DE10036007A1

DE10036007A1 - Arrangement with a magnetotransistor, method for producing an arrangement with a magnetotransistor and method for measuring a magnetic field

Info

Publication number: DE10036007A1
Application number: DE10036007A
Authority: DE
Inventors: Ning Qu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: DE10036007B4; WO2002009193A1

Abstract

The invention relates to an assembly comprising a magnetotransistor with a doped semiconductor substrate (10) and a layer sequence of doped semiconductor layers (12, 14, 18, 16) applied to the doped semiconductor substrate (10). Electrical contacts are available on the surface of the assembly so that at least two transistors can be produced with said assembly. A first region (16) on the surface of the assembly having a first kind of dopant (n or p) is embedded in a second region (18) on the surface of the assembly having a second kind of dopant (p or n). The second region (18) having the second kind of dopant (p or n) is embedded in a third region (14) on the surface of the assembly having the first kind of dopant (n or p) and the first kind of dopant (n or p) differs from the second kind of dopant (p or n). The invention further relates to a method for producing an assembly according to the invention and to a method for measuring a magnetic field.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Magneto transistor mit einem dotierten Halbleitersubstrat und ei ner auf dem dotierten Halbleitersubstrat aufbauenden Schichtenfolge dotierter Halbleiterschichten, wobei an der Oberfläche der Anordnung elektrische Kontakte zur Verfügung stehen, so dass mit der Anordnung mindestens zwei Transistoren realisierbar sind. Die Erfindung be trifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer An ordnung mit einem Magnetotransistor. Die Erfindung be trifft ferner ein Verfahren zum Messen eines Magnetfel des.The invention relates to an arrangement with a magneto transistor with a doped semiconductor substrate and egg ner based on the doped semiconductor substrate Layer sequence of doped semiconductor layers, where on electrical contacts to the surface of the assembly Are available, so with the arrangement at least two transistors can be realized. The invention be still applies a method of making an arrival order with a magnetotransistor. The invention be also meets a method of measuring a magnetic field of.

State of the art

Gattungsgemäße Magnetotransistoren können zum Messen ei nes Magnetfeldes verwendet werden. Dabei wird ausgenutzt, dass die in den beiden Transistoren der Anordnung flie ßenden Ströme in ihrer Stärke von der Stärke des Magnet feldes parallel zur Oberfläche der Anordnung abhängig sind. Der Grund für diese Abhängigkeit liegt in der Ablenkung der sich bewegenden Ladungsträger innerhalb der Halbleiterstruktur durch die Lorentzkraft.Generic magnetotransistors can be used to measure egg magnetic field can be used. It takes advantage of that the flows in the two transistors of the arrangement currents in their strength from the strength of the magnet field parallel to the surface of the arrangement are. The reason for this dependency is the distraction of the moving charge carriers within the Semiconductor structure through the Lorentz force.

Ein Beispiel eines lateralen bipolaren Magnetotransistors (LMT) des Standes der Technik ist in Fig. 4 im Quer schnitt dargestellt. Die Darstellung verwendet das Bei spiel eines pnp-Magnetotransistors, wobei sämtliche Aus sagen jedoch unter Umkehrung der Ladungsvorzeichen auch für einen npn-Magnetotransistor gelten. Die Anordnung ba siert auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 110. In dieses p-dotierte Halbleitersubstrat 110 ist eine n- dotierte Wanne 112 eindiffundiert. In die n-dotierte Wan ne 112 sind wiederum drei p-dotierte Wannen 114, 116, 118 eindiffundiert. An der Unterseite des p-dotierten Sub strats 110 befindet sich ein Metallkontakt 120. Ebenfalls sind die drei p-dotierten Wannen 114, 116, 118 jeweils mit drei Metallkontakten 122, 124, 126 versehen. An der Oberfläche der n-dotierten Wanne 112 sind zwei Metallkon takte 128, 130 angeordnet. Die Anordnung ist symmetrisch zu einer Symmetrieebene 132, welche senkrecht zu der Schichtenfolge verläuft. Diese Symmetrie bezieht sich so wohl auf die Geometrie der Anordnung als auch auf die je weiligen Dotierungskonzentrationen der p- beziehungsweise n-dotierten Bereiche. Im Betrieb der Anordnung wird die Elektrode 124 als Emitterelektrode verwendet. Die außen liegenden Elektroden 128, 130 sind als Basiselektroden geschaltet, und die Elektroden 122 und 126 arbeiten als Kollektorelektroden der beiden pnp-Transistoren links und rechts der Symmetrieebene 132. Insgesamt liegt so ein linker lateraler pnp-Transistor vor, welcher einen Emit terkontakt 124 an der Emitterzone 116, einen Basiskontakt 128 an der Basiszone 112 und einen Kollektorkontakt 122 an der Kollektorzone 114 aufweist, sowie ein rechter pnp- Transistor, welcher einen Emitterkontakt 124 an der Emit terzone 116, einen Basiskontakt 130 an der Basiszone 112 und einen Kollektorkontakt 126 an der Kollektorzone 118 aufweist. Ferner kommt es bei der Anordnung zu einem pa rasitären vertikalen pnp-Transistor, welcher aus der E mitterzone 116, der Basiszone 112 und dem als Kollektor zone wirkenden p-Substrat 110 besteht. Werden negative Spannungen gleicher Größe an die linke Kollektorelektrode 122 und die rechte Kollektorelektrode 126 gegenüber der Emitterelektrode 124 angelegt und negative Ströme glei cher Größe an der linken Basiselektrode 128 und der rech ten Basiselektrode 130 eingespeist, so werden Ladungsträ ger (hier: Löcher) von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone 112 injiziert. Man erhält so ei nen Kollektorstrom 134 zur linken p-dotierten Kollektor zone 114 und einen Kollektorstrom 136 zur rechten p- dotierten Kollektorzone 118. Diese Kollektorströme 134, 136 sind ohne äußere Einflüsse aufgrund der symmetrischen Anordnung exakt gleich groß. Befindet sich die Anordnung jedoch in einem Magnetfeld, welches eine Komponente pa rallel zur Chipoberfläche und aufweist, so werden die La dungsträger, die von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone 112 injiziert worden sind, von dem Magnetfeld in Abhängigkeit seiner Richtung nach links oder nach rechts abgelenkt. Somit erhält man Kollektor ströme 134, 136, welche unterschiedlich sind, wobei der Unterschied von der Stärke der genannten Magnetfeldkompo nenten abhängt. Die Stromdifferenz zwischen den Strömen, welche an der rechten Kollektorelektrode 122 beziehungs weise der linken Kollektorelektrode 126 abgegriffen wer den, kann als Ausgangssignal für die Messung des Magnetfeldes verwendet werden. Derartige Magnetotransistoren zeigen bei ihrer Verwendung als Magnetfeldsensor eine ho he Empfindlichkeit, eine gute Linearität und ein geringes Rauschen. Ferner ist es möglich, mit der Anordnung nicht nur die Größe des Magnetfeldes zu messen, sondern auch die Richtung des Feldes. Nachteilig an der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist jedoch, dass auch bereits im Bereich der Oberfläche der Anordnung ein lateraler Strom vorliegt, welcher aus Ladungsträgern resultiert, welche von der Emitterzone 116 direkt seitlich in die p-dotierte Basiszone emittiert wurden. Da diese Ladungsträger von einer parallel zu ihrer Bewegungsrichtung verlaufenden Magnetfeldkomponente unbeeinflusst bleiben, liefern diese keinen Beitrag zur magnetischen Empfindlichkeit des Bau elementes.An example of a lateral bipolar magnetotransistor (LMT) of the prior art is shown in cross section in FIG. 4. The illustration uses the example of a pnp magnetotransistor, all of which, however, also apply to an npn magnetotransistor while reversing the charge sign. The arrangement is based on a p-doped semiconductor substrate 110 . An n-doped well 112 is diffused into this p-doped semiconductor substrate 110 . In the n-doped tub 112 again three p-doped tubs 114 , 116 , 118 are diffused. A metal contact 120 is located on the underside of the p-doped substrate 110 . The three p-doped wells 114 , 116 , 118 are also each provided with three metal contacts 122 , 124 , 126 . On the surface of the n-doped well 112 , two metal contacts 128 , 130 are arranged. The arrangement is symmetrical to a plane of symmetry 132 which runs perpendicular to the layer sequence. This symmetry relates to the geometry of the arrangement as well as to the respective doping concentrations of the p- and n-doped regions. In the operation of the arrangement, the electrode 124 is used as the emitter electrode. The external electrodes 128 , 130 are connected as base electrodes, and the electrodes 122 and 126 work as collector electrodes of the two pnp transistors on the left and right of the plane of symmetry 132 . Overall, there is a left lateral pnp transistor which has an emitter contact 124 at the emitter zone 116 , a base contact 128 at the base zone 112 and a collector contact 122 at the collector zone 114 , and a right pnp transistor which has an emitter contact 124 the emitter zone 116 , a base contact 130 at the base zone 112 and a collector contact 126 at the collector zone 118 . Furthermore, the arrangement results in a vertical pnp transistor, which consists of the middle zone 116, the base zone 112 and the p-type substrate 110 acting as a collector zone. If negative voltages of the same size are applied to the left collector electrode 122 and the right collector electrode 126 with respect to the emitter electrode 124 and negative currents of the same size are fed to the left base electrode 128 and the right base electrode 130 , then charge carriers (here: holes) are removed from the p-doped emitter zone 116 injected into the n-doped base zone 112 . This gives a collector current 134 to the left p-doped collector zone 114 and a collector current 136 to the right p-doped collector zone 118 . These collector currents 134 , 136 are exactly the same size without external influences due to the symmetrical arrangement. However, if the arrangement is in a magnetic field which has a component parallel to the chip surface and, the charge carriers which have been injected from the p-doped emitter zone 116 into the n-doped base zone 112 become dependent on the magnetic field Directed left or right. This gives collector currents 134 , 136 which are different, the difference depending on the strength of the magnetic field components mentioned. The current difference between the currents tapped at the right collector electrode 122 and the left collector electrode 126, who can be used as an output signal for the measurement of the magnetic field. Magnetotransistors of this type, when used as a magnetic field sensor, show a high sensitivity, good linearity and low noise. It is also possible to use the arrangement not only to measure the size of the magnetic field, but also the direction of the field. A disadvantage of the arrangement shown in FIG. 4, however, is that a lateral current is already present in the area of the surface of the arrangement, which results from charge carriers which were emitted directly from the emitter zone 116 laterally into the p-doped base zone. Since these charge carriers remain unaffected by a magnetic field component running parallel to their direction of movement, they make no contribution to the magnetic sensitivity of the component.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Magneto transistors des Standes der Technik im Querschnitt, bei welchem diese lateralen Ströme in der Nähe der Chipober fläche wirkungsvoll unterdrückt werden. Die Anordnung ge mäß Fig. 5 entspricht weitgehend derjenigen aus Fig. 4, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Zusätzlich ist um die Emitterzone 116 ein n-dotierter Ring 138 vorgesehen, welcher die Löcher-Injektion von der p-dotierten Emitterzone 116 in die n-dotierte Basiszone in der Nähe der Chipoberfläche unterdrückt. Durch diese Verringerung des lateralen Stromflusses entlang der Chip oberfläche kann die Empfindlichkeit des Bauelementes er heblich verbessert werden. Ein solcher "Supressed Side wall Injection Magnetotransistor" (SSIMT) wird beispiels weise beschrieben in R. Gottfried-Gottfried et al. , "Mo nolithische Integration von Magnetfeld-Sensorelementen und Auswerteschaltungen in CMOS-Technologie", PTB-Bericht "Fertigungsmesstechnik/Sensorsystem" 1994, Seiten 257- 261. Es werden relative Empfindlichkeiten von circa 30%/Tesla erreicht. Fig. 5 shows a further embodiment of a magneto transistor of the prior art in cross section, in which these lateral currents in the vicinity of the chip surface are effectively suppressed. The arrangement ge according to FIG. 5 largely corresponds to that of FIG. 4, with the same reference numerals designating the same elements. In addition, an n-doped ring 138 is provided around the emitter zone 116, which suppresses the hole injection from the p-doped emitter zone 116 into the n-doped base zone in the vicinity of the chip surface. This reduction in the lateral current flow along the chip surface can significantly improve the sensitivity of the component. Such a "suppressed side wall injection magnetotransistor" (SSIMT) is described, for example, in R. Gottfried-Gottfried et al. , "Monolithic integration of magnetic field sensor elements and evaluation circuits in CMOS technology", PTB report "Manufacturing Metrology / Sensor System" 1994, pages 257-261. Relative sensitivities of approximately 30% / Tesla are achieved.

