用于检测二维平面内磁场的垂直霍尔效应传感器制造技术

本公开涉及一种用于检测二维平面内磁场的垂直霍尔效应传感器。在一个实施方案中，所述公开的微电子装置(100)包含垂直霍尔板(108)，其具有十字形上部终端(110)和包含埋层(118)的下部终端。所述十字形上部终端(110)在其中接触所述垂直霍尔板(108)之处具有5比12的长宽比。所述长度是从所述十字形上部终端(110)的一个臂的一端到相对臂的相对端测量的。所述宽度是两个臂的平均宽度。霍尔感测分接头(122)位于所述十字形上部终端(110)外。电流返回区域(120)连接到所述埋层(118)。

【技术实现步骤摘要】
用于检测二维平面内磁场的垂直霍尔效应传感器
本公开涉及微电子装置的领域。更明确地说，本公开涉及微电子装置中的霍尔传感器。
技术介绍
使用微电子装置感测二维中的磁场涉及敏感性与成本之间的权衡。霍尔效应传感器提供低成本解决方案，因为可将霍尔板集成到常规集成电路内，但已经缺乏二维磁场传感器的敏感性。明确地说，在增大敏感性的同时减小霍尔单元的电阻以降低功耗已经是有问题的。
技术实现思路
本公开介绍一种用于使用垂直霍尔传感器测量二维中的磁场的微电子装置。在一个实施方案中，所述公开的微电子装置包含垂直霍尔板，其具有接触所述垂直霍尔板的顶部的十字形上部终端；和接触所述垂直霍尔板的底部的埋层。所述上部终端的十字形部件具有5比12的长宽比。霍尔感测分接头位于所述垂直霍尔板的周边周围。有利地，与其它二维垂直霍尔传感器配置相比，所述垂直霍尔传感器提供较高敏感性对电阻比。附图说明图1是包含2D垂直霍尔单元的实例微电子装置的分解图。图2是在微电子装置中的实例2D垂直霍尔单元的十字形上部终端的俯视图。图3是实例2D垂直霍尔单元的磁场测量敏感性对电阻的比率的图表。图4是包含2D垂直霍尔单元的实例微电子装置的分解图。图5A到图5E是按实例形成方法的阶段描绘的含有2D垂直霍尔单元的微电子装置的横截面。图6A到图6D是按另一实例形成方法的阶段描绘的含有2D垂直霍尔单元的微电子装置的横截面。图7A到图7E是按再一实例形成方法的阶段描绘的含有2D垂直霍尔单元的微电子装置的横截面。图8是包含2D垂直霍尔单元的再一实例微电子装置的分解图。具体实施方式参看附图描述本公开。所述图未按比例绘制且它们仅被提供以说明本公开。以下参照用于说明的实例应用来描述本公开的若干方面。应理解，阐述众多具体细节、关系及方法以提供了对本公开的理解。本公开不受动作或事件的说明排序限制，因为一些动作可以与其它动作或事件按不同次序发生和/或同时发生。此外，不需要所有所说明的动作或事件来实施根据本公开的方法。微电子装置包含用于测量在所述微电子装置的顶表面的平面中的二维中的磁场的二维(2D)垂直霍尔单元。所述2D垂直霍尔单元具有垂直霍尔板，其具有接触垂直霍尔板的顶部的十字形上部终端；和接触所述垂直霍尔板的底部的埋层。所述十字形上部终端可具有至少10倍于所述垂直霍尔板的平均电导率的平均电导率。所述埋层具有至少10倍于所述垂直霍尔板的平均电导率的平均电导率。电导率可按ohm-1cm-1的单位表达。上部终端的十字形部件具有5比12的长宽比。霍尔感测分接头位于垂直霍尔板的周边周围。微电子装置可有利地在半导体衬底中实施为集成电路的部分。为了本公开的目的，将术语“侧向”和“侧向地”理解为指平行于衬底的顶表面的平面的方向。将“垂直”理解为指垂直于衬底的顶表面的平面的方向。注意，例如顶部、底部、在……上和在……下的术语可在本公开中使用。这些术语不应被理解为限制结构或元件的位置或定向，但应用以提供结构或元件之间的空间关系。图1是包含2D垂直霍尔单元的实例微电子装置的分解图。微电子装置100包含具有半导体材料104的衬底102。在本实例中，半导体材料104可为p型，如在图1中指示。衬底102可以是半导体晶片的部分，或适合于微电子装置100的其它材料。2D垂直霍尔单元106包含在衬底102中的半导体材料的垂直霍尔板108。在本实例中，垂直霍尔板108可为n型，如在图1中指示。垂直霍尔板108可具有(例如)1×1015cm-3到5×1016cm-3的平均掺杂剂密度。较低平均掺杂剂密度倾向于增大2D垂直霍尔单元106的敏感性，而且增大其电阻。