专利名称：具有集成霍尔传感器的半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种具有诸如晶体管的半导体器件和电流测量器件的半导体装置。
背景技术：
晶体管广泛地用作用于开关提供给负载的电流的开关。在许多应用中期望测量通过负载的电流。已知若干不同的用于测量分别通过晶体管和负载的电流的概念。根据第一概念，分流电阻器与晶体管串联连接，并且测量跨越电阻器的电压。根据 欧姆定律，该电压与通过晶体管的电流成比例。然而，分流电阻器引起功率损失。根据另一概念，提供在与负载串联连接的负载晶体管相同的操作点中操作的测量晶体管，使得通过测量晶体管的测量电流与通过负载的负载电流成比例。尽管负载晶体管和测量晶体管可以被配置成使得测量电流比负载电流小得多，但是结合电流测量仍出现损失。需要一种包括被配置成与负载串联连接的半导体器件和测量器件的半导体装置，其中测量器件具有极低的损失并且可以在公共的半导体本体中与半导体器件集成。
发明内容
一个实施例涉及一种半导体装置。该半导体装置包括半导体本体、半导体器件以及至少一个霍尔传感器。该半导体器件包括在半导体本体的第一方向上彼此远离布置的第一和第二负载端子以及在第一和第二负载端子之间的半导体本体中布置的负载路径。至少一个霍尔传感器在与第一方向垂直的第二方向上布置在远离半导体器件的半导体本体中并且包括两个电流提供端子和两个测量端子。本领域技术人员在阅读以下详细描述之后并且在查看附图之后，将认识到另外的特征和优点。
现将参照
示例。附图用于说明基本原理，使得仅图示对理解基本原理所需的方面。附图未依比例绘制。在附图中相同的附图标记表示相同的特征。图1包括图1A至1C，图示了包括被实现为晶体管的半导体器件和霍尔传感器的半导体装置的第一实施例。图2包括图2A至2C，图示了包括被实现为晶体管的半导体器件和霍尔传感器的半导体装置的第二实施例。图3图示了包括晶体管和霍尔传感器的半导体装置的电路图。图4图示了被实现为二极管的半导体器件的实施例。图5包括图5A至5C，图示了包括被实现为晶体管的半导体器件和霍尔传感器的半导体装置的第三实施例。
图6包括图6A至6C，图示了包括晶体管和霍尔传感器的半导体装置的另一实施例。
具体实施例方式在下面的描述中，参照形成描述的一部分的附图，并且在附图中借助于图示示出了其中可以实践本发明的具体实施例。在这一点上，参照所描述的附图的取向使用了诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“头”、“尾”等方向性术语。由于实施例的部件可以在许多不同的取向上定位，因此方向性术语用于图示的目的而决非进行限制。将理解，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑的改变而不偏离本发明的范围。因此，下面的详细描述不要被视为限制性意义，并且本发明的范围由所附权利要求限定。将理解，除非另外明确指出，否则这里描述的各个示例性实施例的特征可以彼此组合。图1A至IC图示了包括半导体器件和霍尔传感器的半导体装置的第一实施例。该 半导体装置包括半导体本体10。图1A在截面平面1-1中图示了半导体本体10的竖直横截面视图，图1B图示了半导体本体10的第一表面IO1上的俯视图，并且图1C图示了另一竖直截面平面II1-1II中的竖直横截面视图。图1A图示了其中实现半导体器件的区域中的竖直横截面视图，并且图1C图示了其中实现霍尔传感器的区域中的竖直横截面视图。图1A至IC仅示出了部分半导体本体10，即其中实现半导体器件和霍尔传感器的那些部分。特别地在水平方向上，半导体本体10可以延伸越过图1A至IC中所示的边界。参照图1A——示出了半导体器件的竖直横截面视图，该半导体器件包括在半导体本体10的第一方向X上彼此远离布置的第一和第二负载端子51、52。在图1A中所示的实施例中，第一方向X是半导体本体10的水平方向。半导体器件的负载路径布置在半导体本体10内的第一和第二负载端子51、52之间。第一和第二负载端子51、52可以包括诸如金属的导电材料，和/或可以包括掺杂半导体区域。图1A的半导体器件被实现为晶体管，其中第一负载端子51形成源极端子，第二负载端子52形成漏极端子，并且该晶体管进一步包括栅极电极53。