Ein Nachteil der Anordnungen des Standes der Technik ge mäß Fig. 4 und Fig. 5 besteht in der hohen Leistungs aufnahme der Anordnungen, welche aus dem großen Substrat strom 140 resultiert. Im normalen Betrieb des Magneto transistors liegt die Emitterelektrode 124 auf Masse, und an die Basiselektroden 128, 130 beziehungsweise an die Kollektorelektroden 122, 126 werden negative Spannungen angelegt. Wird an die Substratelektrode 120 ebenfalls ei ne negative Spannung angelegt, so wird der vertikale pa rasitäre pnp-Transistor 116, 112, 110 in die Lage ver setzt, Strom zu verstärken, und es fließt ein Kollektor strom 140 zur Substratelektrode 120. Legt man eine posi tive Spannung an die Substratelektrode 120 an, so wird der Übergang zwischen dem p-Substrat 110 und der n- dotierten Basiszone 112 in Flussrichtung gepolt, und der Substratstrom fließt von dem p-Substrat 110 zur n- dotierten Basiszone 112. Die Größe dieses in die eine o der die andere Richtung fließenden Substratstroms 140 des Magnetotransistors ist von der Struktur des Magnetotran sistors und den Betriebsbedingungen abhängig. Er kann Werte erreichen, welche um eine Größenordnung höher lie gen als die für die Messung wesentlichen Kollektorströme 134, 136, welche als Nutzströme zu betrachten sind. Bei spiele für das Verhältnis des Substratstroms zu den Kol lektorströmen sind angegeben in C. Riccobene et al. , "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotran sistor with partially removed substrate", IEDM 1992, Seiten 19.4.1-4 und M. Schneider etc. , "Integrated flux con centrator improves CMOS magnetotransistors", 1995 IEEE Micro Electro Mechanical Systems, Seiten 151-156. Derar tig hohe Substratströme führen nicht nur zu einer Reduk tion der effektiven Empfindlichkeit, sondern auch zu ei ner hohen Verlustleistung beziehungsweise Instabilität des Bauelementes, zum Beispiel durch Eigenerwärmung. Um diesem Problem zu begegnen, wurden Magnetotransistoren beispielsweise durch SOI-Technik hergestellt. Die Proble matik des großen Substratstroms wird durch SOI-Techniken ausgeschaltet, da ohne Substrat kein Substratstrom flie ßen kann. Ein Beispiel für die Fertigung von Magnetotran sistoren durch SOI-Technik ist in R. Castagnetti, "Magne totransistor in SOI-Technology", IEDM 1994, Seiten 147- 150 angegeben. Allerdings sind SOI-Techniken aufwendig und insofern kostenintensiv. In der Veröffentlichung C. Riccobene etc. , "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substra te", IEDM 1992, Seiten 19.4.1-4 wurde vorgeschlagen, das Substrat durch einen selektiven Ätzprozess zu entfernen, um so wiederum den Substratstrom im Verhältnis zu den Kollektorströmen zu reduzieren. Dabei soll das Substrat direkt unterhalb des aktiven lateralen Magnetotransistors weggeätzt werden, so dass der Substratstrom auf circa 10% des Kollektorstroms bei Raumtemperatur reduziert werden kann. Jedoch ist auch dieser Herstellungsprozess aufwen dig und im Hinblick auf die Zuverlässigkeit mit Risiken behaftet.A disadvantage of the arrangements of the prior art accelerator as Fig. 4 and Fig. 5 is the high performance of the recording arrangements which flow from the large substrate resulting 140th In normal operation of the magneto transistor, the emitter electrode 124 is grounded, and negative voltages are applied to the base electrodes 128 , 130 and the collector electrodes 122 , 126, respectively. If a negative voltage is also applied to the substrate electrode 120 , the vertical parasitic pnp transistor 116 , 112 , 110 is enabled to amplify current, and a collector current 140 flows to the substrate electrode 120 . If a positive voltage is applied to the substrate electrode 120 , the transition between the p-substrate 110 and the n-doped base zone 112 is polarized in the direction of flow, and the substrate current flows from the p-substrate 110 to the n-doped base zone 112 . The size of this in the one or the other direction flowing substrate current 140 of the magnetotransistor depends on the structure of the magnetotransistor and the operating conditions. It can reach values which are an order of magnitude higher than the collector currents 134 , 136 which are essential for the measurement and which are to be regarded as useful currents. Examples of the ratio of the substrate current to the collector currents are given in C. Riccoben et al. , "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotran sistor with partially removed substrate", IEDM 1992 , pages 19.4.1-4 and M. Schneider etc., "Integrated flux con centrator improves CMOS magnetotransistors", 1995 IEEE Micro Electro Mechanical Systems, Pages 151-156. Such high substrate currents not only lead to a reduction in the effective sensitivity, but also to a high power loss or instability of the component, for example due to self-heating. To counter this problem, magnetotransistors have been manufactured, for example, by SOI technology. The problem of the large substrate stream is eliminated by SOI techniques, since no substrate stream can flow without a substrate. An example of the production of Magnetotran sistors by SOI technology is given in R. Castagnetti, "Magne totransistor in SOI-Technology", IEDM 1994 , pages 147-150. However, SOI techniques are complex and therefore expensive. In the publication C. Riccaught etc., "Two-dimensional numerical analysis of novel magnetotransistor with partially removed substra te", IEDM 1992 , pages 19.4.1-4, it was proposed to remove the substrate by a selective etching process in order to in turn remove the substrate To reduce substrate current in relation to the collector currents. The substrate should be etched away directly below the active lateral magnetotransistor, so that the substrate current can be reduced to approximately 10% of the collector current at room temperature. However, this manufacturing process is also complex and involves risks in terms of reliability.

