具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的半导体装置进行说明。

图1是示出作为本实施方式所涉及的半导体装置的一个例子的半导体装置1的一部分的平面图。图2是示出沿着II－II线的方向上的半导体装置1、具体而言示出X轴电阻器21的剖面的截面图（II－II线截面图）。此外，图1及图2所示的X轴、Y轴及Z轴表示XYZ的3维正交坐标系上的各轴。

半导体装置1形成在P型的半导体衬底100。图1所示的半导体装置1的一部分是包含霍尔元件10及垂直电阻电路20的部分。

霍尔元件10是输出与对于半导体衬底100的表面S垂直方向的Z方向的磁通密度成比例的电压的、所谓的水平霍尔元件。

垂直电阻电路20由N型的半导体形成。垂直电阻电路20具有沿着作为第1方向的X方向而配置的X轴电阻器21和沿着作为第2方向的Y方向而配置的Y轴电阻器22。

作为第1电阻器的X轴电阻器21包含与其他元件的连接端21a、21b和将连接端21a和连接端21b连接的电阻。

作为第2电阻器的Y轴电阻器22在配置的方向上与X轴电阻器21不同，但构成要素实质上与X轴电阻器21的构成要素相同。即，Y轴电阻器22具有与X轴电阻器21所具有的压电系数相同的压电系数。Y轴电阻器22包含与其他元件的连接端22a、22b和将连接端22a和连接端22b连接的电阻。

依据图2，在P型的半导体衬底100上形成有N型的埋込层110。在作为N型区域的埋込层110上，形成有作为相同的N型区域的外延层120。在外延层120的内部形成有作为P型区域的P阱130。在P阱130的上表面形成有作为元件隔离区域的LOCOS（区域性硅片氧化：LOCalOxidation of Silicon）140。进而，具有半导体衬底100、埋込层110、包含接触区域150的外延层120、P阱130及LOCOS140的半导体晶圆的上表面，被省略了图示的保护膜覆盖。

在外延层120的上部形成有作为既定深度的N型区域的接触区域150。在本实施方式中，将外延层120及接触区域150的上表面称为半导体衬底100的表面S。表面S被包括在包含X轴及Y轴且以Z轴为法线向量的平面即X－Y平面。

埋込层110及接触区域150是对于外延层120的离子浓度而言其离子浓度相对高的区域。接触区域150相当于X轴电阻器21的连接端21a、21b（参照图1）。

外延层120形成对于表面S垂直方向的Z方向的电流路径。埋込层110形成对于表面S平行的方向即X方向的电流路径，电连接两个外延层120之间。两个接触区域150、两个外延层120及埋込层110形成X轴电阻器21。

此外，埋込层110的电阻值小到相对于外延层120的电阻值可以忽略的程度。因而，X轴电阻器21的电阻值由外延层120的电阻值左右。

图3是半导体装置1的电路图。

半导体装置1具备：霍尔元件10；垂直电阻电路20；放大器30；比较器40；以及电流电压转换电路（I/V转换电路）50。

霍尔元件10具有4个电极10a～10d。放大器30具有同相输入端子（＋）、反相输入端子（－）和输出端子31。比较器40具有作为同相输入端子（＋）的信号输入端子41、作为反相输入端子（－）的基准电压输入端子42和输出端子43。电流电压转换电路50具有同相输入端子（＋）、反相输入端子（－）和输出端子51。

电极10a经由作为第1电流源的电流源6而与电源3连接。在此，电源3是供给作为既定电压的第1电压的电源。电流源6具有与电源3连接的第1端和与电极10a连接的第2端，将驱动电流I_DRV向霍尔元件10供给。电极10b与电源4连接。电源4供给比第1电压低的第2电压。

流动驱动电流I_DRV的电极10a、10b是霍尔元件10的驱动电极。剩下的两个电极10c、10d是输出差动电压的输出电极。电极10c及电极10d分别与放大器30的同相输入端子（＋）及反相输入端子（－）连接。输出端子31与信号输入端子41连接。

另一方面，基准电压输入端子42与电流电压转换电路50的输出端子51连接。在输出端子51与电流电压转换电路50的反相输入端子（－）之间连接有作为反馈电路的垂直电阻电路20。

垂直电阻电路20具有作为第1端的节点P1及作为第2端的节点P2。在节点P1及节点P2之间连接X轴电阻器21及Y轴电阻器22而构成。依据图3，垂直电阻电路20通过并联连接X轴电阻器21及Y轴电阻器22而构成。即，节点P1在垂直电阻电路20中是X轴电阻器21及Y轴电阻器22各自一端的连接点。节点P2在垂直电阻电路20中是X轴电阻器21及Y轴电阻器22各自另一端的连接点。

如果用与X轴电阻器21的关系说明节点P1及节点P2，则节点P1相当于例如图1所示的连接端21a及图2所示的接触区域150。节点P2相当于例如图1所示的连接端21b及图2所示的接触区域150。

