專利名稱：集成霍爾器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及霍爾器件，具體地說(shuō)，涉及單片集成的新型霍爾器件。
背景技術(shù)：
霍爾器件是一種磁傳感器，能夠檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。公布號(hào)為US20050042814A1的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢龌阢熸壣樘厥獠牧现谱鱄ALL 器件的方法，使用這種材料制作的HALL器件靈敏度高，但不能使用標(biāo)準(zhǔn)集成工藝實(shí)現(xiàn)；公布號(hào)為US20060108654A1的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N在P型摻雜和N型摻雜區(qū)域交替制作的HALL器件，制作方法簡(jiǎn)單，能兼容標(biāo)準(zhǔn)bipolar工藝制作步驟；專利號(hào)為US5627398的美國(guó)專利提出了一種CMOS集成電路中制作霍爾傳感器的方法，將霍爾器件集成在N型阱電阻上。由于CMOS工藝具有功耗低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，目前霍爾集成器件大部分都使用CMOS集成工藝制作，但是由于CMOS工藝自身缺陷，制作的霍爾器件失調(diào)較大、靈敏度較低。目前集成霍爾器件主要采用特殊的材料、bipolar工藝或CMOS工藝制作。特殊材料如銦鎵砷等制作的霍爾器件，靈敏度高，但是不能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)集成工藝實(shí)現(xiàn)，因此制造成本高；bipolar工藝制作的霍爾器件，靈敏度較高，但是功耗高、失調(diào)大，一致性較差；CMOS工藝制作的霍爾器件可以和信號(hào)處理電路集成在一起，降低生產(chǎn)成本，集成度高、功耗低，但是霍爾系數(shù)較低、失調(diào)較大以及工作電壓較低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種集成霍爾器件，兼容于BCD工藝制作，同時(shí)具備bipolar工藝的靈敏度、CMOS工藝的低功耗、高集成等優(yōu)點(diǎn)，以及DMOS工藝的高壓大功率的優(yōu)點(diǎn)，可以將霍爾器件和信號(hào)處理電路以及功率管一體化成磁場(chǎng)檢測(cè)芯片。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種集成霍爾器件，包括N型外延層；在所述N型外延層上形成的霍爾平面；從所述霍爾平面上引出的用金屬淀積方法形成的端子；和在所述霍爾平面周?chē)纬傻母綦x環(huán)，該隔離環(huán)和干凈的電源或地連接。所述隔離環(huán)是由P型埋層、高壓P阱、低壓P阱和P+區(qū)域構(gòu)成，所述高壓P阱和P 型埋層直接相連后再和低壓P阱、P+區(qū)域一起形成隔離推結(jié)，該隔離推結(jié)通過(guò)金屬連接在一起和干凈的電源或地相連以形成隔離環(huán)。所述P+注入?yún)^(qū)被低壓P阱包圍；所述低壓P阱被高壓P阱包圍。所述集成霍爾器件為正方形結(jié)構(gòu)。所述端子為四個(gè)，分布于集成霍爾器件的四個(gè)角上。所述四個(gè)端子中位于同一側(cè)的兩個(gè)與外部電源相連，另兩個(gè)作為霍爾電勢(shì)的輸出端。所述集成霍爾器件為十字形、菱形、圓形或八邊形。所述端子下方的N型外延層內(nèi)設(shè)有N+注入?yún)^(qū)。[0014]所述N+注入?yún)^(qū)被設(shè)于N型外延層內(nèi)的低壓N阱包圍；所述低壓N阱被設(shè)于N型外延層內(nèi)的高壓N阱包圍。所述N型外延層的遠(yuǎn)離霍爾平面處形成有N型襯底。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的BCD工藝制作的霍爾器件，無(wú)需添加額外的制作步驟。相對(duì)于CMOS工藝制作的霍爾器件，具有更高的霍爾系數(shù)和更小的失調(diào)電壓。由于兼容BCD工藝，可以將霍爾器件、功率管和信號(hào)處理電路等集成在一起，制作功耗更小、耐壓更高、集成度更高的磁場(chǎng)檢測(cè)芯片。和傳統(tǒng)工藝制作的霍爾器件相比，利用這種制作方法制作的霍爾器件擁有更高的霍爾系數(shù)、更小的襯底噪聲。

