一种霍尔集成器件的制作方法

本实用新型涉及传感领域，具体涉及一种化合物半导体线性霍尔集成器件。

背景技术：

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，一般用于检测磁场及其变化。霍尔元件的灵敏度和材料的迁移率密切相关。为了进一步提升霍尔元件的灵敏度，人们采用化合物半导体替代硅，获得了高灵敏度、高线性度以及温度稳定性高的化合物半导体霍尔元件。

目前，常用的化合物半导体霍尔元件包括砷化镓霍尔元件、砷化铟霍尔元件、锑化铟霍尔元件等，都有广阔的市场。

然而，霍尔元件本身输出的信号较弱，在实际应用中，需要与后端放大电路匹配使用。为了减小霍尔元件产品的尺寸，人们开发了将霍尔元件与硅放大器封装在一起的结构。但这种方式较为繁琐，工艺不具有兼容性，而且因为两种材料具有不同的温度、压力特性等，在使用过程中，存在稳定性和可靠性问题。

目前，已经报道的霍尔元件与硅放大器集成方式主要为：采用离子注入工艺，在砷化镓衬底上形成霍尔元件功能区和场效应晶体管功能区，通过场效应晶体管进行信号放大。然而，这种方式存在的问题在于，只能用于制造砷化镓霍尔器件产品，如果制造类似于砷化铟霍尔器件产品，衬底需更换成砷化铟，则无法制造场效应晶体管。

技术实现要素：

为此，本实用新型所要解决的是现有霍尔集成器件产品单一、制备成本高的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种霍尔集成器件，包括化合物半导体霍尔元件以及形成在所述霍尔元件上方的信号放大元件，用于所述霍尔元件的信号放大；

所述信号放大元件为化合物半导体同质结晶体管或化合物半导体异质结晶体管。

可选地，所述信号放大元件为异质结晶体管。

可选地，所述霍尔元件包括层叠设置的衬底、功能层和第一电极。

可选地，所述异质结晶体管包括层叠设置的亚集电区、集电区、基区、发射区、接触层和第二电极，以及分别形成在所述亚集电区和所述集电区上的第三电极和第四电极。

可选地，所述基区面积小于所述集电区面积，所述第四电极直接形成在所述集电区与所述基区形成的平台上；所述集电区面积小于所述亚集电区面积，所述第三电极直接形成在所述集电区与所述亚集电区形成的平台上。

可选地，所述信号放大元件在所述霍尔元件上的投影面积小于所述霍尔元件靠近所述信号放大元件的表面面积，所述第一电极直接形成在所述信号放大元件与所述霍尔元件形成的平台上；

还包括形成在所述霍尔元件和所述信号放大元件之间的腐蚀阻挡层。

可选地，还包括形成在所述功能层与所述腐蚀阻挡层之间的晶格渐变层。

可选地，所述霍尔元件为砷化镓霍尔元件、砷化铟霍尔元件或锑化铟霍尔元件中的一种。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型实施例所述的一种霍尔集成器件，包括化合物半导体霍尔元件以及形成在所述霍尔元件上方的信号放大元件，用于所述霍尔元件的信号放大；所述信号放大元件为化合物半导体同质结晶体管或化合物半导体异质结晶体管。信号放大元件设置在霍尔元件上方，不但集成度高、利于霍尔集成器件在狭小空间内传感、探测，而且避免了衬底种类对信号放大元件的影响，可适用霍尔元件种类范围广，有效降低了制造成本。

2、本实用新型实施例所述的一种霍尔集成器件的制备方法，工艺成熟且工艺兼容性高，制备成本低，产品良率高。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型实施例所述的霍尔集成器件结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述的霍尔集成器件外延结构示意图；

图中附图标记表示为：1-衬底、2-功能层、3-腐蚀阻挡层、4-亚集电区、5-集电区、6-基区、7-发射区、8-接触层、91-第一电极、92-第二电极、93-第三电极、94-第四电极。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本实用新型的构思充分传达给本领域技术人员，本实用新型将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

实施例1

本实施例提供一种霍尔集成器件，如图1所示，包括化合物半导体霍尔元件以及形成在霍尔元件上方的信号放大元件，用于霍尔元件的信号放大；还包括形成在霍尔元件和信号放大元件之间的腐蚀阻挡层3；信号放大元件为化合物半导体同质结晶体管或化合物半导体异质结晶体管。

作为本实用新型的一个实施例，本实施例中，信号放大元件为化合物半导体异质结晶体管；异质结晶体管包括层叠设置的亚集电区4、集电区5、基区6、发射区7、接触层8和第二电极92，以及分别形成在亚集电区4和集电区5上的第三电极93和第四电极94。

具体的，亚集电区4为砷化镓层，厚度为500nm；集电区5为砷化镓层，厚度为500nm；基区6为砷化镓层，厚度为90nm；发射区7为铟镓磷层，厚度为50nm；接触层8为砷化镓层，厚度为300nm；第三电极93、第四电极94均为Mo电极。