Advantages of the invention

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Anordnung ge mäß Anspruch 1 dadurch auf, dass ein erster Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit einer ersten Dotierungs art (n oder p) in einem zweiten Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit einer zweiten Dotierungsart (p oder n) eingebettet ist, dass der zweite Bereich mit der zweiten Dotierungsart (p oder n) in einem dritten Bereich an der Oberfläche der Anordnung mit der ersten Dotierungsart (n oder p) eingebettet ist und dass sich die erste Dotie rungsart (n oder p) von der zweiten Dotierungsart (p oder n) unterscheidet. Auf der Grundlage dieser Anordnung ist es möglich, die Empfindlichkeit im Hinblick auf eine Mag netfeldmessung deutlich zu erhöhen, indem an die einzel nen Bereiche an geeigneten Stellen geeignete Potentiale angelegt werden. Diese Empfindlichkeitserhöhung resul tiert, wie bei der SSIMT-Struktur, aus der Reduzierung eines lateralen Stromes im Bereich der Chipoberfläche. . Anders als bei der SSIMT-Struktur ist jedoch keine Ring struktur erforderlich. Vielmehr wird der laterale Strom im Bereich der Chipoberfläche dadurch reduziert, dass sich die Emitterzone und die Kollektorzone nicht wie bei einem konventionellen Magnetotransistor (siehe Fig. 4 und Fig. 5) in der gleichen Basiswanne befinden. Aus diesem Grund müssen die Elektronen zunächst vertikal von dem ersten Bereich in den dritten Bereich fließen. Erst dann kann der Strom seitlich abfließen. Der ausgeprägte vertikale Strom ist für die Erhöhung der Empfindlichkeit verantwortlich. Ebenfalls ist es mit der erfindungsgemä ßen Anordnung möglich, die Stärke des Substratstroms durch geeignete Potentiale an den jeweiligen Bereichen erheblich zu verringern.The invention is based on the generic arrangement according to claim 1 in that a first region on the surface of the arrangement with a first doping type (n or p) in a second region on the surface of the arrangement with a second doping type (p or n ) is embedded that the second region with the second doping type (p or n) is embedded in a third region on the surface of the arrangement with the first doping type (n or p) and that the first doping type (n or p) differs from the second type of doping (p or n) differs. On the basis of this arrangement, it is possible to significantly increase the sensitivity with regard to a magnetic field measurement by applying suitable potentials to the individual areas at suitable points. As with the SSIMT structure, this increase in sensitivity results from the reduction of a lateral current in the area of the chip surface. , Unlike the SSIMT structure, however, no ring structure is required. Rather, the lateral current in the area of the chip surface is reduced by the emitter region and the collector region that is not like a conventional magneto transistor (see Fig. 4 and Fig. 5) in the same base trough are located. For this reason, the electrons must first flow vertically from the first area to the third area. Only then can the current flow off to the side. The pronounced vertical current is responsible for increasing the sensitivity. It is also possible with the arrangement according to the invention to considerably reduce the strength of the substrate current by means of suitable potentials in the respective areas.

Die Erfindung ist besonders dadurch vorteilhaft, dass der dritte Bereich Kollektoreigenschaften für die Transisto ren zur Verfügung stellt, dass der zweite Bereich Basis eigenschaften für die Transistoren zur Verfügung stellt und dass der erste Bereich Emittereigenschaften für die Transistoren zur Verfügung stellt. Durch die Einbettung der Bereiche ineinander und die entsprechenden Eigen schaften der Bereiche ist es in einfacher Weise möglich, die für eine Magnetfeldmessung erforderlichen zwei Tran sistoren zu realisieren.The invention is particularly advantageous in that the third area collector properties for the Transisto ren that provides the second area base provides properties for the transistors and that the first area is emitter properties for the Provides transistors. By embedding the areas into each other and the corresponding own areas, it is easily possible to the two tran required for a magnetic field measurement to realize sistors.

Es ist bevorzugt, dass der erste Bereich einen Emitter kontakt zur Verfügung stellt, dass der zweite Bereich zwei Basiskontakte zur Verfügung stellt und dass der dritte Bereich zwei Kollektorkontakte zur Verfügung stellt. Somit sind zwei Transistoren mit einem gemeinsa men Emitterkontakt realisiert. Daher können die Kollek torströme der beiden Transistoren als Messsignale für ei ne Magnetfeldmessung verwendet werden.It is preferred that the first region has an emitter contact provides that second area provides two basic contacts and that the third area two collector contacts available provides. Thus, two transistors are common men emitter contact realized. Therefore, the Kollek gate currents of the two transistors as measurement signals for egg ne magnetic field measurement can be used.

Bevorzugt weist das Substrat einen Kontakt auf. Durch An legen eines geeigneten Potentials an dem Substrat relativ zu den Potentialen an den anderen Kontakten lässt sich der unerwünschte Substratstrom erheblich verringern.The substrate preferably has a contact. By To put an appropriate potential on the substrate relative about the potentials at the other contacts significantly reduce the unwanted substrate flow.

