬底平行的方向施加磁场的状态，使驱动电流流动的方向在4个方向进行切换的方法（例如，参照专利文献1的图1）。这样的方法中，首先，以在使驱动电流从夹持中央的电极而位于其两侧的两个电极的一个电极向另一个电极（称为第1方向）流动时中央的电极与两端的电极之间产生的电位差为第1输出信号，以在使驱动电流沿与第1方向相反方向（称为第2方向）流动时中央的电极与两端的电极之间产生的电位差为第2输出信号，进而，以在使驱动电流从中央的电极向两端的电极（称为第3方向）流动时夹持中央的电极而位于其两侧的两个电极间产生的电位差为第3输出信号，以在使驱动电流沿与第3方向相反方向（称为第4方向）流动时夹持中央的电极而位于其两侧的两个电极间产生的电位差为第4输出信号，对这些第1～第4输出信号进行加减运算，从而除去偏置电压。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第03/036733号。

发明内容

【发明要解决的课题】

在如专利文献1所示那样的现有的纵型霍尔元件中，在纵型霍尔元件内的温度并不一样、在纵型霍尔元件内产生温度分布的情况下，纵型霍尔元件内，因热电流而有电流稳定地从高温部向低温部流动。这样的状态，例如在纵型霍尔元件的附近设置有驱动纵型霍尔元件的电路且驱动该纵型霍尔元件的电路包含成为发热源的元件的情况下产生。

若在上述状态下进行利用旋转电流法的偏置电压的除去，则因上述热电流的影响而第1～第4方向上的电流的流动方式会分别不同，因此不大能提高偏置电压的除去精度。

因而，本发明的目的在于提供具备能够高精度进行利用旋转电流法的偏置电压的除去的纵型霍尔元件及具有发热源的电路的半导体装置。

【用于解决课题的方案】

本发明的半导体装置，其特征在于具备：纵型霍尔元件，其设置在半导体衬底的第1区域，并具有依次并排配置在第1直线上的第1至第3电极；以及具有发热源的电路，其设置在所述半导体衬底的与所述第1区域不同的第2区域，当所述纵型霍尔元件动作时所述具有发热源的电路中成为最高温度的区域的中心点位于第2直线上，该第2直线与成为流过所述第1电极与所述第3电极之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径正交且通过所述纵型霍尔元件的中心。

【发明效果】

依据本发明，从发热源产生的热从通过上述纵型霍尔元件的中心的第2直线和纵型霍尔元件的发热源侧的端部相交的部分以第2直线为中心左右对称地向纵型霍尔元件内传递。因而，即便因从发热源产生的热的影响而在纵型霍尔元件内产生温度分布，在旋转电流法中切换流过电流路径的电流的方向之际，该电流的流动方式大致等同，所以也能高精度除去偏置电压。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的半导体装置的平面图。

图2是沿着图1的A1－A1线的截面图。

图3是本发明的第2实施方式的半导体装置的平面图。

图4是本发明的第3实施方式的半导体装置的平面图。

图5是本发明的第4实施方式的半导体装置的平面图。

具体实施方式

以下，边参照附图，边对用于实施本发明的方式详细进行说明。

[第1实施方式]

图1是本发明的第1实施方式的具备纵型霍尔元件及发热源的半导体装置10的平面图。另外，图2是沿着图1的A1－A1线的截面图。

如图1所示，本实施方式的半导体装置10具备：设置在半导体衬底101（参照图2）的区域R1的纵型霍尔元件110；以及设置在与区域R1不同的区域R2的具有发热源的电路210。

如图2所示，纵型霍尔元件110具有：设置在P型（第1导电型）的半导体衬底101上的成为磁感应部的N型（第2导电型）的半导体层102；以及形成在半导体层102的表面的由N型的杂质区域构成的成为用于供给驱动电流及用于输出霍尔电压的电极的电极111～115。如图1所示，电极111～115依次并排配置在直线A1－A1上。

在纵型霍尔元件110的周围，如图2所示，以包围纵型霍尔元件110的方式设置有P型的元件分离扩散层103。纵型霍尔元件110和具有发热源的电路210因元件分离扩散层103而电气分离。

具有发热源的电路210是驱动纵型霍尔元件110的电路、或用于处理来自纵型霍尔元件110的输出信号的电路等，这些电路往往具有成为晶体管等的发热源的元件。例如，作为用于驱动纵型霍尔元件110的电源电压，使用通过电压调节器来降低外部电源电压而生成的内部电源电压而不是外部电源电压的情况下，电压调节器的输出晶体管、或流过大电流的电阻元件等可成为发热源。