栅极电极53布置在第一和第二负载端子51、52之间。在图1A中所示的实施例中，半导体本体10包括两个半导体层，即在半导体本体10的竖直方向上彼此相邻布置的第一半导体层20和第二半导体层30，其中半导体本体10的竖直方向是与第一表面IO1垂直的方向。第一和第二层20、30的半导体材料被选择为使得在这些半导体层20、30之间存在二维电子气(2DEG)23。根据一个实施例，第一半导体层20包括氮化镓(GaN)，而第二半导体层30包括氮化铝镓(AlGaN)。2DEG 23的第一部分是晶体管的负载路径的一部分并且在半导体本体10的第一方向X上从第一负载端子51延伸到第二负载端子52。由于在第一和第二负载端子51、52之间延伸的2DEG，晶体管是常通晶体管。被配置成接通和断开晶体管的栅极电极53布置在源极和漏极端子51、52之间并且电连接到第二层30。栅极电极53在垂直于第一方向x的方向上远离2DEG 23布置。通过将适当的电位施加到栅极电极53，可以在第二层30中生成使2DEG 23中断的耗尽区域，以便断开晶体管。根据一个实施例，要施加到栅极电极53以便断开晶体管的电位是相对于源极端子51处的电位的负电位。参照图1A，半导体本体10可以进一步包括载体或衬底40，第一和第二半导体层20、30布置在其上。根据一个实施例，载体40包括衬底41以及布置在衬底41和第一层20之间的缓冲层42。根据一个实施例，衬底包括硅(Si)、碳化硅(SiC)或氧化铝(Al2O3X缓冲层42包括例如氮化铝(AlN)。参照图1B，霍尔传感器60在半导体本体10的第二方向y上远离晶体管布置。在图1B中所示的实施例中，第二方向y也是半导体本体10的水平方向并且垂直于第一方向X延伸。也集成在半导体本体10中的霍尔传感器60包括两个(一对)电流提供端子61p612以及两个(一对)测量端子62^64。在图1B中所示的实施例中，电流提供端子611、612和测量端子62p622布置在半导体本体10的第一表面IO1的区域中。电流提供端子611、612在半导体本体10的第三方向上彼此远离布置并且测量 端子62p622在半导体本体10的第四方向上彼此远离布置。第三和第四方向在图1B中所示的实施例中是水平方向。根据一个实施例，第三和第四方向之一与第一方向X对应，而第三和第四方向中的另一个与第二方向I对应。在图1B中所示的实施例中，其中电流提供端子611、612彼此远离布置的第三方向与第一方向X对应，而其中测量端子62p622彼此远离布置的第四方向与第二方向y对应。参照图1C，霍尔传感器60包括在半导体本体10的水平面中延伸的2DEG 23的第二部分。根据一个实施例，电流提供端子61p612(在图1C中不可见)和测量端子62p622从第一表面IO1延伸到半导体本体10中并且邻接2DEG 23，使得在霍尔传感器60中2DEG 23在各个电流提供端子61ρ612和测量端子62p622之间延伸。电流提供端子61ρ612和测量端子62ρ622包括例如诸如金属的导电材料和/或掺杂半导体区域。霍尔传感器60的电流提供端子61ρ612被配置成具有与之连接的电流源，并且测量端子62p622被配置成具有与之连接的电压测量器件。这将参照图3进一步详细说明。图1A至IC的霍尔传感器60的操作原理与传统的霍尔传感器的操作原理对应。因此，当经由电流提供端子61ρ612驱动电流在第三方向上流过霍尔传感器60，具体地流过霍尔传感器60中的2DEG 23时，并且当存在与该电流流动方向(第三方向)垂直延伸的磁场B时，可以在测量端子62p622处测量电压。当磁场的场强度增加时，该电压增加。霍尔传感器60感测的磁场B可以得自经由第一和第二负载端子51、52之间的晶体管的负载路径流动的电流I。当该电流增加时，磁场B的场强度增加，使得可以在测量端子62p622之间测量的电压也增加。因此，可以在测量端子62p622之间测量的电压取决于通过晶体管的负载路径的电流I。具体地，该电压与通过晶体管的电流I成比例。因此，霍尔传感器60可以用作感测在晶体管中流动的电流的电流传感器。霍尔传感器60可以包括偏移，使得即使当通过晶体管的电流I为O时，在测量端子62p622之间测量的电压不同于O。