Durch geeignete Potentiale ist es vermeidbar, dass ein vertikaler parasitärer Transistor wie in einem konventio nellen Magnetotransistor entsteht, so dass es möglich ist, dass bei geeigneter Beschaltung nur ein Sperrstrom als Substratstrom fließt. Dieser ist dann in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der Kollektorstrom, welcher der eigentliche Nutzstrom für das Messsignal ist.Suitable potentials can prevent a vertical parasitic transistor like in a convention nell magnetotransistor arises, making it possible is that with suitable wiring only a reverse current flows as a substrate stream. This is then in a wide range Temperature range smaller than the collector current, which is the actual useful current for the measurement signal.

Vorzugsweise ist der Übergang zwischen dem dritten Be reich und der darunter liegenden Schicht in Sperrrichtung gepolt. Diese Polung wird durch Anlegen der geeigneten Potentiale an dem Substrat und an den sonstigen Kontakten der Anordnung zur Verfügung gestellt. Durch die Sperr schicht entsteht eine Isolationswirkung im Hinblick auf einen parasitären vertikalen Substratstrom.Preferably, the transition between the third Be rich and the underlying layer in the reverse direction poled. This polarity is determined by applying the appropriate one Potentials on the substrate and on the other contacts the order provided. Through the lock layer creates an insulating effect with regard to a parasitic vertical substrate current.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung eine pnpnp-Schichtenfolge auf. Es liegt also eine Anord nung aus fünf Schichten vor, so dass man durch geeignete Dotierung der Schichten und durch die geeignete Wahl der angelegten Potentiale eine Anordnung von hoher Flexibili tät bereitstellt.In a preferred embodiment, the arrangement a pnpnp layer sequence. So there is an order five layers, so that one can use suitable layers Doping of the layers and by the appropriate choice of applied potentials an arrangement of high flexibility provides.

Die Erfindung ist besonders dadurch vorteilhaft, dass in einem p-dotierten Halbleitersubstrat eine erste n- dotierte Wanne vorgesehen ist, dass in der ersten n- dotierten Wanne der dritte Bereich als p-dotierte Wanne vorgesehen ist, dass in dem dritten Bereich der zweite Bereich als n-dotierte Wanne vorgesehen ist und dass in dem zweiten Bereich der erste Bereich als p-dotierte Wan ne vorgesehen ist. Diese Struktur aus sukzessiv in einem Halbleitersubstrat angeordneten Wannen hat sich bei Mag netotransistoren bewährt. Man erhält eine Anordnung mit Kontaktstellen an einer Chipoberfläche, welche im Hin blick auf die mechanische und die elektrische Stabilität zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Die geometrische Anordnung mit einer wohldefinierten Lage der Kontakte an der Chipoberfläche ist vor allem für die Magnetfeldmes sung von Vorteil.The invention is particularly advantageous in that a p-doped semiconductor substrate a first n doped well is provided that in the first n- doped tub the third area as a p-doped tub it is provided that in the third area the second Area is provided as an n-doped well and that in the second area the first area as a p-doped Wan ne is provided. This structure from successive in one Semiconductor substrate arranged tubs at Mag proven netotransistors. You get an arrangement with Contact points on a chip surface, which in the Hin look at the mechanical and electrical stability provides satisfactory results. The geometrical Arrangement with a well-defined position of the contacts the chip surface is mainly for the magnetic field measurement advantage.

Es ist besonders bevorzugt, dass die erste n-dotierte Wanne eine Isolationsschicht zur Verfügung stellt. Durch die Isolationseigenschaft der ersten n-dotierten Wanne kommt es zu der vorteilhaften Reduktion des Substrat stroms. Die lateralen Ströme, deren Differenz als Mess signal bei der Messung eines Magnetfeldes verwendet wer den, fließen oberhalb der Isolationsschicht, und sie stellen aufgrund des stark verringerten Substratstroms eine stabile Messgröße für das Magnetfeld zur Verfügung.It is particularly preferred that the first n-doped Tub provides an insulation layer. By the insulation property of the first n-doped well the substrate is advantageously reduced current. The lateral currents, their difference as a measurement signal used when measuring a magnetic field the flow above the insulation layer, and they due to the greatly reduced substrate current a stable measurand for the magnetic field is available.

Es ist bevorzugt, wenn die Isolationsschicht zwei Kontak te aufweist. Durch Anlegen geeigneter Potentiale an der Isolationsschicht lassen sich die Verhältnisse innerhalb der dotierten Halbleiterschichten beeinflussen, bei spielsweise durch Ausbildung von Sperrschichten.It is preferred if the insulation layer has two contacts te. By applying suitable potentials to the Isolation layer, the conditions can be within of the doped semiconductor layers influence for example by forming barrier layers.

Vorzugsweise sind die Kontakte Metallkontakte. Metallkon takte haben sich für die Beschaltung von Halbleiterchips bewährt.The contacts are preferably metal contacts. Metallkon clocks have been used for the wiring of semiconductor chips proven.

Es ist vorteilhaft, wenn der Übergang zwischen der ersten n-dotierten Wanne und dem p-Substrat in Sperrrichtung ge polt ist. Dies wird durch Anlegen der geeigneten Potenti ale an den Elektroden der ersten n-dotierten Wanne und der Elektrode des p-dotierten Substrats erreicht. Liegen die Elektroden der ersten n-dotierten Wanne auf Masse, so kommt es durch eine negative Spannung an der Substrat elektrode zu der vorteilhaften Sperrschicht, welche die Ausbildung eines vertikalen parasitären Substratstroms unterdrückt.It is advantageous if the transition between the first n-doped well and the p-substrate in the reverse direction polt is. This is done by applying the appropriate potentiometers ale on the electrodes of the first n-doped well and reached the electrode of the p-doped substrate. Lie the electrodes of the first n-doped well to ground, see above it comes from a negative voltage on the substrate electrode to the advantageous barrier layer, which the Formation of a vertical parasitic substrate current suppressed.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Er findung weist die Anordnung eine npnp-Schichtenfolge auf. Es ist also auch möglich, die Erfindung mit vier Schich ten zu realisieren, so dass es auch mit dieser einfache ren Struktur möglich ist, die Empfindlichkeit im Hinblick auf eine Magnetfeldmessung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich zu erhöhen. Insbesondere lässt sich der vertikale parasitäre Substratstrom auch ohne das Bereit stellen einer separaten Isolationsschicht realisieren.In another advantageous embodiment of the Er The arrangement has an NPNP layer sequence. So it is also possible the invention with four layers realizing so that it is easy with this too Ren structure is possible in terms of sensitivity on a magnetic field measurement compared to the state of the Technology to increase significantly. In particular, the vertical parasitic substrate current even without the ready provide a separate insulation layer.

Es ist bevorzugt, dass in einem n-dotierten Halbleiter substrat der dritte Bereich als p-dotierte Wanne vorgese hen ist, dass in dem dritten Bereich der zweite Bereich als n-dotierte Wanne vorgesehen ist und dass in dem zwei ten Bereich der erste Bereich als p-dotierte Wanne vorge sehen ist. Es ist also wiederum eine Struktur aus sukzes siv in einem Halbleitersubstrat angeordneten Wannen mög lich, welche sich bei Magnetotransistoren bewährt hat. Eine solche Struktur ist besonders im Hinblick auf die Stabilität, die Fertigung und die einfache Kontaktierbar keit vorteilhaft.It is preferred that in an n-doped semiconductor The third area is designed as a p-doped substrate hen is that in the third area the second area is provided as an n-doped well and that in the two th area the first area as a p-doped well see is. So again it is a structure of succes wells arranged in a semiconductor substrate Lich, which has proven itself with magnetotransistors. Such a structure is special with regard to the Stability, manufacture and easy to contact advantageous.

Vorzugsweise ist der dritte Bereich teilweise von einem Isolationsbereich umgeben. Dieser Isolationsbereich defi niert somit den Kollektorbereich der Transistoren. Es ist also nicht erforderlich, den Kollektorbereich von vorn herein in einer angemessenen Größe in ein Substrat einzu defundieren. Vielmehr kann die Größe des Kollektorberei ches durch den Isolationsbereich festgelegt werden. Preferably the third region is partially one Isolation area surrounded. This isolation area defi thus the collector area of the transistors. It is So it is not necessary to start the collector area from the front in a reasonable size into a substrate defundieren. Rather, the size of the collector's shop ches be determined by the isolation area.

