一种霍尔传感器及其制作方法与流程

[0001]
本发明涉及半导体传感器技术领域，更具体地说，涉及一种霍尔传感器及其制作方法。


背景技术：

[0002]
霍尔传感器是一种利用霍尔效应实现磁电转换的器件，其不仅可以直接实现磁场的测量，还可以间接实现距离、位置、旋转角度、速度和电流等信号的测量。并且，霍尔传感器因具有高精度、低功耗、微型化、智能化等特点，已经在航空航天、生物医学以及工业生产等各个领域得到了广泛应用。
[0003]
传统的霍尔传感器大多采用cmos工艺制造，不仅具有工艺简单、成本低等优点，而且还可以和控制电路、驱动电路等集成在同一个芯片内部，实现传感器微系统的低功耗、微型化和高可靠性。但是，采用cmos工艺制造的霍尔传感器仍存在磁场灵敏度较低的问题，不利于霍尔传感器的应用。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明提供了一种霍尔传感器及其制作方法，以提高霍尔传感器的磁场灵敏度。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006]
一种霍尔传感器，包括p型衬底以及位于所述p型衬底上的n阱有源区、p型覆盖层、引出电极和至少四个接触孔，所述n阱有源区和所述引出电极均具有至少四个叉指；
[0007]
所述p型覆盖层和所述引出电极位于所述n阱有源区的中间区域；所述引出电极覆盖所述p型覆盖层，且分布在所述p型覆盖层的中间区域；所述至少四个接触孔分布在所述n阱有源区的四周，且分别位于所述引出电极的至少四个叉指的外端。
[0008]
可选地，所述接触孔在其延伸方向上的长度大于或等于所述引出电极中与所述接触孔对应设置的叉指的长度。
[0009]
可选地，所述p型覆盖层是采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料进行注入实现的。
[0010]
可选地，所述横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料包括氟和硼。
[0011]
一种霍尔传感器的制作方法，包括：
[0012]
提供p型衬底；
[0013]
在所述p型衬底上形成n阱有源区；
[0014]
在所述n阱有源区的中间区域形成引出电极，所述引出电极和所述n阱有源区均具有至少四个叉指；
[0015]
在所述n阱有源区的中间区域进行材料注入形成p型覆盖层，所述引出电极覆盖所述p型覆盖层，且分布在所述p型覆盖层的中间区域；
[0016]
在所述n阱有源区的四周形成至少四个接触孔，所述至少四个接触孔分别位于所
述引出电极的至少四个叉指的外端。
[0017]
可选地，所述接触孔在其延伸方向上的长度大于或等于所述引出电极中与所述接触孔对应设置的叉指的长度。
[0018]
可选地，在所述n阱有源区的中间区域进行材料注入形成p型覆盖层包括：
[0019]
采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料在所述n阱有源区的中间区域进行材料注入形成p型覆盖层。
[0020]
可选地，所述横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料包括氟和硼。
[0021]
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
[0022]
本发明所提供的霍尔传感器及其制作方法，包括位于n阱有源区的中间区域的p型覆盖层，由于引出电极覆盖所述p型覆盖层，且分布在所述p型覆盖层的中间区域，因此，在霍尔传感器工作时，能够在n阱有源区和p型覆盖层之间产生耗尽层，从而可以有效减少热载流子效应，改善n阱有源区杂质的高斯分布，增加有效的n阱深度，降低n阱杂质浓度，进而可以提高霍尔器件的灵敏度。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0024]
图1为本发明一个实施例提供的霍尔传感器的立体结构示意图；
[0025]
图2为本发明一个实施例提供的霍尔传感器的俯视结构示意图；
[0026]
图3为图2所示的霍尔传感器沿切割线aa
’
的剖面结构示意图；
[0027]
图4为本发明实施例提供的霍尔传感器与传统的霍尔传感器的霍尔电压与磁场之间的关系的仿真结果对比图；
[0028]
图5为本发明实施例提供的霍尔传感器与传统的霍尔传感器的失调电压大小的仿真结果对比图；
[0029]
图6为本发明一个实施例提供的霍尔传感器的制作方法的流程图。
具体实施方式
[0030]
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。
[0031]
本发明实施例提供了一种霍尔传感器，如图1所示，包括p型衬底1以及位于p型衬底1上的n阱有源区2、p型覆盖层3、引出电极4和至少四个接触孔5，其中n阱有源区2和引出电极4均具有至少四个叉指。
[0032]
其中，p型覆盖层3和引出电极4位于n阱有源区2的中间区域。引出电极4覆盖p型覆盖层3，且分布在p型覆盖层3的中间区域。至少四个接触孔5分布在n阱有源区2的四周，且分
别位于引出电极4的至少四个叉指的外端。
[0033]
本发明一些实施例中，可选地，p型衬底1是对硅衬底等进行p型掺杂形成的；n阱有源区2是通过对p型衬底1进行低浓度的n型掺杂形成的；引出电极4是对p型衬底1进行氧化形成的二氧化硅层后进行p型掺杂形成的；p型覆盖层3是通过对n阱有源区2的中间区域进行材料注入形成的。接触孔5是n阱有源区2与外界电路之间的连接通道，是通过对n阱有源区2进行刻蚀并形成导电插塞后形成的。
