专利名称：低噪声低失调电压的霍尔传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及霍尔传感器，具体地说，涉及减小霍尔元件失调电压和屏蔽噪声干扰的霍尔传感器。
背景技术：
众所周知，采用硅材料制作的霍尔元件可以与微电子集成电路技术兼容，可以和各种保障电路和信号处理电路集成一起构成各种功能电路。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。许多专家专注于研究减小霍尔元件的失调电压、 提高霍尔的一致性，提高霍尔系数、灵敏度，减小噪声干扰的技术。其中，通过改良霍尔元件版图设计是提高霍尔元件性能的重要技术之一。为了降低失调电压，在霍尔元件的版图设计中，广泛采用对称性四个正方形霍尔元件阵列的布图设计，如图1和图2所示。这样的布图设计，能使失调误差、机械压力等失配互相抵消，降低失调电压。大多数的霍尔元件主要是以方形形状制作。但由于方形霍尔元件在光刻、刻蚀、扩散和离子注入过程中的非均勻性，不能保证器件的高度一致。方形霍尔元件的匹配性没有圆形霍尔元件的匹配性好，方形霍尔元件的不良匹配增加了霍尔元件的失调电压。霍尔元件的噪声干扰，一直也是版图设计工程师关注的问题。目前的霍尔元件版图设计广泛应用P型隔离环隔离噪声。但由于P+注入较浅，噪声很容易越过隔离环，干扰霍尔元件的正常工作。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种低噪声低失调电压的霍尔传感器，使得霍尔元件拥有更高的霍尔系数、更小的噪声、更低的失调电压。为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案低噪声低失调电压的霍尔传感器，包括霍尔元件，所述霍尔元件为圆形，包括在N 型晶圆上淀积形成的N型外延层以及在N型晶圆上形成的圆形隔离环。上述结构的霍尔传感器，由于采用四个圆形霍尔元件并联连接的布图设计，大大降低了失调电压，提高霍尔元件的一致性。与过去的霍尔元件版图设计相比，本实用新型主要有三方面的技术改进第一，减小噪声干扰。许多版图设计人员在进行霍尔传感器的版图布图，通常是把霍尔元件放在芯片中间，四周围绕着霍尔元件服务的电路器件。不容忽略的是，当产生大噪声的电路器件靠近霍尔元件时，噪声串扰会严重影响霍尔元件的正常工作。人们为了减小噪声的影响，通常有两种方法要么让霍尔四周的器件与霍尔元件尽量保持一定距离，要么在霍尔元件四周包围较宽的外延层。本实用新型提供了一种新的屏蔽噪声干扰霍尔元件的技术，采用了高压P阱隔离环、一圈空穴保护环和金属屏蔽层，能大大减小噪声干扰和噪声華禹合。[0010]第二，减小失调电压。圆形的图形能够抵消掉器件在制版，光刻，注入，扩散过程中的非均勻性，保持器件高度的一致性，从而降低器件的失调电压。在霍尔元件的版图设计中，采用四个霍尔元件阵列的中心对称布图设计，能使失调误差、机械压力等失配互相抵消，降低失调电压。第三，提高霍尔系数，采用圆形结构降低了 hall板的等效阻抗，提高了 hall板中从电源流到地的电流。根据霍尔系数计算公式可知，这将提高hall板的霍尔系数。霍尔系数计算公式为， = P · IV其中，&为霍尔系数，P为平均电阻率，Un为电子的迁移率。本实用新型提供了四个圆形霍尔元件并联连接的中心对称布图设计，大大降低了失调电压，提高了霍尔系数、霍尔元件的一致性、减小了失调电压。
图1是传统霍尔元件平面结构图；图2是四个并联连接的传统霍尔元件平面结构图；图3是霍尔传感器能够检测的磁场方向示意图；图4是本实用新型霍尔元件的剖面图；图5是本实用新型霍尔元件的平面结构图；图6是文氏桥等效电路图；图7是四个并联连接的本实用新型的圆形霍尔元件平面结构图。图中标记说明I-P型预埋层2-N型外延层3-高压P阱隔离环4-低压P阱5-P+注入区6-高压N阱7-低压N阱8-N+注入区H1、H2、H3、H4-霍尔器件的四个引出端子Rl-霍尔器件引出端子Hl与H4之间的外延电阻R2-霍尔器件引出端子Hl与H2之间的外延电阻R3-霍尔器件引出端子H3与H4之间的外延电阻R4-霍尔器件引出端子H2与H3之间的外延电阻Vdd-电源Vh-霍尔电势
具体实施方式