Es ist bevorzugt, wenn der Isolationsbereich eine p- dotierte Wanne ist. Auf diese Weise bildet der Isolati onsbereich, welcher an das Substrat angrenzt, mit diesem ein "kurzgeschlossenes" p-Gebiet.It is preferred if the insulation area has a p- is doped tub. In this way the Isolati forms onsbereich, which adjoins the substrate with this a "short-circuited" p-area.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn der Isolationsbe reich durch eine SiO₂-Isolation realisiert ist. Somit kann die Anordnung flexibel gestaltet werden, wodurch auf die Fertigungsmöglichkeiten und die Anwendungsbereiche Rücksicht genommen werden kann.But it can also be useful if the Isolationsbe is realized by SiO ₂ insulation. The arrangement can thus be designed flexibly, so that the manufacturing possibilities and the areas of application can be taken into account.

Es ist vorteilhaft, wenn der Übergang zwischen dem zwei ten Bereich und det dritten Bereich in Sperrrichtung ge polt ist. Hierdurch erreicht man die vorteilhafte Vermin derung des Substratstroms bei dieser Ausführungsform mit einer npnp-Schichtenfolge auch ohne eine zusätzliche an das Substrat angrenzende Isolationsschicht.It is advantageous if the transition between the two th area and the third area in the blocking direction polt is. This achieves the advantageous Vermin change in the substrate current in this embodiment an npnp layer sequence even without an additional one insulation layer adjacent to the substrate.

Es ist vorteilhaft, wenn wenigstens einige der Bereiche eindiffundiert sind. Durch Diffusion erhält man zuverläs sige Ergebnisse, sowohl im Hinblick auf die Genauigkeit der Geometrie der Anordnung als auch im Hinblick auf die Dotierungskonzentrationen.It is advantageous if at least some of the areas are diffused. Diffusion gives reliable results, both in terms of accuracy the geometry of the arrangement as well as in terms of Doping concentrations.

Vorzugsweise ist die Anordnung symmetrisch zu einer Ebe ne, die senkrecht zu der Schichtenfolge ist. Die Genauig keit dieser Symmetrie wird, wie oben erwähnt, besonders gut durch einen Diffusionsprozess zur Verfügung gestellt. Sie ist nützlich, da bei fehlendem Magnetfeld identische laterale Ströme in beiden pnp-Transistoren fließen, wäh rend es bei einem wirksamen Magnetfeld zu einer Störung der Symmetrie des Stromflusses kommt. Folglich lassen sich unterschiedliche Kollektorströme messen, wobei diese Differenz dann als Messsignal für die Magnetfeldmessung dient.The arrangement is preferably symmetrical to a plane ne, which is perpendicular to the layer sequence. The Exactly This symmetry becomes special, as mentioned above well provided by a diffusion process. It is useful because identical magnetic fields are missing lateral currents flow in both pnp transistors, weh rend an interference with an effective magnetic field the symmetry of the current flow comes. Therefore let different collector currents measure, whereby these Difference then as a measurement signal for the magnetic field measurement serves.

Die Anordnung ist gleichermaßen vorteilhaft, wenn alle n- Dotierungen durch p-Dotierungen und alle p-Dotierungen durch n-Dotierungen ersetzt sind. Dabei gelten sämtliche Ausführungen entsprechend unter Ladungsumkehr.The arrangement is equally advantageous if all n- Doping with p-doping and all p-doping are replaced by n-dopants. All apply Designs accordingly under charge reversal.

Vorzugsweise ist die Anordnung mit einer Auswerteschal tung monolithisch integriert. Hierdurch entsteht ein kom paktes Bauteil, welches kostengünstig herstellbar ist.The arrangement is preferably with an evaluation scarf integrated monolithic. This creates a com compact component, which is inexpensive to manufacture.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zum Her stellen einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei welchem von einem Standard-Rohwafer ausgegangen wird. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die monolithische Integrati on zusammen mit einer Auswerteschaltung nützlich. Ferner ist die Verwendung von Standard-Rohwafern effizient, da diese käuflich zu erwerben sind.The invention further consists in a method for manufacturing represent an arrangement according to the invention, in which a standard raw wafer is assumed. This is especially with regard to the monolithic integrati on together with an evaluation circuit. Further the use of standard raw wafers is efficient because these are available for purchase.

Die Erfindung besteht ebenfalls in einem Verfahren, bei dem von einem Standard-Rohwafer mit einer ersten Dotie rungsart mit Epitaxieschicht der entgegengesetzten Dotie rungsart ausgegangen wird. Die Epitaxieschicht der entge gengesetzten Dotierungsart kann also die Rolle des Kol lektorbereiches übernehmen, ohne dass diese am Anfang des Herstellungsprozesses in das Substrat eindiffundiert wer den müsste. Der Kollektorbereich kann entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform durch einen Isolationsbereich definiert werden. The invention also consists in a method in that of a standard raw wafer with a first dotie type of epitaxial layer of the opposite doping is assumed. The epitaxial layer of the opposite The role of the Kol take over the lecturer area without this at the beginning of the Manufacturing process diffused into the substrate that should. The collector area can accordingly preferred embodiment by an isolation area To be defined.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zum Mes sen eines Magnetfeldes unter Verwendung einer erfindungs gemäßen Anordnung. Das Verfahren ist besonders aus dem Grunde vorteilhaft, da der Substratstrom im Vergleich zu dem Kollektorströmen weitgehend vernachlässigbar ist, und dies in einem breiten Temperaturbereich, welcher nach weislich bis mindestens 125°C reicht. Insofern kommt es nicht zu den Störungen aufgrund des Substratstroms im Hinblick auf die Empfindlichkeit und die Stabilität des Bauelementes, zum Beispiel durch Eigenerwärmung. Ferner ist das Verfahren vorteilhaft, da die Empfindlichkeit durch Vermeidung lateraler Oberflächenströme vergrößert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind daher be sonders kleine Magnetfelder beziehungsweise besonders kleine Magnetfeldänderungen zuverlässig messbar.The invention further consists in a method for measuring sen a magnetic field using a fiction proper arrangement. The procedure is particularly from the Basically advantageous because the substrate flow compared to the collector current is largely negligible, and this in a wide temperature range, which according to as far as at least 125 ° C. In this respect it comes not to the disturbances due to the substrate current in the In terms of sensitivity and stability of the Component, for example through self-heating. Further the method is advantageous because of the sensitivity enlarged by avoiding lateral surface currents becomes. The inventive method are therefore especially small magnetic fields respectively small changes in the magnetic field can be measured reliably.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrun de, dass durch die erfindungsgemäße Einbettung der do tierten Bereiche ineinander ein kostengünstig herstellba rer Magnetotransistor zur Verfügung gestellt wird, wel cher sich durch eine hohe Empfindlichkeit und eine gute Stabilität auszeichnet. Man ist in der Läge, den Sub stratstrom im Vergleich zu bekannten Bauelementstrukturen stark zu reduzieren, ohne eine SOI-Technik oder ein se lektives Ätzen des Substrates zu verwenden. Die Empfind lichkeit der Anordnung liegt ohne eine aufwendige SSIMT- Struktur in derselben Größenordnung oder sogar noch höher als bei derartigen Strukturen.The invention is based on the surprising finding de that by embedding the do according to the invention areas into one another can be manufactured cost-effectively rer magnetotransistor is provided, wel high sensitivity and good Stability distinguishes. One is in the lag, the sub stratstrom compared to known component structures greatly reduce without an SOI technique or a se to use selective etching of the substrate. The sensation arrangement is without a complex SSIMT Structure of the same order of magnitude or even higher than with such structures.

drawings

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft er läutert.The invention is now based on embodiments with With reference to the accompanying drawings he exemplarily purifies.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung in Schnittan sicht; Fig. 1 shows an arrangement according to the invention in sectional view;

Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht; Fig. 2 shows another arrangement of the invention in sectional view;

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht; Fig. 3 shows a further arrangement of the invention in sectional view;

Fig. 4 eine Anordnung des Standes der Technik in Schnit tansicht und Fig. 4 shows an arrangement of the prior art in section tansicht and

Fig. 5 eine weitere Anordnung des Standes der Technik in Schnittansicht. Fig. 5 shows a further arrangement of the prior art in a sectional view.