该偏移可以得自外部磁场，该外部磁场是不由晶体管10中流动的电流引起的磁场。为了补偿该偏移，该半导体装置可以包括另一霍尔传感器60’(图1B中以虚线示出)。该另一霍尔传感器60’可以如同霍尔传感器60那样被实现并且也在第二方向y上远离晶体管10布置，其中霍尔传感器60和另一霍尔传感器60’被布置为与漂移区域11的相对侧相邻。晶体管10中的电流感生的磁场B具有它通过霍尔传感器60时的第一方向以及它通过另一霍尔传感器60’时的相对的第二方向。然而，外部磁场在霍尔传感器60、60’两者中具有相同的方向。因此霍尔传感器60、60’中的一个感测的整体磁场是外部磁场与通过晶体管10的电流感生的磁场的和，而霍尔传感器60、60’中的另一个感测的整体磁场因此是外部磁场和通过晶体管10的电流感生的磁场之间的差。因此通过形成一个霍尔传感器60的测量电压和另一霍尔传感器60’的测量电压之间的差，可以消除外部磁场的影响。可选地，结果可以除以2。参照图1A和1C，晶体管可以与霍尔传感器60电绝缘。为此，槽71可以在晶体管和霍尔传感器60之间从第一表面IO1延伸到半导体本体10中。可选地，槽71填充有电绝缘材料，诸如氧化物或氮化物。槽71延伸通过2DEG 23，以便将2DEG 23细分成晶体管中的第一部分和霍尔传感器60中的第二部分。在图1A至IC中所示的实施例中，槽71对2DEG23和第二层30进行细分但是未对第一层20进行细分，第一层20在晶体管下方从晶体管延伸到霍尔传感器60。根据一个实施例,第一半导体层20是本征的。在该情况下,本征第一层20的电阻较之2DEG 23的电阻如此之高，使得晶体管和霍尔传感器60可以被视为彼此电绝缘。
利用包括氮化镓的半导体层实现晶体管并且因此利用包括氮化镓的半导体层实现霍尔传感器60具有如下优点该半导体装置也可以在高温下使用，诸如高达400°C的温度。在该温度下不能使用传统的霍尔传感器中包括的诸如硅、砷化镓(GaAs)或锑化铟(InSb)的窄带隙半导体材料。然而，在共同半导体本体中实现诸如晶体管的半导体器件和霍尔传感器并且通过使用霍尔传感器测量与通过半导体器件的电流相关联的磁场来测量该电流的基本原理显然不限于包括氮化镓的半导体本体。图2A至2C图示了包括均在半导体本体10中实现的晶体管和霍尔传感器的半导体装置的实施例。半导体本体10可以包括硅作为半导体材料。在图2A至2C中所示的实施例中，晶体管如同传统的横向MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)那样实现并且包括电连接到源极端子51的源极区域13、电连接到漏极端子52并且在第一方向X上远离源极区域13布置的漏极区域14。晶体管进一步包括漂移区域11和本体区域12，其中本体区域12布置在源极区域13和漂移区域11之间，并且其中漂移区域11布置在漏极区域14和本体区域12之间。栅极电极53与本体区域12相邻布置并且通过栅极电介质54与半导体本体10介电绝缘。参照图2A，栅极电极53可以布置在半导体本体10的第一表面IO1上。然而，这仅是示例。栅极电极53还可以布置在从第一表面IO1延伸到半导体本体10中的槽中。晶体管可以被实现为η型MOSFET或ρ型M0SFET。在η型MOSFET中，源极和漏极区域13、14以及漂移区域11被η掺杂，而本体区域12被ρ掺杂。在ρ型MOSFET中，各个半导体区域与η型MOSFET中的各个半导体区域互补地掺杂。晶体管还可以被实现为IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。在IGBT中漏极区域14与漂移区域11互补地掺杂。MOSFET可以被实现为增强(常断)M0SFET或者耗尽(常通)M0SFET。在增强MOSFET中，本体区域12邻接栅极电介质54，而在耗尽MOSFET中，掺杂类型与源极区域13和漂移区域11相同的沟道区域(未示出)沿栅极电介质54在本体区域12和栅极电介质54之间延伸。根据图2A的MOSFET的操作原理与传统的MOSFET的操作原理对应。当在漏极和源极端子D、S之间施加负载电压时并且当栅极电极53被偏置使得在源极区域13和漂移区域11之间在本体区域12中存在传导沟道时，MOSFET传导电流(接通)。当本体区域12中的传导电流中断时，MOSFET断开。