圖1給出霍爾傳感器能夠檢測(cè)的磁場(chǎng)方向；圖2給出本實(shí)用新型霍爾器件的剖面圖；圖3是本實(shí)用新型霍爾器件的平面圖；圖4是霍爾器件的應(yīng)用示意圖；圖5是本實(shí)用新型霍爾器件的制作工藝流程。參考標(biāo)記列表[0023]1N型襯底[0024]2P型預(yù)埋層[0025]3N型外延層[0026]4高壓P阱[0027]5低壓P阱[0028]6P+注入?yún)^(qū)[0029]7高壓N阱[0030]8低壓N阱[0031]9N+注入?yún)^(qū)[0032]10金屬淀積[0033]11隔離環(huán)[0034]12霍爾平面[0035]Α、B、C、D 代表:[0036]V+高電勢(shì)[0037]V-低電勢(shì)VH+霍爾高電勢(shì)VH-霍爾低電勢(shì)Θ代表磁場(chǎng)方向是垂直于紙面向外的方向 —代表霍爾器件外加電壓后電流的流向^代表在磁場(chǎng)變化的情況下產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)的電流流向
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例詳細(xì)描述本實(shí)用新型。[0044]圖1所示為霍爾傳感器所能檢測(cè)的磁場(chǎng)方向?；魻柶骷?個(gè)輸入端子分別和正負(fù)電勢(shì)相連，當(dāng)不存在磁場(chǎng)或者磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱時(shí)，霍爾傳感器的兩個(gè)輸出端子之間的電壓差近似為零；當(dāng)垂直于霍爾器件平面的磁場(chǎng)強(qiáng)度或者方向發(fā)生變化時(shí)，霍爾傳感器的兩個(gè)輸出端子之間存在一個(gè)幾百微伏左右的電壓差。通過(guò)檢測(cè)霍爾傳感器輸出端子之間的電壓差變化，作為磁場(chǎng)變化的指示。圖2是本實(shí)用新型霍爾器件的剖面示意圖。剖面圖居中兩個(gè)對(duì)應(yīng)的是霍爾器件的任意2個(gè)端子10，左右兩側(cè)對(duì)應(yīng)的是隔離環(huán)11的結(jié)構(gòu)，它們都通過(guò)頂層淀積金屬引出信號(hào)。 剖面圖中N型外延層(Nepi) 3部分就構(gòu)成了霍爾平面12。如圖2所示，一種集成霍爾器件，包括N型外延層3 ；在所述N型外延層3上形成的霍爾平面12 ；從所述霍爾平面12上引出的用金屬淀積方法形成的端子；和在所述霍爾平面周?chē)纬傻母綦x環(huán)11，隔離環(huán)11是由P型預(yù)埋層2、高壓P阱4、低壓P阱5和P+注入?yún)^(qū) 6構(gòu)成的。所述高壓P阱4和P型預(yù)埋層2直接相連后再和低壓P阱5、P+注入?yún)^(qū)6 —起形成隔離推結(jié)，該隔離推結(jié)通過(guò)金屬連接在一起和干凈的電源或地相連以形成隔離環(huán)11。所述P+注入?yún)^(qū)6被低壓P阱5包圍；所述低壓P阱5被高壓P阱4包圍。所述端子10下方的N型外延層3內(nèi)設(shè)有N+注入?yún)^(qū)9。所述N+注入?yún)^(qū)9被設(shè)于N型外延層3內(nèi)的低壓N阱8包圍；所述低壓N阱8被設(shè)于N型外延層3內(nèi)的高壓N阱7包圍。所述N型外延層3的遠(yuǎn)離霍爾平面12處形成有N型襯底1。圖3是霍爾器件的平面示意圖。邊緣一圈是由P型預(yù)埋層(PBL)2、高壓P阱 (HVPff) 4、低壓P阱(LVPW) 5和P+注入?yún)^(qū)6構(gòu)成的隔離環(huán)，通過(guò)頂層金屬和一個(gè)干凈的固定電平相連，可以避免外部的信號(hào)干擾通過(guò)N型襯底1傳到霍爾器件內(nèi)部，盡可能減少噪聲。 霍爾平面12的四個(gè)端子A、B、C、D中兩個(gè)與外部電源相連，另兩個(gè)端子作為輸出端，反映霍爾電勢(shì)的大小。