接着，对纵型霍尔元件110和具有发热源的电路210的位置关系进行说明。

图1所示的纵型霍尔元件110中，利用旋转电流法来除去偏置电压的情况下，驱动电流会沿4个方向、即从电极112到电极114（第1方向）、从电极114到电极112（第2方向）、从电极113到电极111及电极115（第3方向）、从电极111及电极115到电极113（第4方向）流动。图1中，将成为流过电极112与电极114之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP1，将成为流过电极113与电极111之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP2，将成为流过电极113与电极115之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP3。即，电流路径CP1对应于第1方向及第2方向的驱动电流的路径，电流路径CP2及CP3对应于第3方向及第4方向的驱动电流的路径。

在本实施方式中，纵型霍尔元件110和电路210被配置成为：当纵型霍尔元件110动作时（执行旋转电流法时），使得具有发热源的电路210中成为最高温度的区域210hr的中心点210h位于与电流路径CP1正交且通过纵型霍尔元件110的中心的直线A2－A2上。

通过这样配置，从电路210内的发热源产生的热，会从直线A2－A2和纵型霍尔元件110的电路210侧的端部相交的部分IS1，以直线A2－A2为中心左右对称地向纵型霍尔元件110内传递。因而，即便受从电路210内的发热源产生的热的影响而在纵型霍尔元件110内产生温度分布，在旋转电流法中将流过电流路径CP1的电流的方向切换为第1方向和第2方向之际，两个方向的电流的流动方式也会大致等同。

另外，在将流过电流路径CP2、CP3的电流的方向切换为第3方向和第4方向之际，也因为电流路径CP2和电流路径CP3以直线A2－A2为中心左右对称，且纵型霍尔元件110内产生的温度分布以直线A2－A2为中心左右对称，所以电流路径CP2和电流路径CP3上的温度分布也成为左右对称地大致等同。因而，第3方向和第4方向的电流的流动方式会大致等同。

因此，依据本实施方式，在从电路210内的发热源产生的热到达纵型霍尔元件110，并在纵型霍尔元件110内产生温度分布的情况下，也能通过旋转电流法来高精度除去偏置电压。

此外，关于纵型霍尔元件110的电极111～115，优选大小及形状互相大致相同，且以大致等间隔配置。由此，纵型霍尔元件110相对于其中心线即直线A2－A2呈线对称，流过电流路径CP1、CP2、CP3的电流的流动方式，在哪个路径的哪个方向上都大致等同。依据这样的结构，能够通过旋转电流法，以更高精度除去偏置电压。

[第2实施方式]

第1实施方式中，对具有发热源的电路为一个的情况进行了说明，但是设置在纵型霍尔元件的周边的电路之中具有发热源的电路并不限于一个。因此，作为第2实施方式，对于在纵型霍尔元件的周边存在多个具有发热源的电路的情况进行说明。图3是本发明的第2实施方式的具备纵型霍尔元件及具有发热源的电路的半导体装置20的平面图。

如图3所示，本实施方式的半导体装置20除了第1实施方式的半导体装置10之外，还具备设置在与区域R1及R2不同的区域R3的具有发热源的电路220。在此，对于与图1所示的第1实施方式的半导体装置10相同的结构要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。

本实施方式的半导体装置20中，电路220被配置成为：当纵型霍尔元件110动作时（执行旋转电流法时），具有发热源的电路220中成为最高温度的区域220hr的中心点220h位于直线A2－A2上。

通过这样配置，从电路220内的发热源产生的热，从直线A2－A2和纵型霍尔元件110的电路220侧的端部相交的部分IS2以直线A2－A2为中心左右对称地向纵型霍尔元件110内传递。因而，与从电路210内的发热源产生的热同样，即便因从电路220内的发热源产生的热的影响而在纵型霍尔元件110内产生温度分布，在旋转电流法中将流过电流路径CP1的电流的方向切换为第1方向和第2方向之际，两个方向的电流的流动方式也会大致等同。另外，电流路径CP2和电流路径CP3上的温度分布也成为左右对称地大致等同。因而，第3方向和第4方向的电流的流动方式会大致等同。

因此，依据本实施方式，在从电路210内的发热源产生的热以及从电路220内的发热源产生的热到达纵型霍尔元件110，并在纵型霍尔元件110内产生温度分布的情况下，也能通过旋转电流法来高精度除去偏置电压。

这样，在存在多个具有发热源的电路的情况下，也可以通过旋转电流法进行高精度的偏置除去。

第1及第2实施方式中，对纵型霍尔元件为一个的情况进行了说明，但是，以下作为第3及第4实施方式，对多个纵型霍尔元件配置在同一半导体衬底上的情况进行说明。

[第3实施方式]