霍尔传感器60可以与参照图1A至IC说明的霍尔传感器对应，不同之处在于图2A至2C的霍尔传感器60不包括2DEG。半导体本体10可以包括与漂移区域11的掺杂浓度对应的基本掺杂浓度，其中源极区域13、本体区域12和漏极区域14是通过注入和/或扩散工艺产生的较高掺杂区域。本体区域12的掺杂类型可以与源极区域13、漏极区域14和漂移区域11的掺杂类型互补。布置在霍尔传感器60的电流提供端子61p612和测量端子62p6 之间的半导体区域可以具有与基本掺杂浓度对应的掺杂浓度。根据另一实施例，霍尔传感器60包括布置在电流提供端子61ρ612和测量端子62p622之间的较高掺杂区域65。参照图2C,霍尔传感器60可选地包括控制电极63,其在第一方向x上从第一提供端子Gl1延伸到第二提供端子612，通过控制电介质64与半导体本体10介电绝缘并且布置在半导体本体10的第一表面IO1上方。控制电极63被配置为在第一和第二提供端子61p612之间沿半导体本体10的第一表面IO1生成传导沟道。当第一和第二提供端子
之间的半导体区域具有与第一和第二提供端子61ρ612相同的掺杂类型时，该传导沟道是积累沟道，并且当第一和第二提供端子61ρ612之间的半导体区域具有与第一和第二提供 端子61p612的掺杂类型互补的掺杂类型时，该传导沟道是反型沟道。沿控制电介质64的传导沟道是具有高电荷载流子迁移率的区域，其与半导体本体的GaN层和AlGaN层之间的2DEG相似。经由连接到控制电极63的控制端子(C)控制该高电荷载流子迁移率的生成。如同参照图1A至IC说明的实施例中的那样，霍尔传感器60可以通过槽71与晶体管分离，槽71可选地填充有电绝缘材料72。此外，如同根据图1A至IC的实施例中的那样，在根据图1A至IC的实施例中可以提供另一霍尔传感器60’。在图2B中以虚线示出了该另一霍尔传感器60’。参照图2A和2C，半导体本体10可以包括衬底80，半导体层布置在衬底80上，其中形成了漂移区域11、本体区域12、源极区域13和漏极区域14。衬底80可以包括半导体衬底81以及布置在衬底81和具有有源晶体管区域的半导体层之间的绝缘层82。绝缘层82是例如氧化物层。在图1A至IC中所示的实施例和图2A至2C中所示的实施例中，槽71可以环绕晶体管和霍尔传感器60中的一个。在图1B和2B中所示的实施例中，槽71环绕霍尔传感器60。图3示出了图1A至IC和图2A至2C的半导体装置的等效电路图。在图3的电路图中，附图标记I表示晶体管并且附图标记60表示霍尔传感器。参照图3，晶体管I可以与负载Z串联连接，其中具有负载Z和晶体管I的串联电路可以连接在正供电电位V+和负供电电位或参考电位GND的端子之间。通过向晶体管I的栅极端子(G)提供适当的驱动信号Sd可以接通和断开晶体管1，使得晶体管I用作接通和断开负载Z的电子开关。霍尔传感器60布置在与晶体管I相同的半导体本体10 (在图3中以点划线示出)中。在操作中，电流源81连接到电流提供端子61ρ612并且驱动电流160通过霍尔传感器60。电压测量器件82连接到测量端子62p622并且提供表示测量端子62p622之间的电压的电压测量信号V60。由于该电压也表示由霍尔传感器60感测的磁场，并且由于磁场取决于通过晶体管I的负载电流I，因此电压测量信号V60也表示通过晶体管I的负载电流I。将半导体器件实现为晶体管仅是示例。代替晶体管，半导体器件也可以被实现为适于传导负载电流的任何其他类型的半导体器件。参照图4，半导体器件可以例如被实现为二极管，特别是p-1-n 二极管。在二极管中，第一负载端子51连接到ρ型发射极区域15并且形成阳极端子A，而第二负载端子52连接到η型发射极区域16并且形成阴极端子K。在第一和第二发射极区域15、16之间布置了漂移区域或基极区域11。漂移区域11是ρ型区域或η型区域并且具有比第一和第二发射极区域15、16的掺杂浓度低的掺杂浓度。根据漂移区域11的掺杂类型，在第一发射极区域15和漂移区域11之间或者在第二发射极区域16和漂移区域11之间形成pn结。当在阳极和阴极端子A、K之间施加使pn结正向偏置的电压时，二极管传导电流。该去往二极管的电流引起了可以被霍尔传感器60感测的磁场。图5A至5C图示了包括被实现为晶体管的半导体器件和霍尔传感器160的半导体装置的另一实施例。晶体管和霍尔传感器60在包括第一表面IlO1和第二表面IlO2的公共半导体本体110中实现。图5A图示了半导体本体110的竖直横截面视图，图5B图示了半导体本体110的水平横截面视图并且图5C图示了在其中实现霍尔传感器160的区域中的半导体本体110的透视截面视图。