四個(gè)端子A、B、C、D采用對(duì)角線連接，如位于同一側(cè)A、B連接到外部電源， 則C、D作為霍爾電勢(shì)的輸出端口。這四個(gè)端子制作時(shí)盡量保證高度匹配，以減少生產(chǎn)中帶來(lái)的隨機(jī)失調(diào)，降低后續(xù)的信號(hào)處理電路的難度。圖4是霍爾器件的應(yīng)用示意圖，標(biāo)示了霍爾感生電勢(shì)和霍爾器件的工作電流流向以及磁場(chǎng)方向的關(guān)系?；魻柶骷墓ぷ麟娏鞣较蛉鐖D中標(biāo)示——從上至下，當(dāng)垂直于紙面向外的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，，霍爾感生電勢(shì)的方向如圖中標(biāo)示，霍爾感生電流的流向如圖中虛線箭頭所示。圖5所示是本實(shí)用新型中采用B⑶工藝制作霍爾器件的工藝流程。第一步，生長(zhǎng)出N型晶圓，經(jīng)過(guò)打磨和拋光后完成晶圓制作；第二步，氧化晶圓，在生成的氧化層上刻出窗口，注入P型摻雜后短暫退火以消除形成的注入損傷，剝除氧化層完成P型埋層(PBL)的制作；第三步，剝除晶圓上所有氧化物，淀積N型外延層(Nepi)；第四步，采用氧化物掩膜在 P型埋層上光刻擴(kuò)散區(qū)，擴(kuò)散生成高壓P阱(HVPW)，它和PBL直接相接，退火后剝離高溫?cái)U(kuò)散時(shí)生成的氧化層；第五步，采用氧化物掩膜在N印i上光刻出擴(kuò)散區(qū)，擴(kuò)散生成高壓N阱 (HVNW)，退火后剝離高溫?cái)U(kuò)散時(shí)生成的氧化層；第六步和第七步分別重復(fù)第四步和第五步擴(kuò)散得到低壓P阱(LVPW)和低壓N阱(LVNW)；第八步，采用光刻膠在低壓P阱上留出需要注入的區(qū)域，注入P+并退火；第九步，同理注入N+并退火；第十步，第八步和第九步將在晶圓上生成氧化物層，在對(duì)應(yīng)的P+、N+區(qū)域剝離氧化物形成接觸孔，然后淀積金屬引出霍爾器件的四個(gè)端子，最后淀積保護(hù)層。[0051]本實(shí)用新型針對(duì)B⑶工藝提出了特定霍爾器件的制作工藝和結(jié)構(gòu)，以及采用本實(shí)用新型制作的一款垂直磁場(chǎng)檢測(cè)芯片，它同時(shí)集成霍爾器件、功率管和信號(hào)處理電路等部分，具有工作電壓范圍廣、功耗低、靈敏度高、集成度高以及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)1)使用目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝——B⑶工藝實(shí)現(xiàn)霍爾器件，在器件的周?chē)?，使?PBL、HVPW、LVPW和P+圍成隔離環(huán)，以避免器件的外部噪聲通過(guò)襯底傳入器件內(nèi)部。霍爾器件的結(jié)構(gòu)并不僅僅是本文圖示的正方形結(jié)構(gòu)，包括十字型或者菱形、圓形、八邊形等各種形狀。版圖采用高精度對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能夠最大限度的減小結(jié)構(gòu)非對(duì)稱性引入系統(tǒng)的直流失調(diào)電壓。2)本實(shí)用新型中提到的隔離環(huán)是指HVPW和PBL直接相連，它們和LVPW、P+ 一起形成隔離推結(jié)。將霍爾器件周邊的隔離推結(jié)通過(guò)金屬連接在一起和干凈的電源或地相連， 形成了一個(gè)隔離環(huán)，可以避免晶圓上其他部分的噪聲通過(guò)襯底對(duì)霍爾器件造成的影響。3)本實(shí)用新型制作的霍爾器件具有特定結(jié)構(gòu)，和一般工藝制作的霍爾器件相比具有更小的失調(diào)電壓、更大的霍爾系數(shù)、更好的一致性。4)本實(shí)用新型制作出來(lái)的霍爾器件同時(shí)具備bipolar工藝的靈敏度、CMOS工藝的低功耗、高集成等優(yōu)點(diǎn)，以及DMOS工藝的高壓大功率的優(yōu)點(diǎn)，可以將霍爾器件和信號(hào)處理電路以及功率管等集成于一體，從而得到工作電壓范圍更廣、功耗更小、集成度更高、霍爾系數(shù)更大以及應(yīng)用范圍更廣的磁場(chǎng)檢測(cè)芯片。