一种集成放大器件的霍尔器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种集成放大器件的霍尔器件及其制备方法。

背景技术：

半导体霍尔器件因其高灵敏度、高线性度以及较好的温度稳定性而广泛应用于光学防抖、自动控制、无刷电机、汽车电器等领域。然而，由于霍尔器件本身输出的信号较弱，在实际应用中，往往需要配合后端放大电路使用。对于独立制备及封装的霍尔器件、独立制备及封装的放大电路，通常使用金属导线将两者连接。这些导线在电磁或湿热等恶劣环境下暴露容易干扰到微小的霍尔器件输出信号，从而使得采用独立制备及封装的放大电路对独立制备及封装的霍尔元件的输出信号进行放大时，放大后的信号容易失真。另一方面，由于在霍尔器件与放大电路在制备时所采用的材料不同(例如，霍尔器件往往采用砷化镓gaas衬底，而放大电路往往采用硅si衬底)，很难将两者直接集成在一起。如果能够将霍尔器件的信号进行原位放大，然后在通过导线连接到封装好的放大电路，放大后的霍尔信号能够很好的抵御干扰信号，从而极大的缓解信号失真的情况。

对此，现有技术提供了一种集成放大器件的霍尔器件结构的制备方法，所制得的结构如图1所示。该方法包括如下步骤：s1、在衬底01上依次形成叠置的霍尔功能层02、腐蚀阻挡层03、亚集电区04、集电区05、基区06、发射区07、接触层08，其中霍尔功能层02、亚集电区04、集电区05、基区06均采用砷化镓gaas材质，发射区07采用铟镓磷ingap材质，接触层08采用砷化镓gaas材质；s2、通过光刻和刻蚀工艺对基区06、发射区07、接触层08进行图案化，形成集电区05平台；s3、在功能层02上形成第一电极091，在接触层08上形成第二电极092，在亚集电区04和集电区05上分别形成第三电极093和第四电极094；s4、连接芯片内部电路；s5、对衬底01进行减薄、划片，提用过金线打线拉出引脚，进行芯片封装。该制备方法通过腐蚀阻挡层03将霍尔元件功能层02和信号放大元件的各功能层(亚集电区04等)隔开，对信号放大元件进行工艺制备时，通过腐蚀阻挡层03有效保护霍尔元件的功能层02，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02进行加工，以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。

然而，上述制备方法需要多次外延光刻对准以得到多层结构，工艺步骤较多，且对工艺步骤的精度要求较高，从而上述方法的工艺复杂度较高，重复性较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种集成放大器件的霍尔器件制备方法及其结构，以解决现有技术中集成放大器件的霍尔器件制备方法的工艺复杂度较高的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种集成放大器件的霍尔器件的制备方法，包括：在衬底上形成第一半导体层，所述第一半导体层适于用作霍尔功能层；在所述第一半导体层上外延生长第二半导体层，所述第二半导体层与所述第一半导体层之间形成二维电子气；去除部分第二半导体层，使其下的第一半导体层外露出来；去除部分外露的第一半导体层，使得所述第一半导体层上外露的部分与未露的部分隔离；在外露的第一半导体层上设置电极，形成霍尔器件；在未露的第一半导体层上的第二半导体层上设置电极，形成放大器件。

可选地，所述在衬底上形成第一半导体层，在所述第一半导体层上外延生长第二半导体层的步骤包括：在衬底上外延生长一层gaas，在所述gaas层上外延生长一层ingap。

可选地，所述在所述第一半导体层上外延生长第二半导体层，所述第二半导体层与所述第一半导体层之间形成二维电子气的步骤之后，还包括：在所述第二半导体层上形成第三半导体层，所述第三半导体层适于用作欧姆接触层；相应地，所述在未露的第一半导体层上的第二半导体层上设置电极，形成放大器件的步骤之前，还包括：去除未露的第一半导体层上的第二半导体层表面中部对应的第三半导体层；所述在未露的第一半导体层上的第二半导体层上设置电极，形成放大器件的步骤，包括：在所述第二半导体层表面中部设置第一电极，在第三半导体层上至少形成第二电极、第三电极。