参照图5A，晶体管被实现为竖直槽晶体管并且包括漂移区域111、本体区域112、源极区域113和漏极区域114。源极区域113和漏极区域114在半导体本体110的竖直方向上彼此远离布置。本体区域112布置在源极区域113和漂移区域111之间，并且漂移区域111布置在漏极区域114和本体区域112之间。栅极电极121布置于在竖直方向上从第一表面IlO1延伸到半导体本体110中的槽中。栅极电极121被布置为与本体区域112相邻并且通过栅极电介质122与本体区域112介电绝缘。晶体管可以包括多个晶体管单元，其中每个晶体管单元包括源极区域113、本体区域112和一部分栅极电极121。漂移区域111和漏极区域114可以对于各个晶体管单元是公共的。各个晶体管单元并联连接。为此，源极电极151电连接到各个晶体管单元的源极区域113和本体区域112。源极电极151形成了第一负载端子，并且电连接到漏极区域114的漏极电极152形成第二负载端子。在图5A中所示的实施例中，源极电极151布置在半导体本体的第一表面IlO1上并且漏极电极152布置在半导体本体110的第二表面IlO2上。参照图5B，栅极电极121可以包括多个带形(细长的)栅极电极部分，其中源极和本体区域113、112布置在栅极电极121的这些部分之间。实现具有带形栅极电极部分的栅极电极121仅是示例。栅极电极121还可以被实现为具有矩形或任何其他多边形几何特征的网格。栅极电极121的各个部分电连接到公共栅极电极G (图5A中示意性示出)。如同参照图2A至2C说明的晶体管，图5A和5B的槽晶体管可以被实现为η型MOSFET或IGBT或者ρ型MOSFET或IGBT晶体管并且可以被实现为增强或耗尽晶体管。关于MOSFET或IGBT中的源极区域113、本体区域112、漂移区域113和漏极区域114的掺杂类型，参照上文的图2Α至2C的描述，其也适用于根据图5Α的晶体管。仅出于说明目的，假设晶体管被实现为η型增强M0SFET。在该情况下，源极区域113、漂移区域111和漏极区域114被η掺杂，而本体区域112被ρ掺杂。当在电连接到漏极区域114的漏极端子D和电连接到源极电极151的源极端子S之间施加正电压时，并且当向栅极端子G施加生成源极区域113和漂移区域111之间的本体区域112中的传导沟道的电位时，该MOSFET传导电流I (在图5Α中示意性示出)。该电流引起磁场B，其也在图5Α和5Β中示意性示出。该磁场B可以由霍尔传感器160感测以便评估通过晶体管的负载电流I。
在图5A的晶体管中，晶体管的负载路径包括漂移区域111。源极和漏极端子151、152形成晶体管的第一和第二负载端子。负载路径延伸的第一方向X与半导体本体110的竖直方向对应。霍尔传感器160在与第一方向X垂直延伸的第二方向y上远离晶体管布置。在图5A中所示的实施例中，第二方向y是半导体本体110的水平或横向方向。参照图5A至5C，霍尔传感器160包括控制电极163，其通过控制电极电介质164与半导体本体110介电绝缘。如同栅极电极121，控制电极163布置于在竖直方向上从第一表面IlO1延伸到半导体本体10中的槽中。该槽是纵向槽，其被取向为使得控制电极电介质164和半导体本体110之间的界面区域至少大致与第二方向I垂直。通过向控制电极163施加适当的电位，可以沿该界面区域生成具有高电荷载流子迁移率的区域。具有高电荷载流子迁移率的该区域与半导体本体的GaN层和AlGaN层之间的2DEG相似。电流提供端子161ρ1612邻接控制电极电介质164并且彼此远离布置。在图5Β和5C中所示的实施例中，这些电流提供端子161ρ1612在与第二方向y垂直的方向上彼此远离布置。此外，这些电流提供端子161ρ1612布置在半导体本体10的第一表面IlO1的区域中。然而，这仅是示例。