Description of the embodiments

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in Schnitt ansicht. Die Anordnung basiert auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 10. Als Ausgangspunkt für die Herstel lung dieser Anordnung kann ein p-Rohwafer verwendet wer den, welcher aus einem p-Substrat ohne n-Epitaxieschicht besteht. In dieses p-dotierte Halbleitersubstrat 10 ist eine erste n-dotierte Wanne 12 eindiffundiert. In die ererste n-dotierte Wanne 12 ist eine erste p-dotierte Wanne 14 eindiffundiert. In die erste p-dotierte Wanne 14 ist eine zweite n-dotierte Wanne 18 eindiffundiert. In diese zweite n-dotierte Wanne 18 ist eine zweite p-dotierte Wanne 16 eindiffundiert. Die zweite p-dotierte Wanne 16 dient als Emitterzone. Die zweite n-dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die erste p-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kollektorelektro den verwendet werden. An der zweiten n-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Ba siselektroden verwendet werden. An der zweiten p- dotierten Wanne 16 befindet sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelektrode verwendet wird. Somit stehen zwei pnp-Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Die erste n-dotierte Wanne 12 dient als Isolations schicht. Diese Isolationsschicht weist zwei Metallkontak te 42, 44 auf. Ferner ist auch an dem p-dotierten Sub strat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. Durch das Anle gen geeigneter Potentiale an die Kollektorelektroden 22, 26, die Elektroden 42, 44 der Isolationsschicht 12 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass die jewei ligen Halbleiterübergänge 14, 12 beziehungsweise 12, 10 in Sperrrichtung gepolt sind, lässt sich der parasitäre vertikale Substratstrom 40 erheblich reduzieren. Legt man an die Kollektorelektroden 22, 26 negative Spannungen an und legt man die Elektroden 42, 44 der Isolationsschicht 12 auf Masse, so befindet sich der Übergang zwischen der p-dotierten Kollektorzone 14 und der n-dotierten Isolati onsschicht 12 im Sperrbetrieb. Legt man an die Elektrode 20 des p-dotierten Substrates 10 eine bezüglich Masse negative Spannung an, so befindet sich auch der Übergang zwischen der n-dotierten Isolationsschicht 12 und dem p- dotierten Substrat 10 in Sperrbetrieb. Es entsteht daher kein vertikaler parasitärer Transistor, und es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom als Substratstrom 40, der in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der als Nutz strom zu bezeichnende Kollektorstrom 34, 36 ist. Fig. 1 shows an arrangement according to the invention in sectional view. The arrangement is based on a p-doped semiconductor substrate 10 . As a starting point for the manufacture of this arrangement, a p-type raw wafer can be used, which consists of a p-type substrate without an n-epitaxial layer. A first n-doped well 12 is diffused into this p-doped semiconductor substrate 10 . A first p-doped well 14 is diffused into the first n-doped well 12 . A second n-doped well 18 is diffused into the first p-doped well 14 . A second p-doped well 16 is diffused into this second n-doped well 18 . The second p-doped well 16 serves as an emitter zone. The second n-doped well 18 serves as the base zone. The first p-doped well 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 there are two metal contacts 22 , 26 , which are used as the collector electro. On the second n-doped well 18 there are two metal contacts 28 , 30 which are used as base electrodes. There is a metal contact 24 on the second p-doped well 16 , which is used as an emitter electrode. Thus, two pnp transistors 16 , 18 , 14 are available on both the left and the right side of the arrangement. The first n-doped well 12 serves as an insulation layer. This insulation layer has two metal contacts 42 , 44 . Furthermore, a metal contact 20 is also arranged on the p-doped substrate 10 . By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 , 26 , the electrodes 42 , 44 of the insulation layer 12 and the electrode 20 of the p-substrate 10 , so that the respective semiconductor junctions 14 , 12 and 12, 10 are polarized in the reverse direction the parasitic vertical substrate current 40 is significantly reduced. If one applies negative voltages to the collector electrodes 22 , 26 and applies the electrodes 42 , 44 of the insulation layer 12 to ground, then the transition between the p-doped collector zone 14 and the n-doped insulation layer 12 is in blocking operation. If a voltage which is negative with respect to ground is applied to the electrode 20 of the p-doped substrate 10 , the transition between the n-doped insulation layer 12 and the p-doped substrate 10 is also in the blocking mode. There is therefore no vertical parasitic transistor, and only a very small reverse current flows as the substrate current 40 , which in a wide temperature range is smaller than the collector current 34 , 36 to be referred to as the useful current.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 kann wie nachfolgend be schrieben als Magnetfeldsensor verwendet werden. An die linke Kollektorelektrode 22 und die rechte Kollektor elektrode 26 werden gegenüber der Emitterelektrode 24 ne gative Spannungen gleicher Höhe angelegt. In die linke Basiselektrode 28 und in die rechte Basiselektrode 30 werden Ströme gleicher Höhe eingespeist. Folglich werden Ladungsträger (hier: Löcher) von der p-dotierten Emitterzone 16 in die n-dotierte Basiszone 18 injiziert. Während ein kleiner Teil der injizierten Löcher in der n- dotierten Basiszone 18 mit Elektronen rekombiniert, fließt der größte Teil der Löcher weiter zur p-dotierten Kollektorzone 14. Da sich die p-dotierte Emitterzone 16 und die p-dotierte Kollektorzone 14 nicht in der gleichen n-dotierten Basiswanne befinden, wie bei einem Magneto transistor des Standes der Technik (siehe Fig. 4 und Fig. 5), müssen die Löcher zuerst vertikal in die p- dotierte Kollektorzone 14 fließen und dann lateral weiter zu der linken Kollektorelektrode 22 beziehungsweise zur rechten Kollektorelektrode 26. Man vermeidet daher einen lateralen Stromfluss im Bereich der Chipoberfläche. Der "ordentliche" vertikale Stromfluss der Löcher von der E mitterzone 16 durch die Basiszone 18 in die Kollektorzone 14 führt zur hohen Empfindlichkeit gegen ein Magnetfeld parallel zur Chipoberfläche, ohne dass SSIMT-Strukturen erforderlich wären. Die relative Empfindlichkeit kann bei Raumtemperatur größer sein als 40%/Tesla.The arrangement of FIG. 1 can be used as a magnetic field sensor as hereinafter be written. At the left collector electrode 22 and the right collector electrode 26 ne negative voltages of the same height are applied to the emitter electrode 24 . In the left base electrode 28 and in the right base electrode 30 , currents of the same height are fed. As a result, charge carriers (here: holes) are injected from the p-doped emitter zone 16 into the n-doped base zone 18 . While a small part of the injected holes in the n-doped base zone 18 recombine with electrons, the majority of the holes continue to flow to the p-doped collector zone 14 . Since the p-type emitter region 16 and the p-type collector region 14 are located non-doped n-in the same base pan as in magnetoresistance of the prior art transistor (see Fig. 4 and Fig. 5), the holes must first vertical flow into the p-doped collector zone 14 and then laterally further to the left collector electrode 22 or to the right collector electrode 26 . A lateral current flow in the area of the chip surface is therefore avoided. The "orderly" vertical current flow of the holes from the emitter zone 16 through the base zone 18 into the collector zone 14 leads to high sensitivity to a magnetic field parallel to the chip surface, without the need for SSIMT structures. The relative sensitivity can be greater than 40% / Tesla at room temperature.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht. Die Anordnung basiert auf einem p- dotierten Halbleitersubstrat 10. Auf diesem p-dotierten Halbleitersubstrat 10 ist eine n-dotierte Epitaxieschicht 14, 14' angeordnet. Als Ausgangspunkt für die Herstellung dieser Anordnung kann daher ein Standard-IC-Rohwafer ver wendet werden, welcher aus einem p-Substrat und einer n- Epitaxieschicht besteht. In die n-Epitaxieschicht 14, 14' ist eine erste p-dotierte Wanne als Isolationsschicht 46 eindiffundiert. Diese umschließt den Bereich 14 und trennt den restlichen Bereich 14' der n-Epitaxieschicht ab. Die Isolationsschicht 46 bildet zusammen mit dem p- dotierten Substrat 10 ein "kurzgeschlossenes" p-Gebiet. In den n-dotierten Bereich 14 ist eine pdotierter Be reich 18 als Wanne eindiffundiert. In diese p-dotierte Wanne 18 ist eine n-dotierte Wanne 16 eindiffundiert. Diese dient als Emitterzone. Die zweite p-dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die n-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kollektorelektroden verwendet werden. An der p-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Basiselektro den verwendet werden. An der n-dotierten Wanne 16 befin det sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelekt rode verwendet wird. Somit stehen zwei npn-Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Ferner ist auch an dem p-dotierten Substrat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. Fig. 2 shows a further arrangement according to the invention in a sectional view. The arrangement is based on a p-doped semiconductor substrate 10 . An n-doped epitaxial layer 14 , 14 'is arranged on this p-doped semiconductor substrate 10 . As a starting point for the production of this arrangement, a standard IC raw wafer can therefore be used, which consists of a p-type substrate and an n-type epitaxial layer. A first p-doped well is diffused into the n-epitaxial layer 14 , 14 ′ as an insulation layer 46 . This encloses the area 14 and separates the remaining area 14 'of the n-epitaxial layer. The insulation layer 46 together with the p-doped substrate 10 forms a "short-circuited" p-region. In the n-doped region 14 , a p-doped region 18 is diffused as a tub. An n-doped well 16 is diffused into this p-doped well 18 . This serves as an emitter zone. The second p-doped well 18 serves as the base zone. The n-doped well 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 there are two metal contacts 22 , 26 , which are used as collector electrodes. On the p-doped well 18 there are two metal contacts 28 , 30 , which are used as the base electrodes. At the n-doped well 16 is a metal contact 24 , which is used as an emitter electrode. Thus, two NPN transistors 16 , 18 , 14 are available on both the left and the right side of the arrangement. Furthermore, a metal contact 20 is also arranged on the p-doped substrate 10 .

