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公開番号2024115234
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-26
出願番号2023020833
出願日2023-02-14
発明の名称半導体装置
出願人エイブリック株式会社
代理人
主分類G01R 33/07 20060101AFI20240819BHJP(測定;試験)
要約【課題】高精度なオフセットキャンセルが可能な縦型ホール素子を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置1は、半導体基板2の第1の領域に設けられ、第1の直線L1-L1上に所定の間隔を置いて配置された電極111～115を有する第1の縦型ホール素子100と、電流源120と、第1のアンプ110と、開閉可能な第1の経路及び第2の経路と、を備えるセンサ信号伝送回路10と、半導体基板の第1の領域とは異なる第2の領域に設けられ、第1の直線L1-L1と平行な第2の直線L2-L2上に所定の間隔を置いて配置された電極211～215と同数の電極211～215を有する第2の縦型ホール素子200と、電流源220と、第2のアンプ210と、第1の経路及び第2の経路とは異なる開閉可能な第3の経路及び第4の経路と、を備えるセンサ信号伝送回路20とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板の第１の領域に設けられ、第１の直線上に所定の間隔を置いて、第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極の順に配置される少なくとも４個の電極を有する第１の縦型ホール素子と、
前記第１の縦型ホール素子を駆動する第１の駆動電源と、
前記第１の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第１の駆動電源とをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第１の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第１の駆動電源とはそれぞれ非接続に形成された第１の経路と、
前記第１の縦型ホール素子からの出力電圧を増幅する第１のアンプと、
前記第１の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第１のアンプとをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第１の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第１のアンプとがそれぞれ非接続に形成される第２の経路と、
を備え、前記第１のアンプから第１の出力信号を得る第１のセンサ信号伝送回路と、
前記半導体基板の前記第１の領域とは異なる第２の領域に設けられ、前記第１の直線と平行な第２の直線上に前記所定の間隔を置いて、第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極の順に配置される少なくとも４個の電極を含む前記第１の縦型ホール素子の電極と同じ数の電極を有する第２の縦型ホール素子と、
前記第１の駆動電源とは別に設けられ、前記第２の縦型ホール素子を駆動する第２の駆動電源と、
前記第２の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第２の駆動電源とをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第２の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第２の駆動電源とはそれぞれ非接続に形成された第３の経路と、
前記第１のアンプとは別に設けられ、前記第２の縦型ホール素子からの出力電圧を増幅する第２のアンプと、
前記第２の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第２のアンプとをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第２の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第２のアンプとがそれぞれ非接続に形成される第４の経路と、
を備え、前記第２のアンプから第２の出力信号を得る第２のセンサ信号伝送回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とを加算する加算器をさらに備える請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記駆動電源は、電流源及び電圧源の何れか一方であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とを加算する加算器と、
前記第１及び第２の駆動電源により前記第１及び第２の縦型ホール素子それぞれに流す電流の方向を第１の状態としたときに前記加算器から出力される第１の出力電圧を保持し、前記第１及び第２の駆動電源により前記第１及び第２の縦型ホール素子それぞれに流す電流の方向を第２の状態としたときに前記加算器から出力される第２の出力電圧と保持した前記第１の出力電圧とを加算または減算して、当該加算または減算結果を最終出力電圧として出力するサンプルホールド回路と、
一方の入力端子に前記最終出力電圧が入力され、他方の入力端子に所定の基準電圧が入力され、前記最終出力電圧と前記基準電圧とを比較した結果を出力信号として出力する比較器と、
をさらに備える請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の駆動電源と前記第２の駆動電源のうち少なくとも一方は、前記比較器の出力信号に応じてその電流値または電圧値が切り替えられる請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の駆動電源及び前記第２の駆動電源は、それぞれ、入力端と、出力端とを有し、
前記第１のアンプ及び前記第２のアンプは、それぞれ、第１の入力端子と、第２の入力端子とを有し、
前記第１の駆動電源の入力端と、前記第１の電極とを接続する第１のスイッチと、
前記第１の駆動電源の入力端と、前記第３の電極とを接続する第２のスイッチと、
前記第１の駆動電源の出力端と、前記第１の電極とを接続する第３のスイッチと、
前記第１の駆動電源の出力端と、前記第３の電極とを接続する第４のスイッチと、
前記第２の駆動電源の入力端と、前記第２の電極とを接続する第５のスイッチと、
前記第２の駆動電源の入力端と、前記第４の電極とを接続する第６のスイッチと、
前記第２の駆動電源の出力端と、前記第２の電極とを接続する第７のスイッチと、
前記第２の駆動電源の出力端と、前記第４の電極とを接続する第８のスイッチと、
前記第１のアンプの第１の入力端子と、前記第２の電極とを接続する第９のスイッチと、
前記第１のアンプの第１の入力端子と、前記第４の電極とを接続する第１０のスイッチと、