这些电流提供端子也可以被布置为远离第一表面IlOp参照图5B，第一测量端子162i布置在电流提供端子161ρ1612之间。第二测量端子1622由漏极端子(如图5A中所示)形成，或者在第二方向I上远离第一测量端子162i布置并且通过具有控制电极163和控制电介质164的槽与第一测量端子162i分离。电流提供端子Iei1Uei2、第一测量端子162i和可选地第二测量端子1622被实现为掺杂半导体区域。这些半导体区域可以电连接到用于连接电流源(参见图3中的81)和电压测量器件(参见图3中的82)的端子电极(图5A至5C中未示出)。参照图5A，霍尔传感器160的控制电极163电连接到控制端子C，其在下文中还将被称为霍尔传感器控制端子C。控制电极163被配置成控制沿电流提供端子161ρ1612和测量端子162^16 之间的控制电极电介质164的导电沟道，诸如反型沟道。电流提供端子161ρ1612和测量端子162ρ1622是与邻接控制电极电介质164并且其中嵌入电流提供端子Iei1Uei2的第一半导体区域165互补掺杂的掺杂半导体区域。根据一个实施例，电流提供端子Iei1Uei2的掺杂类型与源极区域113和漂移区域iii的掺杂 类型对应，并且第一半导体区域165的掺杂类型与本体区域112的掺杂类型对应。在该情况下，控制电极C可以电连接到栅极电极G。在该情况下，每当将生成源极区域113和漂移区域111之间的本体区域112中的反型沟道的电位施加到栅极电极G时，即每当MOSFET接通时，控制电极163生成电流提供端子Iei1Uei2之间的和电压测量端子162ρ1622之间的传导沟道。在该实施例中，霍尔传感器160仅在MOSFET接通时激活。电流提供端子Wl1Uei2W置在其中的第一半导体区域165可以具有与本体区域112相同的掺杂浓度并且可以延伸到半导体本体10中与本体区域112 —样深。此外，具有控制电极163的槽的尺寸可以与具有栅极电极121的槽的尺寸对应。在该情况下，具有控制电极163的槽通过第一半导体区域165延伸到第二半导体区域166中，第二半导体区域166可以具有与漂移区域111的掺杂浓度对应的掺杂浓度。根据第二测量端子1622位于第一表面IlO1处还是由漏极端子D形成，第一和第二测量端子162^16 之间的导电路径仅沿栅极电介质164从在槽底部周围的槽的一侧的第一测量端子162i延伸到在槽的另一侧的第二测量端子1622，或者从第一测量端子162i沿控制电极电介质164延伸并且通过第二半导体区域166到漏极区域114和漏极端子152。电流提供端子Iei1Uei2可以布置在测量端子162ρ1622的位置处并且测量端子162^1622可以布置在电流提供端子161ρ1612的位置处。根据另一实施例，电流提供端子Iei1Uei2和测量端子162^16 与源极区域113和漂移区域111互补地掺杂，并且第一半导体区域165与本体区域112互补地掺杂。在该情况下第一区域165的掺杂浓度和掺杂类型可以与第二区域166的掺杂浓度和掺杂类型对应。在该情况下提供另外的控制电路(未示出)用于控制沿各个端子Iei1Uei2Uez1Uez2之间的控制电极电介质164的传导沟道的生成。当第一区域165被η掺杂时，需要相对于第一区域165的电位的控制电极163的负电位以便生成沿控制电极电介质164的传导沟道。参照图5Α，绝缘层170可以布置在晶体管和霍尔传感器160之间。该绝缘层170可以在竖直方向上从第一表面IlO1延伸到漏极区域114。提供具有与MOS晶体管的栅极电极相似的控制电极的霍尔传感器160的基本原理(显然不限于)将与竖直槽晶体管结合使用。 图6Α至6C图示了包括横向MOS晶体管的半导体装置的实施例。图6Α图示了其中集成了晶体管和霍尔传感器的半导体本体10上的俯视图，图6Β图示了其中实现晶体管的区域中的竖直横截面视图，并且图6C图示了其中实现霍尔传感器的区域中的竖直横截面视图。参照图6Α和6Β，晶体管被实现为MOS晶体管，其包括在第一方向χ上彼此远离布置的源极区域113和漏极区域114，第一方向χ是半导体本体110的水平方向。电连接到源极区域113的源极电极151形成第一负载端子，并且电连接到漏极区域114的漏极电极152形成第二负载端子。