[0034]
可选地，p型覆盖层3是采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料进行材料注入实现的。进一步可选地，横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料包括氟和硼。
[0035]
参考图1，当外部磁场沿z方向垂直施加到霍尔传感器上时，将对角线上的一对接触孔bb
’
接上偏置电压或电流，则会发生霍尔效应，在另一对接触孔cc
’
上会输出霍尔电压，根据输出的霍尔电压即可获得外部磁场的大小。
[0036]
由于随着工艺特征尺寸的缩小，n阱的深度越来越浅，n阱的杂质浓度越来越高，导致霍尔传感器的磁场灵敏度越来越低，因此，本发明实施例中在n阱有源区2的中间区域形成了p型覆盖层3，霍尔传感器工作时，在n阱有源区2和p型覆盖层3之间会产生耗尽层，从而可以有效减少热载流子效应，改善n阱有源区2杂质的高斯分布，增加有效的n阱深度，降低n阱杂质浓度，进而可以提高霍尔传感器的灵敏度。
[0037]
图4为本发明实施例提供的霍尔传感器与传统的霍尔传感器的霍尔电压与磁场之间的关系的仿真结果对比图，其中，s1为本发明提供的霍尔传感器的霍尔电压与磁场之间的关系曲线，s2为传统的霍尔传感器的霍尔电压与磁场之间的关系曲线。由图4可知，本发明提供的霍尔传感器可产生比传统的霍尔传感器提高21mv的霍尔电压。通过霍尔电压公式可知，在相同的偏置电压和磁场强度下，高的霍尔电压意味着高的器件灵敏度，即，本发明实施例中通过采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料，可有效提高霍尔传感器的灵敏度。
[0038]
本发明的一些实施例中，如图2所示，接触孔5在其延伸方向上的长度d1大于或等于引出电极4中与接触孔5对应设置的叉指的长度d2。传统的霍尔传感器采用短小的接触孔结构，容易在光刻过程中导致接触孔出现平移或旋转现象，造成不对称的接触孔分布结构，产生较大的霍尔失调电压。本发明的一些实施例中，通过增加接触孔5的长度，使接触孔5完全覆盖住引出电极4的叉指，这样即使接触孔5发生平移或旋转，接触孔5总是可以覆盖住引出电极4的叉指的，从而可以减小偏置电流在霍尔传感器内部分布不均匀的影响，避免产生过大的失调电压。
[0039]
图5为本发明实施例提供的霍尔传感器与传统的霍尔传感器的失调电压大小的仿真结果对比图，其中，s3为传统的霍尔传感器的失调电压大小的仿真曲线，s4为本发明提供的霍尔传感器的失调电压大小的仿真曲线，如图5所示，在4v偏压下，本发明实施例提供的霍尔传感器比传统的霍尔传感器的失调电压下降了11mv。
[0040]
本发明实施例还提供了一种霍尔传感器的制作方法，如图6所示，包括：
[0041]
s101：提供p型衬底；
[0042]
可选地，p型衬底1是对硅衬底等进行p型掺杂形成的。
[0043]
s102：在p型衬底上形成n阱有源区；
[0044]
其中n阱有源区2是通过对p型衬底1进行低浓度的n型掺杂形成的。
[0045]
s103：在n阱有源区的中间区域形成引出电极，引出电极和n阱有源区均具有至少四个叉指；
[0046]
其中，引出电极4是对p型衬底1进行氧化形成的二氧化硅层后进行p型掺杂形成的。
[0047]
s104：在n阱有源区的中间区域进行材料注入形成p型覆盖层，至少四个叉指覆盖p型覆盖层，且分布在p型覆盖层的中间区域；
[0048]
其中，p型覆盖层3是通过对n阱有源区2的中间区域进行材料注入形成的。可选地，p型覆盖层3是采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料进行材料注入实现的。即，在n阱有源区的中间区域形成p型覆盖层包括：采用横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料在n阱有源区的中间区域形成p型覆盖层。进一步可选地，横向扩散金属氧化物半导体的浅掺杂材料包括氟和硼。
[0049]
s105：在n阱有源区的四周形成至少四个接触孔，至少四个接触孔分别位于引出电极至少四个叉指的外端。
[0050]
其中接触孔5是n阱有源区2与外界电路之间的连接通道，是通过对n阱有源区2进行刻蚀并形成导电插塞后形成的。
[0051]
当霍尔传感器工作时，在n阱有源区2和p型覆盖层3之间会产生耗尽层，从而可以有效减少热载流子效应，改善n阱有源区2杂质的高斯分布，增加有效的n阱深度，降低n阱杂质浓度，进而可以提高霍尔传感器的灵敏度。
[0052]
本发明一些实施例中，接触孔5在其延伸方向上的长度d1大于或等于引出电极4中与接触孔5对应设置的叉指的长度d2。本发明的一些实施例中，通过增加接触孔5的长度，使接触孔5完全覆盖住引出电极4的叉指，这样即使接触孔5发生平移或旋转，接触孔5总是可以覆盖住引出电极4的叉指的，从而可以减小偏置电流在霍尔传感器内部分布不均匀的影响，避免产生过大的失调电压。
[0053]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0054]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。