以下结合附图与实施例详细描述本实用新型。图3所示为霍尔传感器所能检测的磁场方向。霍尔器件的2个输入端子分别和正负电势相连，当不存在磁场或者磁场强度很弱时，霍尔传感器的两个输出端子之间的电压差近似为零；当垂直于霍尔器件平面的磁场强度或者方向发生变化时，霍尔传感器的两个输出端子之间存在一个几百微伏左右的电压差。通过检测霍尔传感器输出端子之间的电压差变化，作为磁场变化的指示。参照图4、图5，本实用新型所述的一种减小霍尔元件失调电压和屏蔽噪声干扰的结构，采用了隔离环3、高压N阱6做N^i接触，以及圆形形状的霍尔元件和金属噪声屏蔽层。图4所示为本实用新型的霍尔元件的纵向剖面图。剖面图的左右两侧是高压P阱 3和P型埋层1形成对隔离结构，剖面图中N型外延层2构成了霍尔平面。霍尔元件包括 在N型晶圆上形成P型埋层1 ；在N型晶圆上淀积N型外延层2 ；在P型埋层1上扩散生成高压P阱3和低压P阱4，高压P阱3和P型埋层1形成上下对隔离；在N型外延层2上扩散生成高压N阱6和低压N阱7 ；形成N+注入区8、P+注入区5 (包括在N型外延层2形成的P+注入区)；在对应的P+注入区8、N+注入区5剥离氧化物形成接触孔后淀积金属引出霍尔元件的端子，淀积保护层。图5所示为本实用新型的霍尔元件的平面示意图。由P型埋层1、高压P阱3、低压P阱4以及P+注入区5构成的隔离环，通过顶层金属和一个干净的固定电平相连，可以避免外部的噪声干扰霍尔器件内部，尽可能减少噪声。图6所示为文氏桥等效电路。在直流状态下，霍尔元件可以看作是一个由分布电阻构成的文氏桥。理想情况时，Rl = R2 = R3 = R4。当有磁场作用于霍尔元件时，就会在H2 和H4的两端产生感应电势，这个感应电势经过放大、控制处理后就可以去驱动输出电路。图7是四个并联连接的本实用新型的圆形霍尔元件平面结构图。四个如图4、图5 所示的圆形霍尔元件并联在一起。上述结构的成型步骤为形成N型晶圆；在N型晶圆上形成P型埋层；在N型晶圆上淀积N型外延层；在P型埋层上扩散生成高压P阱和低压P阱，高压P阱和P型埋层直接相接；在N型外延层上扩散生成高压N阱和低压N阱；形成N+注入区、P+注入区，包括在N 型外延层区域淀积重掺杂的P+;在对应的P+注入区、N+注入区剥离氧化物形成接触孔后淀积金属引出霍尔器件的端子，淀积保护层。另外在霍尔元件的深阱隔离环外，加入一圈接地的P+注入区隔离环。本实用新型的特点是采用BCD工艺制作霍尔元件，具有更低的噪声干扰，更低的失调电压，更高的霍尔系数。主要特点是(1)本实用新型采用了圆形形状霍尔元件；(2)本实用新型采用了高压P阱隔离环；(3)本实用新型采用了高压N阱做^pi接触；以上实施例的描述主要是为了说明本实用新型的基本原理和主要特征。本实用新型不局限于上述实施例的描述范围，在本实用新型所附权利要求书的范围内，可以做出各种补充、变更和取代。
权利要求1.低噪声低失调电压的霍尔传感器，包括霍尔元件，其特征在于，所述霍尔元件为圆形，包括在N型晶圆上淀积形成的N型外延层以及在N型晶圆上形成的圆形高压P阱隔离环。
2.根据权利要求1所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，所述隔离环包括在N型晶圆上形成的P型埋层、在P型埋层上扩散生成的高压P阱和低压P阱、以及在所述低压P阱内的P+注入区。
3.根据权利要求2所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，还包括四组成圆周均布的扩散区。
4.根据权利要求3所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，所述扩散区包括在所述N型外延层上扩散生成的高压N阱和低压N讲，以及在所述低压N阱内的N+注入区。
5.根据权利要求4所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，还包括在对应的所述P+注入区、N+注入区剥离氧化物形成接触孔后淀积金属引出的霍尔元件端子。
6.根据权利要求1所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，在所述隔离环外设有一圈在所述N型外延区域形成的接地的P+注入区。
7.根据权利要求1所述的低噪声低失调电压的霍尔传感器，其特征在于，所述高压P阱的掩模层比P型埋层的掩模层大0. 05um。
专利摘要本实用新型提供一种低噪声低失调电压的霍尔传感器，包括霍尔元件，所述霍尔元件为圆形，包括在N型晶圆上淀积形成的N型外延层以及在N型晶圆上形成的圆形高压P阱隔离环。上述结构的霍尔传感器，由于采用四个圆形霍尔元件并联连接的中心对称布图设计，大大降低了失调电压，提高霍尔元件的一致性。
文档编号H01L43/04GK202167545SQ201120271648
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者徐敏, 曾科, 陈宏冰, 陈忠志 申请人:上海腾怡半导体有限公司