可选地，采用外延生长的方法在所述第二半导体层上形成第三半导体层。

可选地，所述方法还包括：在霍尔器件的输出电极与第一电极之间设置导线。

可选地，外延生长工艺包括以下至少一者：气相外延、液相外延、分子束外延。

根据第二方面，本发明实施例提供了一种集成放大器件的霍尔器件，包括：衬底；霍尔器件，设置在所述衬底上，包括第一半导体层以及设置在所述第一半导体层上的电极，所述第一半导体层适于用作霍尔功能层；放大器件，设置在所述衬底上，包括层叠设置的第一半导体层、第二半导体层，以及设置在所述第二半导体层上的电极，所述第一半导体层和所述第二半导体层之间形成二维电子气；所述放大器件的第一半导体层与所述霍尔器件的第一半导体层隔离，且由同一工艺步骤形成。

可选地，所述第一半导体层的材质包括gaas，所述第二半导体层的材质包括ingap。

可选地，所述集成放大器件的霍尔器件还包括：第三半导体层，设置在所述放大器件的第二半导体层上，且所述第三半导体层的中部露出第二半导体层，所述第三半导体层适于用作欧姆接触层；相应地，所述放大器件的电极包括：第一电极，设置在所述第三半导体层中部露出的第二半导体层上；第二电极、第三电极，设置在所述第三半导体层上。

可选地，所述霍尔器件的输出电极与所述放大器件的第一电极通过导线连接。

本发明实施例所提供的集成放大器件的霍尔器件及其制备方法，通过使第一半导体层和第二半导体层之间形成二维电子气来形成高电子迁移率晶体管放大器件，放大器件的结构简单，制作工艺的复杂度较低；且使放大器件与霍尔器件共用第一半导体层，所要形成的半导体层仅为两层，工艺步骤较少，能够进一步降低“集成放大器件的霍尔器件”制作工艺的复杂度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了通过现有制备方法制得的集成放大器件的霍尔器件的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的一种集成放大器件的霍尔器件的制备方法的流程图；

图3a-3e示出了根据本发明实施例的集成放大器件的霍尔器件的制备方法的各步骤示意图；

图4示出了根据本发明实施例的另一种集成放大器件的霍尔器件的制备方法的流程图；

图5a-5f示出了根据本发明实施例的集成放大器件的霍尔器件的制备方法的各步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图2示出了根据本发明实施例的一种集成放大器件的霍尔器件的制备方法的流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：

s101：在衬底上形成第一半导体层，第一半导体层适于用作霍尔功能层。

s102：在第一半导体层上外延生长第二半导体层，第二半导体层与第一半导体层之间形成二维电子气。

如图3a所示，1为衬底，2为第一半导体层，3为第二半导体层。

在此需要说明的是，外延生长技术是形成二维电子气的关键技术。外延生长技术能够使得在第一半导体层上面上生长几乎没有界面陷阱的、晶格匹配的第二半导体层，形成异质结，由此才能够形成二维电子气。

s103：去除部分第二半导体层，使其下的第一半导体层外露出来。如图3b所示。

s104：去除部分外露的第一半导体层，使得第一半导体层上外露的部分与未露的部分隔离。如图3c所示，去除了外露的第一半导体层中的部分。这样整个第一半导体层便分为外露部分和未露部分，且外露部分与未露部分是隔开的。

s105：在外露的第一半导体层上设置电极，形成霍尔器件。如图3d所示，设置电极54和55。

s106：在未露的第一半导体层上的第二半导体层上设置电极，形成放大器件。如图3d所示，设置电极51、52和53。可选地，该步骤在第二半导体层上设置电极之前，可以在第二半导体层与电极之间形成欧姆接触层，形成欧姆接触层的方法可以在第二半导体层上以离子注入或其他手段增加第二半导体层表层的载流子浓度，也可以采用如实施例二所述的外延生长欧姆接触层的方法，或者也可以采用其他方法，本申请不做限定。本实施例中其他设置电极的方式与此类似(除非有特殊说明)，在此不再赘述。

需要补充说明的是，该步骤s105和s106所述的“设置电极”并不限于图中所示的三个电极，也可以是设置其他数量的电极，也可以是在其他位置设置电极(例如，图3d中霍尔器件的侧面还应当设置有一对电极)，附图3d仅仅是给出了“设置电极”步骤的示意而已。