MOS晶体管进一步包括本体区域112和漂移区域111，其中本体区域112布置在源极区域和漂移区域111之间并且漂移区域111布置在漏极区域114和本体区域112之间。栅极电极121布置在半导体本体IlO1的表面IlO1上方并且通过栅极电介质与本体区域112介电绝缘。如同参照图2Α至2C并且参照图5Α至5C说明的晶体管，图6Α和6Β的晶体管可以被实现为η型MOSFET或IGBT或者ρ型MOSFET或IGBT晶体管并且可以被实现为增强或耗尽晶体管。关于MOSFET或IGBT中的源极区域113、本体区域112、漂移区域113和漏极区域114的掺杂类型，参照上文的图2Α至2C的描述，其也适用于根据图6Α和6Β的晶体管。参照图6Α，霍尔传感器160在与第一方向垂直的第二方向y上远离晶体管布置，并且在该实施例中第二方向y如同第一方向χ那样也是水平方向。霍尔传感器160包括控制电极163,其布置在第一表面IlO1上方并且通过控制电极电介质164与半导体本体110介电绝缘。电流提供端子16^、1612和电流测量端子162^16 是掺杂区域并且至少部分地布置在控制电极163下方。电流提供端子Iei1Uei2在第三方向上彼此远离布置并且测量端子162^162；^在第四方向上彼此远离布置,其中第三和第四方向中的一个可以对应于第一方向，而第三和第四方向中的另一个可以对应于第二方向。电流提供端子161ρ1612和测量端子1621、1622 W置在第一半导体区域165中。关于第一半导体区域165以及电流提供端子Iei1Uei2和测量端子162ρ1622的掺杂类型和操作原理，参照图5Α至5C的描述，其相应地适用于图6Α至6C的霍尔传感器。诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上”等的空间相对术语用于易化描述以说明一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在涵盖除了与附图中描述的取向不同的取向以外的器件的不同取向。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也并非旨在进行限制。在说明书通篇中相同的术语指示相同的元件。如这里使用的术语“具有”、“包含”、“包括(including)”^包括(comprising)”等是开放性术语，其指示所陈述的元件或特征的存在，但是并未排除另外的元件或特征。除非上下文另外清楚地指示，否则冠词“一个(a、an)”和“该(the)”旨在包括复数以及单数。
考虑以上变化和应用范围，应当理解，本发明不受前面的描述限制，也不受附图限制。相反，本发明仅由所附权利要求及其法律等同物限制。
权利要求
1.一种半导体装置，包括 半导体本体； 半导体器件，包括在所述半导体本体的第一方向上彼此远离布置的第一负载端子和第二负载端子以及在所述第一负载端子和第二负载端子之间的所述半导体本体中布置的负载路径；以及 至少一个霍尔传感器，在与所述第一方向垂直的第二方向上远离所述半导体器件布置在所述半导体本体中并且包括两个电流提供端子和两个测量端子。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述半导体本体包括在所述半导体本体的竖直方向上相邻布置的第一半导体层和第二半导体层以及在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的二维电子气(2DEG)，并且其中所述半导体器件的负载路径包括所述2DEG的第一部分。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述霍尔传感器包括所述2DEG的第二部分。
4.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一层包括GaN并且所述第二层包括AlGaN0