作为第3实施方式，对两个纵型霍尔元件平行配置在同一半导体衬底上的情况进行说明。图4是本发明的第3实施方式的具备纵型霍尔元件及发热源的半导体装置30的平面图。

如图4所示，本实施方式的半导体装置30除了第1实施方式的半导体装置10之外，还具备与纵型霍尔元件110平行配置在与区域R1及R2不同的区域R3的纵型霍尔元件120。在此，对于与图1所示的第1实施方式的半导体装置10相同的结构要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。

纵型霍尔元件120具有：设置在P型的半导体衬底101上的成为磁感应部的N型的半导体层102（参照图2）；以及形成在半导体层102的表面的由N型的杂质区域构成的成为用于供给驱动电流及用于输出霍尔电压的电极的电极121～125。如图4所示，电极121～125依次并排配置在直线A3－A3上。

在纵型霍尔元件120的周围，以包围纵型霍尔元件120的方式设置有P型的元件分离扩散层103（参照图2），具有发热源的电路210和纵型霍尔元件110和纵型霍尔元件120，通过元件分离扩散层103电气分离。

接着，对具有发热源的电路210和纵型霍尔元件110和纵型霍尔元件120的位置关系进行说明。

图4所示的纵型霍尔元件120中，利用旋转电流法来除去偏置电压的情况下，驱动电流会沿4个方向、即从电极122到电极124（第1方向）、从电极124到电极122（第2方向）、从电极123到电极121及电极125（第3方向）、从电极121及电极125到电极123（第4方向）流动。图4中，将成为流过电极122与电极124之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP4，将成为流过电极123与电极121之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP5，将成为流过电极123与电极125之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP6。即，电流路径CP4对应于纵型霍尔元件120中的第1方向及第2方向的驱动电流的路径，电流路径CP5及CP6对应于纵型霍尔元件120中的第3方向及第4方向的驱动电流的路径。

在本实施方式中，对于配置有纵型霍尔元件110和电路210的图1所示的第1实施方式的半导体装置10，还配置有纵型霍尔元件120，使得与纵型霍尔元件120中的电流路径CP4正交且通过纵型霍尔元件120的中心的直线与直线A2－A2一致。此外，在第1实施方式的半导体装置10中，当纵型霍尔元件110动作时（执行旋转电流法时），具有发热源的电路210中成为最高温度的区域210hr的中心点210h位于与纵型霍尔元件110中的电流路径CP1正交且通过纵型霍尔元件110的中心的直线A2－A2上。

通过这样配置，当纵型霍尔元件120动作时（执行旋转电流法时），从电路210内的发热源产生的热，在纵型霍尔元件120中从直线A2－A2和纵型霍尔元件120的电路210侧的端部相交的部分IS2以直线A2－A2为中心左右对称地向纵型霍尔元件120内传递。因而，即便因从电路210内的发热源产生的热的影响而在纵型霍尔元件120内产生温度分布，在旋转电流法中将流过电流路径CP4的电流的方向切换为第1方向和第2方向之际，两个方向的电流的流动方式也会大致等同。另外，电流路径CP5和电流路径CP6上的温度分布也会成为左右对称地大致等同。因而，第3方向和第4方向的电流的流动方式会大致等同。

因此，依据本实施方式，在从电路210内的发热源产生的热到达纵型霍尔元件120，并在纵型霍尔元件120内产生温度分布的情况下，也能通过旋转电流法来高精度除去偏置电压。

这样，在多个纵型霍尔元件平行配置在同一半导体衬底上的情况下，也可以通过旋转电流法来高精度进行偏置除去。

[第4实施方式]

作为第4实施方式，对两个纵型霍尔元件互相垂直配置在同一半导体衬底上的情况进行说明。图5是本发明的第4实施方式的具备纵型霍尔元件及发热源的半导体装置40的平面图。

如图5所示，本实施方式的半导体装置40除了第1实施方式的半导体装置10之外，还具备对于纵型霍尔元件110垂直配置在与区域R1及R2不同的区域R3的纵型霍尔元件120。在此，对于与图1所示的第1实施方式的半导体装置10相同的结构要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。

纵型霍尔元件120具有：设置在P型的半导体衬底101上的成为磁感应部的N型的半导体层102（参照图2）；以及形成在半导体层102的表面的由N型的杂质区域构成的成为用于供给驱动电流及用于输出霍尔电压的电极的电极121～125。如图5所示，电极121～125依次并排配置在与直线A1－A1正交的直线A3－A3上。