节点P1除了连接有上述的X轴电阻器21及Y轴电阻器22各自一端及电流电压转换电路50的反相输入端子（－）之外，还连接有电流源7的第1端。

作为第2电流源的电流源7具有：与垂直电阻电路20的第1端及电流电压转换电路50的反相输入端子（－）连接的第1端；以及与电源4连接的第2端。电流源7供给流过垂直电阻电路20的基准电流I_REF。

电流电压转换电路50的同相输入端子（＋）经由基准电压电路8与电源4连接。基准电压电路8具有与电流电压转换电路50的同相输入端子（＋）连接的第1端和与电源4连接的第2端，供给电流电压转换电路50的基准电压V_REF。

在这样构成的半导体装置1中，在电极10a、10b之间流动驱动电流I_DRV。若通过霍尔元件10检测到与半导体衬底100的表面S正交的磁通密度，则霍尔元件10从电极10c、10d向放大器30输出与检测到的磁通密度成比例的电压。

放大器30为差动输入放大器，从电极10c、10d输出的电压分别输入到同相输入端子（＋）、反相输入端子（－）。向同相输入端子（＋）及反相输入端子（－）输入的电压被放大器30放大后，从输出端子31输出。从输出端子31输出的信号电压V_SIG向信号输入端子41输入。

另一方面，基准电压输入端子42上被输入作为比较基准电压的动作点电压V_BOP。动作点电压V_BOP是包含流过垂直电阻电路20的基准电流I_REF和垂直电阻电路20的电阻值R_REF之积的电压。详细而言，动作点电压V_BOP是（基准电流I_REF及电阻值R_REF之）积与基准电压V_REF之和。

比较器40比较向信号输入端子41输入的信号电压V_SIG和输入到基准电压输入端子42的动作点电压V_BOP，根据信号电压V_SIG是否大于动作点电压V_BOP而从输出端子43向输出端子60供给高电平或低电平的输出电压V_OUT。向输出端子60供给的输出电压V_OUT向与输出端子60连接的外部电路（省略图示）输出。

接着，就半导体装置1整体的磁电转换系数对于应力的变化的比率（以下，记为“应力依赖系数”）进行说明。

形成在X－Y平面的霍尔元件10的磁电转换系数K_H，可由下述式（1）表示。

S_I：每单位驱动电流的磁电转换系数

I_DRV：霍尔元件10的驱动电流

S_IREF：基准应力下的每单位驱动电流的磁电转换系数

π_H：每单位驱动电流的磁电转换系数对X－Y平面内轴应力压电系数

σ_XX：X方向的垂直应力

σ_YY：Y方向的垂直应力

σ_XX＋σ_YY：X－Y平面内的各向同性应力

在此，“基准应力”是指在既定状态下作用于包含半导体装置1的半导体芯片的应力。另外，“既定状态”是指例如形成覆盖上表面的保护膜之后的状态等、能够特定的一个状态。

另外，若将霍尔元件10的输出电压设为电压V_H，并将放大器30的放大率设为G，则向信号输入端子41输入的信号电压V_SIG可由下述式（2）表示。进而，若使用上述式（1）则由下述式（3）表示。依据下述式（3），可知信号电压V_SIG具有应力依赖性。

B_in：沿Z方向施加的磁通密度。

在上述的霍尔元件10的情况下，从霍尔元件10向信号输入端子41输出的信号电压V_SIG的应力依赖系数被算出为＋44[％/GPa]。在此，正应力依赖系数表示应力为拉伸应力。另外，负应力依赖系数表示应力为压缩应力。

另一方面，从电流电压转换电路50向基准电压输入端子42输出的动作点电压V_BOP可由下述式（4）表示。依据下述式（4），可知动作点电压V_BOP具有应力依赖性。

V_BOP：动作点电压

V_REF：电流电压转换电路50的基准电压

R：垂直电阻电路20的合成电阻值

I_REF：基准电流

R_REF：基准应力下的垂直电阻电路20的合成电阻值

π₁₂：垂直电阻电路20的Z方向的电阻值对X－Y平面内轴应力压电系数。

上述的垂直电阻电路20的情况下，动作点电压V_BOP的应力依赖系数被算出为＋53％/GPa。

另外，输出电压V_OUT的应力依赖系数为（向信号输入端子41输入的信号电压V_SIG的应力依赖系数即＋44％/GPa与向基准电压输入端子42输入的动作点电压V_BOP的应力依赖系数即＋53％/GPa之差的）－9％/GPa。在此，将基准电压电路8直接与基准电压输入端子42连接的半导体装置称为“无应力补偿的半导体装置”。