Durch das Anlegen geeigneter Potentiale an die Kollektor elektroden 22, 26 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass der Halbleiterübergang 14, 10 in Sperrrich tung gepolt ist, lässt sich der parasitäre vertikale Sub stratstrom 40 erheblich reduzieren.By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 , 26 and the electrode 20 of the p-type substrate 10 , so that the semiconductor junction 14 , 10 is polarized in the reverse direction, the parasitic vertical substrate current 40 can be significantly reduced.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung in Schnittansicht. Die Anordnung basiert ebenfalls auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat 10. Als Ausgangspunkt für die Herstellung dieser Anordnung kann daher ein p- Rohwafer verwendet werden, welcher aus einem p-Substrat ohne n-Epitaxieschicht besteht. In dieses p-dotierten Halbleitersubstrat 10 ist eine n-dotierte Wanne 14 ein diffundiert. In den n-dotierten Bereich 14 ist eine p- dotierter Bereich 18 als Wanne eindiffundiert. In diese p-dotierte Wanne 18 ist eine n-dotierte Wanne 16 eindif fundiert. Diese dient als Emitterzone. Die zweite p- dotierte Wanne 18 dient als Basiszone. Die n-dotierte Wanne 14 dient als Kollektorzone. An der Kollektorzone 14 befinden sich zwei Metallkontakte 22, 26, welche als Kol lektorelektroden verwendet werden. An der p-dotierten Wanne 18 befinden sich zwei Metallkontakte 28, 30, welche als Basiselektroden verwendet werden. An der n-dotierten Wanne 16 befindet sich ein Metallkontakt 24, welcher als Emitterelektrode verwendet wird. Somit stehen zwei npn- Transistoren 16, 18, 14 auf sowohl der linken als auch der rechten Seite der Anordnung zur Verfügung. Ferner ist auch an dem p-dotierten Substrat 10 ein Metallkontakt 20 angeordnet. Durch das Anlegen geeigneter Potentiale an die Kollektorelektroden 22, 26 und die Elektrode 20 des p-Substrates 10, so dass der Halbleiterübergang 14, 10 in Sperrrichtung gepolt ist, lässt sich der parasitäre ver tikale Substratstrom 40 erheblich reduzieren. Fig. 3 shows a further arrangement of the invention in sectional view. The arrangement is also based on a p-doped semiconductor substrate 10 . A p-raw wafer, which consists of a p-substrate without an n-epitaxial layer, can therefore be used as the starting point for the production of this arrangement. An n-doped well 14 is diffused into this p-doped semiconductor substrate 10 . A p-doped region 18 is diffused into the n-doped region 14 as a trough. An n-doped well 16 is well-founded in this p-doped well 18 . This serves as an emitter zone. The second p-doped well 18 serves as the base zone. The n-doped well 14 serves as a collector zone. At the collector zone 14 there are two metal contacts 22 , 26 , which are used as collector electrodes. There are two metal contacts 28 , 30 on the p-doped well 18 , which are used as base electrodes. There is a metal contact 24 on the n-doped well 16 , which is used as an emitter electrode. Thus, two NPN transistors 16 , 18 , 14 are available on both the left and the right side of the arrangement. Furthermore, a metal contact 20 is also arranged on the p-doped substrate 10 . By applying suitable potentials to the collector electrodes 22 , 26 and the electrode 20 of the p-substrate 10 , so that the semiconductor junction 14 , 10 is polarized in the reverse direction, the parasitic vertical substrate current 40 can be significantly reduced.

Beim Betrieb der Anordnungen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 wird das niedrigste Potential an die Elektrode 20 des p- dotierten Substrates 10 angelegt. Legt man an die Elekt roden 22, 26 des Kollektorbereiches 14 eine diesbezüglich positives Potential, so ist der Übergang zwischen dem n- Kollektorbereich 14 und dem p-Substrat 10 in Sperrrich tung gepolt. Wird an die Elektroden 22, 26 des Kollektor bereiches 14 ein höheres Potential angelegt als an die Elektroden 28, 30 des Basisbereiches 18, so sind die Ü bergänge zwischen dem n-Kollektorbereich 14 und dem p- Basisbereich 18 ebenfalls in Sperrrichtung gepolt. Es entsteht daher kein vertikaler parasitärer Transistor, und es fließt nur ein sehr kleiner Sperrstrom als Sub stratstrom 40, der in einem breiten Temperaturbereich kleiner als der als Nutzstrom zu bezeichnende Kollektor strom 34, 36 ist.During operation of the arrangements according to FIG. 2 and FIG. 3 is applied the lowest potential to the electrode 20 of the p-doped substrate 10. If one applies a positive potential to the electrodes 22 , 26 of the collector region 14 , the transition between the n-collector region 14 and the p-substrate 10 is polarized in the blocking direction. If a higher potential is applied to the electrodes 22 , 26 of the collector region 14 than to the electrodes 28 , 30 of the base region 18 , the transitions between the n-collector region 14 and the p-base region 18 are also polarized in the reverse direction. There is therefore no vertical parasitic transistor, and only a very small reverse current flows as a substrate current 40 , which in a wide temperature range is smaller than the collector current 34 , 36 to be called the useful current.