基区6面积小于集电区5面积，第四电极94直接形成在集电区5与基区6形成的平台上；集电区5面积小于亚集电区4面积，第三电极93直接形成在集电区5与亚集电区4形成的平台上。

作为本实用新型的可变换实施例，信号放大元件还可以为其他化合物半导体异质结晶体管、薄膜场效应管(TFT)等化合物半导体同质结晶体管，均可以实现本实用新型的目的，属于本实用新型的保护范围。

作为本实用新型的一个实施例，本实施例中，霍尔元件包括层叠设置的衬底1、功能层2和第一电极91。信号放大元件在霍尔元件上的投影面积小于霍尔元件靠近信号放大元件的表面面积，第一电极91直接形成在信号放大元件与霍尔元件形成的平台上。

具体的，衬底1为砷化镓衬底，功能层2为砷化镓层，厚度为1μm。

作为本实用新型的可变换实施例，霍尔元件可以为砷化镓霍尔元件、砷化铟霍尔元件或锑化铟霍尔元件中的一种，均可以实现本实用新型的目的，属于本实用新型的保护范围。

本实施例中，信号放大元件设置在霍尔元件上方，不但集成度高、利于霍尔集成器件在狭小空间内传感、探测，而且避免了衬底种类对信号放大元件的影响，可适用霍尔元件种类范围广，有效降低了制造成本。同时，采用同种材料进行加工，物理化学性质相同或相似，能够有效提高器件的稳定性和可靠性。

上述霍尔集成器件的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1、在衬底1上依次形成叠置的功能层2、腐蚀阻挡层3、亚集电区4、集电区5、基区6、发射区7、接触层8。

功能层2的制备方法为：以砷烷(AsH₃)为砷源、三甲基镓(TMGa)为镓源、硅烷(SiH₄)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

腐蚀阻挡层3的制备方法为以磷烷(PH₃)为磷源、三甲基铟(TMIn)为铟源、三甲基镓(TMGa)为镓源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长得到铟镓磷层。腐蚀阻挡层3能够将霍尔元件功能层2和信号放大元件的各功能层(亚集电区4等)隔开，对信号放大元件进行工艺制备时，腐蚀阻挡层3可以有效保护霍尔元件的功能层2，当信号放大元件工艺完成后，去除腐蚀阻挡层，再对霍尔元件的功能层2进行加工，保证信号放大元件制备工艺和霍尔元件制备工艺互不受影响。

亚集电区4的制备方法为：以砷烷(AsH₃)为砷源、三甲基镓(TMGa)为镓源，硅烷(SiH₄)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

集电区5的制备方法为：以砷烷(AsH₃)为砷源、三甲基镓(TMGa)为镓源，硅烷(SiH₄)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

基区6的制备方法为：以砷烷(AsH₃)为砷源、三甲基镓(TMGa)为镓源，四溴化碳(CBr₄)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

发射区7的制备方法为：以磷烷(PH₃)为磷源、三甲基铟(TMIn)为铟源、三甲基镓(TMGa)为镓源，硅烷(SiH4)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

接触层8的制备方法为：以砷烷(AsH₃)为砷源、三甲基镓(TMGa)为镓源，硅烷(SiH₄)为掺杂源，氢气(H₂)为载气，生长温度为650℃，压力为100mbar，Ⅴ/Ⅲ比为100，进行生长。

S2、通过光刻和刻蚀工艺对基区6、发射区7、接触层8进行图案化，形成集电区5平台；

通过光刻和刻蚀工艺对亚集电区4、集电区5进行图案化，形成集电区5平台；

通过选择性腐蚀，去除腐蚀阻挡层3，形成功能层2平台，从而形成外延结构图案。

S3、在功能层2上形成第一电极91，在接触层8上形成第二电极92，在亚集电区4和集电区5上分别形成第三电极93和第四电极94。

上述霍尔集成器件的制备方法，还包括：

S4、连接芯片内部电路；

S5、对衬底1进行减薄、划片，通过金线打线拉出引脚；进行芯片封装。

步骤S4、S5均同现有技术，本实施例不再赘述。

上述霍尔集成器件的制备方法，工艺成熟且同种材料工艺兼容性高，制备成本低，产品良率高。

实施例2

本实施例提供一种霍尔集成器件，其结构和制备方法同实施例1，不同的是：功能层2为砷化铟层，厚度500nm。功能层2与腐蚀阻挡层3之间还设置有晶格渐变层。

由于砷化铟与砷化镓及其基材铟镓磷层的晶格存在失配，如果直接在砷化铟上生长信号放大元件中的砷化镓层或铟镓磷层，则器件性能会因为晶格失配而大受影响，因此，本实施例中加入晶格渐变层，使材料的晶格常数互相匹配，有效提高了器件的灵敏度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。