以半导体装置1和无应力补偿的半导体装置来比较输出电压V_OUT的应力依赖系数，则输出电压V_OUT的应力依赖系数的应力方向相对于无应力补偿的半导体装置的输出电压即信号电压V_SIG的应力依赖系数而言为相反方向。另外，可知输出电压V_OUT的应力依赖系数的绝对值（＝9％/GPa）相对于信号电压V_SIG的应力依赖系数的绝对值（＝44％/GPa）被抑制为约1/5。

依据本实施方式，为了补偿半导体装置1整体的磁电转换系数的应力依赖性，使用动作点电压V_BOP。动作点电压V_BOP是使用包含压电系数相同的电阻的X轴电阻器21及Y轴电阻器22来生成的。因而，与使用包含压电系数不同的多个电阻的电阻的情况相比，本实施方式能够降低工艺制造偏差的影响。

依据本实施方式，能够使用单一的电流电压转换电路50生成用于降低半导体装置1整体的磁电转换系数的应力依赖性的补偿信号、即动作点电压V_BOP。相对于此，使用包含压电系数不同的多个电阻的电阻的应力补偿电路中，使用多个V/I转换器来生成补偿信号。因而，与使用包含压电系数不同的多个电阻的电阻的情况相比，本实施方式能够抑制电路规模及消耗电流的增大。

依据本实施方式，关于半导体装置1整体的磁电转换系数的应力依赖系数，相对于不适用使用X轴电阻器21及Y轴电阻器22生成的动作点电压V_BOP的半导体装置整体上的磁电转换系数的应力依赖系数而言，能够将应力依赖系数的绝对值抑制为约1/5。

依据本实施方式，在生成作为补偿信号的动作点电压V_BOP时应力依赖性不会附加到半导体装置1的消耗电流。这相对于生成补偿信号时消耗电流上附加应力依赖性的现有的应力补偿电路而言，在半导体装置的动作稳定性上是有利的。

例如，如记载于专利文献1的应力补偿电路那样，如果霍尔元件的驱动电流及半导体装置的消耗电流具有应力依赖性，则消耗电流受到施加在半导体衬底上的应力的影响而发生变动。如果消耗电流发生变动，则例如控制动作或監视动作等半导体装置的基于消耗电流的动作会变得不稳定。即，会容易发生误动作或误检测。相对于此，在半导体装置1中，消耗电流不受施加到半导体衬底上的应力的影响，因此，即便施加到半导体衬底上的应力发生变动，消耗电流也不会发生变动。因而，半导体装置1的基于消耗电流的动作是稳定的。

此外，本发明并不限于上述的实施方式原状，在实施阶段除了上述例子以外也可以以各种方式实施，在不脱离发明要点的范围内能够进行各种省略、置换、变更。

例如，电流源7也可以具有将以既定电流比复制驱动电流I_DRV的电流作为基准电流I_REF输出的电流反射镜电路而构成。该例子中，若设电流比α，则以满足I_REF＝αI_DRV的方式生成基准电流I_REF。在I_REF＝αI_DRV成立的情况下，磁动作点B_OP能够如下述式（5）那样近似。

另外，在半导体装置1中，也可以取代电流源7而设为上述电流反射镜电路。进而，也可以取代电流源6及电流源7，设为具有一个电流源和电流反射镜电路、具备供给驱动电流I_DRV及基准电流I_REF的电流源电路的构成。

上述式（5）的右边为电流比α和设计常数之积。因而，磁动作点B_OP不依赖于基准电流，即便基准电流具有应力依赖性及温度依赖性也能排除对磁动作点B_OP的影响。另外，在想要调整磁动作点B_OP的情况下，仅变更作为设计常数的电流比α即可，因此能够简单地调整磁动作点B_OP。

上述的半导体装置1是垂直电阻电路20、霍尔元件10、放大器30、电流电压转换电路50和比较器40形成在半导体衬底100的一个例子，但是半导体装置1不一定限于此。只要至少霍尔元件10和垂直电阻电路20形成在相同的半导体衬底100即可。因而，半导体装置1之中霍尔元件10及垂直电阻电路20以外的构成要素也可以形成在与半导体衬底100不同的半导体衬底。

另外，在图3中例示的垂直电阻电路20是并联连接X轴电阻器21及Y轴电阻器22而构成的例子，但并不限于该例子。垂直电阻电路20只要连接X轴电阻器21和Y轴电阻器22地构成即可。例如，也可以通过串联连接X轴电阻器21及Y轴电阻器22而构成。

这些实施方式及其变形包括在发明的范围或要点中，并且包括在记载于权利要求书的发明及其等同的范围内。

【标号说明】

1 半导体装置；6 电流源（第1电流源）；7 电流源（第2电流源）；10 霍尔元件；20垂直电阻电路；21 X轴电阻器（第1电阻器）；22 Y轴电阻器（第2电阻器）；30 放大器；40 比较器；41 信号输入端子；42 基准电压输入端子；50 电流电压转换电路；100 半导体衬底；120 外延层（N型的电阻）。