5.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述第一方向是所述半导体本体的水平方向，并且所述第二方向是所述半导体本体的水平方向。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述半导体本体进一步包括布置在所述半导体器件和所述霍尔传感器之间的槽，所述槽延伸通过所述2DEG。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述槽填充有电绝缘材料。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述槽在所述半导体本体的水平面中环绕所述半导体器件和所述霍尔传感器中的一个。
9.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述半导体器件是包括由所述第一负载端子形成的源极端子、由所述第二负载端子形成的漏极端子以及布置在所述源极端子和漏极端子之间的栅极电极的晶体管，所述栅极电极接触所述第二半导体层并且在所述半导体本体的竖直方向上远离所述2DEG布置。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述电流提供端子在所述半导体本体的第三水平方向上彼此远离布置并且所述测量端子在所述半导体本体的第四方向上彼此远离布置。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中所述第三方向和第四方向中的一个与所述第一方向对应并且所述第三方向和第四方向中的另一个与所述第二方向对应。
12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中第一和第二方向是垂直的。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述霍尔传感器进一步包括控制电极，该控制电极与布置在所述电流提供端子和所述测量端子之间的半导体区域相邻布置并且通过控制电极电介质与所述半导体区域介电绝缘。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述半导体器件是MOS晶体管并且进一步包括 源极区域，电连接到所述第一负载端子； 漏极区域，电连接到所述第二负载端子；漂移区域； 本体区域，布置在所述源极区域和所述漂移区域之间，所述漂移区域布置在所述本体区域和所述漏极区域之间；以及 栅极电极，与所述本体区域相邻布置并且通过栅极电介质与所述半导体本体介电绝缘。
15.根据权利要求13所述的半导体装置，其中所述控制电极布置于在所述半导体本体的竖直方向上延伸的槽中，并且所述控制电极被实现为具有纵向方向的纵向电极。
16.根据权利要求15所述的半导体装置，其中从所述提供端子或所述测量端子中选择的第一对端子在所述控制电极的纵向方向上彼此远离布置。
17.根据权利要求16所述的半导体装置，其中从自所述提供端子或所述测量端子中选择的第二对端子中，第一端子布置在所述第一对端子的各端子之间。
18.根据权利要求17所述的半导体装置，其中从所述第二对端子中，第二端子通过包括所述控制电极的所述槽与所述第一端子分离。
19.根据权利要求17所述的半导体装置，其中所述半导体器件是MOS晶体管并且从所述第二对端子中，第二端子由所述MOS晶体管的漏极端子形成。
20.根据权利要求1所述的半导体装置，进一步包括 电流源，连接到所述霍尔传感器的电流提供端子；以及 电压测量器件，连接到所述霍尔传感器的测量端子。
全文摘要
本发明涉及具有集成霍尔传感器的半导体装置。一种半导体装置包括半导体本体和半导体器件，该半导体器件包括在半导体本体的第一方向上彼此远离布置的第一和第二负载端子以及在第一和第二负载端子之间的半导体本体中布置的负载路径。该半导体装置进一步包括至少一个霍尔传感器，其在与第一方向垂直的第二方向上远离半导体器件布置在半导体本体中。霍尔传感器包括两个电流提供端子和两个测量端子。
文档编号H01L27/02GK103022028SQ20121035385
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月23日
发明者H.安格雷尔, L.格尔根斯, F.希尔勒, G.波佐维沃, W.里格尔, M.聪德尔 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司