本實(shí)用新型中關(guān)于霍爾器件制作的工藝流程。高壓P阱和高壓N阱、低壓P阱和低壓N阱、P+注入和N+注入的制作順序可以相互顛倒。以上實(shí)施例的描述主要是為了說(shuō)明本實(shí)用新型的基本原理和主要特征。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例的描述范圍，在本實(shí)用新型所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，可以做出各種補(bǔ)充、變更和取代。
權(quán)利要求1.一種集成霍爾器件，其特征在于，包括N型外延層；在所述N型外延層上形成的霍爾平面；從所述霍爾平面上引出的用金屬淀積方法形成的端子；和在所述霍爾平面周?chē)纬傻母綦x環(huán)，該隔離環(huán)和干凈的電源或地連接。
2.如權(quán)利要求1所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述隔離環(huán)是由P型埋層、高壓P 阱、低壓P阱和P+區(qū)域構(gòu)成，所述高壓P阱和P型埋層直接相連后再和低壓P阱、P+區(qū)域一起形成隔離推結(jié)，該隔離推結(jié)通過(guò)金屬連接在一起和干凈的電源或地相連以形成隔離環(huán)。
3.如權(quán)利要求2所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述P+注入?yún)^(qū)被低壓P阱包圍； 所述低壓P阱被高壓P阱包圍。
4.如權(quán)利要求1所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述集成霍爾器件為正方形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述端子為四個(gè)，分布于集成霍爾器件的四個(gè)角上。
6.如權(quán)利要求5所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述四個(gè)端子中位于同一側(cè)的兩個(gè)與外部電源相連，另兩個(gè)作為霍爾電勢(shì)的輸出端。
7.如權(quán)利要求1所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述集成霍爾器件為十字形、菱形、圓形或八邊形。
8.如權(quán)利要求1所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述端子下方的N型外延層內(nèi)設(shè)有 N+注入?yún)^(qū)。
9.如權(quán)利要求8所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述N+注入?yún)^(qū)被設(shè)于N型外延層內(nèi)的低壓N阱包圍；所述低壓N阱被設(shè)于N型外延層內(nèi)的高壓N阱包圍。
10.如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的集成霍爾器件，其特征在于，所述N型外延層的遠(yuǎn)離霍爾平面處形成有N型襯底。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種集成霍爾器件。該集成霍爾器件包括N型外延層；在所述N型外延層上形成的霍爾平面；從所述霍爾平面上引出的用金屬淀積方法形成的端子；和在所述霍爾平面周?chē)纬傻母綦x環(huán)，該隔離環(huán)和干凈的電源或地連接。本實(shí)用新型有更高的霍爾系數(shù)和更小的失調(diào)電壓。兼容BCD工藝可將霍爾器件、功率管和信號(hào)處理電路等集成在一起，制作功耗更小、耐壓更高、集成度更高的磁場(chǎng)檢測(cè)芯片。
文檔編號(hào)G01R33/07GK202134578SQ20112016182
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者彭卓, 徐敏, 賈曉欽, 陳忠志, 黃穎 申請(qǐng)人:上海騰怡半導(dǎo)體有限公司