Die Anordnungen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 können wie nachfolgend beschrieben als Magnetfeldsensor verwendet werden. An die linke Kollektorelektrode 22 und die rechte Kollektorelektrode 26 werden gegenüber der Emitterelekt rode 24 positive Spannungen gleicher Höhe angelegt. In die linke Basiselektrode 28 und in die rechte Basiselekt rode 30 werden positive Ströme gleicher Höhe eingespeist. Folglich werden Ladungsträger (hier: Elektronen) von der n-dotierten Emitterzone 16 in die p-dotierte Basiszone 18 injiziert. Während ein kleiner Teil der injizierten E lektronen in der p-dotierten Basiszone 18 mit Löchern re kombiniert, fließt der größte Teil der Elektronen weiter zur n-dotierten Kollektorzone 14. Da sich die n-dotierte Emitterzone 16 und die n-dotierte Kollektorzone 14 nicht in der gleichen p-dotierten Basiswanne befinden, wie bei einem Magnetotransistor des Standes der Technik (siehe Fig. 4 und Fig. 5), müssen die Elektronen zuerst verti kal in die n-dotierte Kollektorzone 14 fließen und dann lateral weiter zu der linken Kollektorelektrode 22 bezie hungsweise zur rechten Kollektorelektrode 26. Man vermei det daher einen lateralen Stromfluss im Bereich der Chip oberfläche. Der "ordentliche" vertikale Stromfluss der Elektronen von der Emitterzone 16 durch die Basiszone 18 in die Kollektorzone 14 führt zur hohen Empfindlichkeit gegen ein Magnetfeld parallel zur Chipoberfläche, ohne dass SSIMT-Strukturen erforderlich wären. Auch hier kann die relative Empfindlichkeit bei Raumtemperatur größer sein als 40%/Tesla.The arrangements according to FIG. 2 and FIG. 3 can be used as a magnetic field sensor as described below. At the left collector electrode 22 and the right collector electrode 26 positive voltages of the same height are applied to the emitter electrode 24 . In the left base electrode 28 and in the right base electrode 30 positive currents of the same height are fed. As a result, charge carriers (here: electrons) are injected from the n-doped emitter zone 16 into the p-doped base zone 18 . While a small part of the injected electrons in the p-doped base zone 18 combines with holes re, the majority of the electrons continue to flow to the n-doped collector zone 14 . Since the n-type emitter region 16 and the n-type collector region 14 are not in the same p-doped base trough, as in a magneto transistor of the prior art (see Fig. 4 and Fig. 5), the electrons must first verti cal flow into the n-doped collector zone 14 and then laterally further to the left collector electrode 22 or to the right collector electrode 26 . A lateral current flow in the area of the chip surface is therefore avoided. The "orderly" vertical current flow of the electrons from the emitter zone 16 through the base zone 18 into the collector zone 14 leads to a high sensitivity to a magnetic field parallel to the chip surface, without the need for SSIMT structures. Here, too, the relative sensitivity at room temperature can be greater than 40% / Tesla.

Die Anordnungen gemäß Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 sind bezüglich einer Symmetrieebene 32 symmetrisch, sowohl was ihre Geometrie angeht als auch im Hinblick auf die Dotie rungskonzentrationen. Dies hat zur Folge, dass die Ströme 34, 36 bei fehlender Magnetfeldkomponente parallel zur Chipoberfläche vom Betrag her identisch sind. Die auf grund eines Magnetfeldes entstehende Differenz der late ralen Ströme 34, 36 und die daraus resultierende Diffe renz der Kollektorströme kann daher als Messsignal für ein Magnetfeld verwendet werden.The arrangements according to Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 is a plane of symmetry 32 symmetrically in terms of both their geometry and approximate concentrations also in view of the Dotie respect. The consequence of this is that the currents 34 , 36 are identical in magnitude in the absence of a magnetic field component parallel to the chip surface. The difference between the late currents 34 , 36 resulting from a magnetic field and the resulting difference between the collector currents can therefore be used as a measurement signal for a magnetic field.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Er findung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The preceding description of the exemplary embodiments according to the present invention is only for illustrati purposes and not for the purpose of restricting Er making. Various changes are within the scope of the invention and modifications possible without the scope of Invention as well as leaving its equivalents.

Claims

1. Arrangement with a magnetotransistor having a doped semiconductor substrate ( 10 ) and a layer sequence of doped semiconductor layers ( 12 , 14 , 18 , 16 ) building up on the doped semiconductor substrate ( 10 ), electrical contacts being available on the surface of the arrangement, so that at least two transistors can be realized with the arrangement, characterized in that
that a first region ( 16 ) is embedded on the surface of the arrangement with a first doping type (n or p) in a second region ( 18 ) on the surface of the arrangement with a second doping type (p or n),
that the second region ( 18 ) with the second doping type (p or n) is embedded in a third region ( 14 ) on the surface of the arrangement with the first doping type (n or p) and
that the first type of doping (n or p) differs from the second type of doping (p or n).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in
that the third area ( 14 ) provides collector properties for the transistors,
that the second region ( 18 ) provides basic properties for the transistors and
that the first region ( 16 ) provides emitter properties for the transistors.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that
that the first region ( 16 ) provides an emitter contact ( 24 ),
that the second area ( 18 ) provides two base contacts ( 28 , 30 ) and
that the third area ( 14 ) provides two collector contacts ( 22 , 26 ).

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 10 ) has a con tact ( 20 ).

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the third region ( 14 ) and the underlying layer ( 12 , 10 ) is polarized in the blocking direction.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement has a pnpnp layer sequence ( 10 , 12 , 14 , 18 , 16 ).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
that a first n-doped well ( 12 ) is provided in a p-doped semiconductor substrate ( 10 ),
that the third region ( 14 ) is provided as a p-doped well in the first n-doped well ( 12 ),
that in the third region ( 14 ) the second region ( 18 ) is provided as an n-doped well and
that the first area ( 16 ) is provided as a p-doped well in the second area ( 18 ).

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first n-doped well ( 12 ) provides an insulation layer.

8. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation layer ( 12 ) has two contacts ( 42 , 44 ).

9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the contacts ( 20 , 22 , 24 , 26 , 28 , 42 , 44 ) are metal contacts.

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the first n-doped well ( 12 ) and the p-doped substrate ( 10 ) is polarized in the reverse direction.

11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement has an npnp layer sequence ( 10 , 14 , 18 , 16 ).

12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that
that the third region ( 14 ) is provided as a p-doped well in an n-doped semiconductor substrate ( 10 ),
that in the third region ( 14 ) the second region ( 18 ) is provided as an n-doped well and
that in the second region ( 18 ) the first region ( 16 ) is provided as a p-doped well ( 16 ).

13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the third region ( 14 ) is partially surrounded by an insulation region ( 46 ).

14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation region ( 46 ) is a p-doped trough.

15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation region ( 46 ) is realized by an SiO ₂ insulation.

16. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the second region ( 18 ) and the third region ( 14 ) is polarized in the blocking direction.

17. Arrangement according to one of the preceding claims, since characterized by that at least some of the areas are diffused.

18. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement is symmetrical to a plane ( 32 ) which is perpendicular to the surface of the arrangement.

19. Arrangement according to one of the preceding claims, since characterized in that all n-dopings by p- Doping and all p-doping by n-doping are replaced.

20. Arrangement according to one of the preceding claims, since characterized by being together with an Auswer circuit is monolithically integrated.

21. Method for producing an arrangement according to one of claims 1 to 20, characterized in that a standard raw wafer is assumed.

22. A method for producing an arrangement according to one of claims 1 to 20, characterized in that a standard raw wafer with a first type of doping with epitaxial layer of the opposite type of doping is assumed.

23. Method of measuring a magnetic field using extension of an arrangement according to claims 1 to 20.