本发明实施例所提供的集成放大器件的霍尔器件的制备方法，使放大器件与霍尔器件共用第一半导体层，所要形成的半导体层仅为两层，工艺步骤较少，从而与现有技术相比能够大大简化工艺复杂度。

实施例二

图4示出了根据本发明实施例的另一种集成放大器件的霍尔器件的制备方法的流程图。如图4所示，该方法包括如下步骤：

s201：在衬底上外延生长第一半导体层，第一半导体层适于用作霍尔功能层。

步骤s201和s202均通过外延生长工艺来形成，能够进一步降低对工艺设备的要求、简化工艺的复杂度。

s202：在第一半导体层上外延生长第二半导体层，第二半导体层与第一半导体层之间形成二维电子气。

如图5a所示，1为衬底，2为第一半导体层，3为第二半导体层。

s203：在第二半导体层上形成第三半导体层，第三半导体层适于用作欧姆接触层。

如图5a所示，4为第三半导体层。

s204：去除部分第二半导体层及其上的欧姆接触层，使其下的第一半导体层外露出来。如图5b所示。

s205：去除部分外露的第一半导体层，使得第一半导体层上外露的部分与未露的部分隔离。如图5c所示，去除了外露的第一半导体层中的部分。这样整个第一半导体层便分为外露部分和未露部分，且外露部分与未露部分是隔开的。

s206：去除未露的第一半导体层上的第二半导体层表面中部对应的第三半导体层。步骤s205之后所得到的图5c所示结构中，未露的第一半导体层上有第二半导体层，还有第三半导体层，步骤s206仅去除第二半导体层中部对应的第三半导体层，而保留该中部外侧的欧姆接触层。可选地，还可以进一步去除“该中部外侧的欧姆接触层”中的部分，使剩余的欧姆接触层形成与至少两个电极位置对应的块。

s207：在第二半导体层表面中部设置第一电极，在第三半导体层上至少形成第二电极、第三电极。

如图5e所示，分别设置放大器件的第一电极51、第二电极52和第三电极53。由于第二半导体层表面中部对应的第三半导体层已被去除，因此第一电极51与第二半导体是直接接触，二者之间没有欧姆接触层，从而第一电极51与第二半导体层之间为肖特基接触，以用于控制二维电子气的浓度，进而控制输出电流的大小。

s208：在外露的第一半导体层上设置电极，形成霍尔器件。如图5e所示，设置电极54和55。

需要补充说明的是，该步骤s207和s208所述的“设置电极”并不限于图中所示的电极，也可以是设置其他数量的电极，也可以是在其他位置设置电极(例如，图5e中霍尔器件的侧面还应当设置有一对电极)，附图5e仅仅是给出了“设置电极”步骤的示意而已。

上述步骤s208之后，便可以对器件进行封装、减薄、划片等操作，封装时将霍尔器件和放大器件的电极均引出到封装体外，集成放大器件的霍尔器件在使用时，再根据需要将封装体外预留的霍尔器件的输出端连接至封装体外预留的放大器件的输入端。可选地，还可以通过下列步骤s209在封装体内部将霍尔器件的输出电极与放大器件的输入电极相连。

s209：在霍尔器件的输出电极与第一电极之间设置导线。

该第一电极51便是放大器件的输入电极，图中并未示出与放大器件输入电极连接的霍尔器件的输出端具体是哪一个，具体可以参见实施例三。本领域技术人员容易理解，霍尔器件的输出端包括第一输出端和第二输出端，在实际实现的过程中，可以将霍尔器件的第一输出端与放大器件的第一电极51连接，将霍尔器件的第二输出端与放大器件的第二电极52连接(或者，也可以将霍尔器件的第二输出端与放大器件的第三电极53连接)，而将第二电极52和第三电极53作为放大器件的两个输出端。

本发明实施例所提供的集成放大器件的霍尔器件的制备方法，使放大器件与霍尔器件共用第一半导体层，所要形成的半导体层仅为两层，工艺步骤较少，从而与现有技术相比能够大大简化工艺复杂度。