前記第１のアンプの第２の入力端子と、前記第２の電極とを接続する第１１のスイッチと、
前記第１のアンプの第２の入力端子と、前記第４の電極とを接続する第１２のスイッチと、
前記第２のアンプの第１の入力端子と、前記第１の電極とを接続する第１３のスイッチと、
前記第２のアンプの第１の入力端子と、前記第３の電極とを接続する第１４のスイッチと、
前記第２のアンプの第２の入力端子と、前記第１の電極とを接続する第１５のスイッチと、
前記第２のアンプの第２の入力端子と、前記第３の電極とを接続する第１６のスイッチと、
を備える請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチから前記第１６のスイッチの開閉をそれぞれ制御する制御回路をさらに備える請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１の縦型ホール素子と前記第２の縦型ホール素子とは、略同一構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、水平方向の磁界を検知する縦型ホール素子を有する半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
ホール素子は、磁気センサとして非接触での位置検知や角度検知が可能であることから様々な用途に用いられている。中でも半導体基板表面に対して垂直な磁界成分（垂直磁場）を検知する横型ホール素子を用いた磁気センサが一般に良く知られているが、半導体基板の表面に対して平行な磁界成分（水平磁場）を検知する縦型ホール素子を用いた磁気センサも各種提案されている。
【０００３】
縦型ホール素子では、幾何学的な対称性の高い構造をとることが難しいため、磁界が印加されていないときにおいても出力される、いわゆるオフセット電圧が横型ホール素子以上に発生しやすい。そのため、磁気センサとして用いる場合には、かかるオフセット電圧を除去する必要があり、その方法として、スピニングカレント法が知られている。
【０００４】
スピニングカレント法を用いて縦型ホール素子のオフセット電圧を除去する方法として、同様の構成の２つ（複数）の縦型ホール素子を並行に配置し、縦型ホール素子の電極の接続を切り替えて得られる信号を信号処理する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
米国特許出願公開第２０１４／０２１０４６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複数の縦型ホール素子が、同一基板上に半導体製造プロセスによって同時に形成されるとしても、不純物の濃度分布等を複数の縦型ホール素子間で完全に同一にすることは極めて難しい。このため、複数の縦型ホール素子間には特性ばらつきが生じることとなる。したがって、スピニングカレント法の実行時の各フェーズにおいて、電流経路の抵抗は完全には等しくならず、オフセットキャンセルの精度向上には限界がある。
【０００７】
また、スピニングカレント法により、例えば四つの異なる電流方向の組み合わせで縦型ホール素子を駆動させる場合、理想的な電源を用いればスピニングカレントによりオフセットキャンセルが可能となる。ところが、実際の電源は特性にばらつきが存在するため、ホール素子を駆動させる能力にばらつきを生じてしまう。このため、より高精度なオフセットキャンセルが求められる場合、電源の特性ばらつきの影響も無視できない。
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、より高精度に、スピニングカレント法によるオフセットキャンセルを実現可能な縦型ホール素子を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の半導体装置は、半導体基板の第１の領域に設けられ、第１の直線上に所定の間隔を置いて、第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極の順に配置される少なくとも４個の電極を有する第１の縦型ホール素子と、前記第１の縦型ホール素子を駆動する第１の駆動電源と、前記第１の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第１の駆動電源とをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第１の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第１の駆動電源とはそれぞれ非接続に形成された第１の経路と、前記第１の縦型ホール素子からの出力電圧を増幅する第１のアンプと、前記第１の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第１のアンプとをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第１の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第１のアンプとがそれぞれ非接続に形成される第２の経路と、を備え、前記第１のアンプから第１の出力信号を得る第１のセンサ信号伝送回路と、前記半導体基板の前記第１の領域とは異なる第２の領域に設けられ、前記第１の直線と平行な第２の直線上に前記所定の間隔を置いて、第１の電極、第２の電極、第３の電極及び第４の電極の順に配置される少なくとも４個の電極を含む前記第１の縦型ホール素子の電極と同じ数の電極を有する第２の縦型ホール素子と、前記第１の駆動電源とは別に設けられ、前記第２の縦型ホール素子を駆動する第２の駆動電源と、前記第２の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第２の駆動電源とをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第２の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第２の駆動電源とはそれぞれ非接続に形成された第３の経路と、前記第１のアンプとは別に設けられ、前記第２の縦型ホール素子からの出力電圧を増幅する第２のアンプと、前記第２の縦型ホール素子の前記第１の電極及び前記第３の電極と前記第２のアンプとをそれぞれ開閉可能に接続する一方、前記第２の縦型ホール素子の前記第２の電極及び前記第４の電極と前記第２のアンプとがそれぞれ非接続に形成される第４の経路と、を備え、前記第２のアンプから第２の出力信号を得る第２のセンサ信号伝送回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数縦型ホール素子の特性を、当該縦型ホール素子を駆動させる電源の特性も含めて実質的に同一にした状態でスピニングカレント法を実行することができる。したがって、より高精度なオフセットキャンセルが可能となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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