在纵型霍尔元件120的周围，以包围纵型霍尔元件120的方式设置有P型的元件分离扩散层103（参照图2），具有发热源的电路210和纵型霍尔元件110和纵型霍尔元件120，通过元件分离扩散层103电气分离。

接着，对于具有发热源的电路210和纵型霍尔元件110和纵型霍尔元件120的位置关系进行说明。

图5所示的纵型霍尔元件120中，利用旋转电流法来除去偏置电压的情况下，驱动电流会沿4个方向、即从电极122到电极124（第1方向）、从电极124到电极122（第2方向）、从电极123到电极121及电极125（第3方向）、从电极121及电极125到电极123（第4方向）流动。图5中，将成为流过电极122与电极124之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP4，将成为流过电极123与电极121之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP5，将成为流过电极123与电极125之间的霍尔元件驱动电流的路径的电流路径示为电流路径CP6。即，电流路径CP4对应于纵型霍尔元件120中的第1方向及第2方向的驱动电流的路径，电流路径CP5及CP6对应于纵型霍尔元件120中的第3方向及第4方向的驱动电流的路径。

在本实施方式中，对于配置有纵型霍尔元件110和电路210的图1所示的第1实施方式的半导体装置10，还配置有纵型霍尔元件120，使得区域210hr的中心点210h位于与纵型霍尔元件120中的电流路径CP4正交且通过纵型霍尔元件120的中心的直线A4－A4上。此外，在第1实施方式的半导体装置10中，当纵型霍尔元件110动作时（执行旋转电流法时），具有发热源的电路210中成为最高温度的区域210hr的中心点210h位于与纵型霍尔元件110中的电流路径CP1正交且通过纵型霍尔元件110的中心的直线A2－A2上。

通过这样配置，当纵型霍尔元件120动作时（执行旋转电流法时），从电路210内的发热源产生的热，在纵型霍尔元件120中从直线A4－A4和纵型霍尔元件120的电路210侧的端部相交的部分IS2以直线A4－A4为中心左右对称地向纵型霍尔元件120内传递。因而，即便因从电路210内的发热源产生的热的影响而在纵型霍尔元件120内产生温度分布，在旋转电流法中将流过电流路径CP4的电流的方向切换为第1方向和第2方向之际，两个方向的电流的流动方式也会大致等同。另外，电流路径CP5和电流路径CP6上的温度分布也会成为左右对称地大致等同。因而，第3方向和第4方向的电流的流动方式会大致等同。

因而，依据本实施方式，在从电路210内的发热源产生的热到达纵型霍尔元件120，并在纵型霍尔元件120内产生温度分布的情况下，也能通过旋转电流法来高精度除去偏置电压。

这样，在两个纵型霍尔元件互相垂直配置在同一半导体衬底上的情况下，也可以通过旋转电流法来对各个纵型霍尔元件以高精度进行偏置除去。

如上述，依据本发明的实施方式，即便在纵型霍尔元件的周边配置具有发热源的电路，也能实质上消除对纵型霍尔元件执行旋转电流法时从发热源产生的热的影响。因而，无需将具有发热源的电路从纵型霍尔元件远离地配置，因此还能够减小电路规模。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变更这一点无须赘述。

例如，在上述实施方式中，以纵型霍尔元件的电极的数量为5个的情况为例进行了说明，但是只要具有两个用于供给驱动电流的电极、一个用于输出霍尔电压的电极，总共3个以上的电极即可。

另外，在上述实施方式中，将第1导电型设为P型、第2导电型设为N型而进行了说明，但是也可以更换导电型而使第1导电型为N型、第2导电型为P型。

第3及第4实施方式中的纵型霍尔元件120的电极121～125，优选大小及形状互相大致相同，且以大致等间隔配置。由此，纵型霍尔元件120相对于其中心线即直线A3－A3呈线对称，流过电流路径CP4、CP5、CP6的电流的流动方式在哪个路径的哪个方向上都大致等同。依据这样的结构，可以通过旋转电流法，以更高精度除去偏置电压。

【标号说明】

10、20、30、40 半导体装置；101 半导体衬底；102 半导体层；103 元件分离扩散层；110、120 纵型霍尔元件；111、112、113、114、115、121、122、123、124、125 电极；210、220 具有发热源的电路；210hr、220hr 成为最高温度的区域；210h、220h成为最高温度的区域的中心点；A1－A1、A2－A2、A3－A3、A4－A4 直线；CP1、CP2、CP3、CP4、CP5、CP6 电流路径；R1、R2、R3 区域。