作为实施例一或实施例二的一种可选实施方式，步骤s101、s102或者步骤s201、s202可以是在衬底(例如采用半绝缘gaas衬底，以进一步简化工艺难度)上外延生长一层gaas，在gaas层上外延生长一层ingap。由于依次形成第一半导体层2、第二半导体层3之后，还需要有选择性地去除部分第二半导体层使其下的第一半导体层2外露出来，再进一步有选择性能地去除部分外露的第二半导体层，因此，第一半导体层2的材质a和第二半导体层3的材质b需要满足“去除a的同时，b不会被去除；且去除b的同时，a不会被去除”，并且“a适于用作霍尔功能层，a和b之间能够形成二维电子气”，为此，本申请提出a材质可以采用gaas，b材质可以采用ingap，以满足本申请工艺步骤的要求。需要指出的是，这只是本申请提供的一种可选实施方式，实际a材质和b材质也可以选用满足“去除a的同时，b不会被去除；且去除b的同时，a不会被去除”并且“a适于用作霍尔功能层，a和b之间能够形成二维电子气”的其他材质(例如，a还可以为inas，对应地b可以为inalsb)本申请不做限定。

作为实施例一或实施例二的一种可选实施方式，采用外延生长的方法在第二半导体层上形成第三半导体层，即采用外延生长的方法形成欧姆接触层，可以获得较高的电子浓度而容易和金属形成欧姆接触。

可选地，本申请中所述的外延生长工艺可以是气相外延、液相外延、分子束外延。

实施例三

本发明实例提供了一种集成放大器件的霍尔器件，该集成放大器件的霍尔器件可以采用实施例一或二或者其任意一种可选实施方式制备而成。如图3d所示，该集成放大器件的霍尔器件包括衬底1，以及设置在该衬底上的霍尔器件和放大器件。

霍尔器件包括第一半导体层2以及设置在第一半导体层2上的电极(例如图中的54和55)。放大器件包括层叠设置的第一半导体层2、第二半导体层3，以及设置在第二半导体层3上的电极(例如，图中的51、52和53)。放大器件的第一半导体层2与霍尔器件的第一半导体层2隔离，且由同一工艺步骤形成。

上述集成放大器件的霍尔器件，通过使第一半导体层和第二半导体层之间形成二维电子气来形成放大器件，放大器件的结构简单，制作工艺的复杂度较低；且放大器件中的一层能够和霍尔功能层同层制备，能够进一步降低“集成放大器件的霍尔器件”制作工艺的复杂度。

需要补充说明的是，图3d中的“电极”仅仅是该集成放大器件的霍尔器件的电极设置的一种情形，本实施例中霍尔器件和放大器件上的电极也可以是其他数量、设置在其他位置(例如，图3d中霍尔器件的侧面还应当设置有一对电极)，图中仅仅是给出一种示意。

实施例四

图1示出了根据本发明实例的另一种集成放大器件的霍尔器件结构示意图，该集成放大器件的霍尔器件可以采用实施例一或二或者其任意一种可选实施方式制备而成。如图5e所示，与实施例三的区别在于，还包括第三半导体层4，设置在放大器件的第二半导体层3上，且第三半导体层4的中部露出第二半导体层3，第三半导体层4适于用作欧姆接触层。相应地，放大器件的电极包括第一电极51、第二电极52和第三电极53。

第一电极51设置在第三半导体层4中部露出的第二半导体层3上，与第二半导体层形成肖特基接触，用于控制二维电子气的浓度，二维电子气的浓度越高，载流子迁移率越高，从而放大器件的输出电流值越大。

第二电极52和第三电极53设置在第三半导体层4上，通过第三半导体层4与第二半导体层3形成良好的欧姆接触。

作为实施例三或四的一种可选实施方式，如图3e和图5f所示，霍尔器件的输出电极(通常设置在霍尔器件的侧面，如图中的黑色圆点或半圆点所示)与放大器件的第一电极51通过导线连接，霍尔器件的另一输出电极与放大器件的第二电极52(或者第三电极53)通过导线连接，将放大器件的第二电极52和第三电极53作为放大器件的输出端，也即该集成放大器件的霍尔器件的输出端，以便通过霍尔器件的输出电极控制二维电子气的浓度，进而使得放大器件的输出电流值与霍尔器件的输出值成比例放大关系。

作为实施例三或实施例四的一种可选实施方式，第一半导体层的材质包括gaas，第二半导体层的材质包括ingap。具体请参见实施例二。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。