可通过具有从1×1015cm-3到5×1016cm-3的垂直霍尔板108的平均掺杂剂密度来达到磁场测量敏感性对电阻的所要的最大比率。2D垂直霍尔单元106进一步包含在垂直霍尔板108上的十字形上部终端110。在微电子装置100的操作期间，十字形上部终端110当前均匀地分布于十字形上部终端110与垂直霍尔板108之间的界面处，到垂直霍尔板108内。在本实例中，十字形上部终端110包含在衬底102中的上部接触区域112，所述上部接触区域112具有延伸到衬底102的顶表面114的十字形区。上部接触区域112具有与垂直霍尔板108相同的导电类型，其在本实例中为n型。上部接触区域112直接接触垂直霍尔板108。在本实例的一个方面，上部接触区域112可具有是垂直霍尔板108的平均电导率的至少10倍大的平均电导率，以提供到垂直霍尔板108内的电流的所要的均匀性。在另一方面中，上部接触区域112可具有至少100倍于垂直霍尔板108的平均掺杂剂密度的平均掺杂剂密度，以提供到垂直霍尔板108内的电流的所要的均匀性。在本实例中，十字形上部终端110还可包含紧处于上部接触区域112上的金属硅化物116。金属硅化物116可包含(例如)硅化铂、硅化钛、硅化钴或硅化镍。作为通过自对准硅化物工艺形成的结果，金属硅化物116可在上部接触区域112上延伸且与上部接触区域112相连。金属硅化物116可具有比上部接触区域112高的电导率，且因此可进一步改善到垂直霍尔板108内的电流的均匀性。十字形上部终端110从第一臂的一端到第二相对臂的对应端的长度(其接触垂直霍尔板108之处)为第一和第二臂的平均宽度的5比12倍。类似地，十字形上部终端110从第三臂的一端到第四相对臂的对应端的长度(其接触垂直霍尔板108之处)为第三和第四臂的平均宽度的5比12倍，所述第三和第四臂垂直于第一和第二臂。在本实例中，十字形上部终端110在上部接触区域112的底部接触垂直霍尔板108，因此上部接触区域112沿着第一和第二臂的长度是上部接触区域112沿着第一和第二臂的平均宽度的5比12倍，且对于上部接触区域112沿着第三和第四臂，情况类似。十字形上部终端110具有是垂直霍尔板108的平均电导率的至少10倍大的平均电导率，以提供到垂直霍尔板108内的电流的所要的均匀性。2D垂直霍尔单元106还包含在垂直霍尔板108下的衬底102中的埋层118。埋层118具有与垂直霍尔板108相同的导电类型，其在本实例中为n型。埋层118直接接触垂直霍尔板108且侧向延伸经过垂直霍尔板108到在垂直霍尔板108外位于衬底102中的电流返回区域120。埋层118的顶表面可(例如)在衬底102的顶表面114下方3微米到5微米处。更深埋层118或更浅埋层118在本实例的范围内。埋层118具有垂直霍尔板108的平均电导率至少10倍大的平均电导率。在本实例的一个方面，埋层118可具有垂直霍尔板108的平均掺杂剂密度至少10倍大的平均掺杂剂密度。2D垂直霍尔单元106包含接触垂直霍尔板108的霍尔感测分接头122。在本实例中，霍尔感测分接头122可位于衬底的顶表面114处，最接近十字形上部终端110。作为同时形成的结果，霍尔感测分接头122可包含具有与垂直霍尔板108相同的导电类型的分接头接触区域，和与上部接触区域112大体上类似的掺杂剂分布。电流返回区域120可具有与垂直霍尔板108相同的导电类型。在本实例中，电流返回区域120可从埋层118向上朝向衬底102的顶表面114延伸，到衬底102中的返回接触区域126。在本实例的一个方面，作为同时形成的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子装置，包括：衬底；二维2D垂直霍尔单元，包括：所述衬底中的垂直霍尔板；十字形上部终端，其接触所述垂直霍尔板的顶部，其中在其接触所述垂直霍尔板之处，所述十字形上部终端具有5比12的长宽比，所述长度是从所述十字形上部终端的第一臂的端部到所述十字形上部终端的第二相对臂的相对端测量的，所述宽度是所述第一臂与所述第二臂的平均宽度；埋层，其接触所述垂直霍尔板的底部；以及在所述十字形上部终端外的霍尔感测分接头，所述霍尔感测分接头电耦合到所述垂直霍尔板。

【技术特征摘要】
2017.09.20 US 15/709,8661.一种微电子装置，包括：衬底；二维2D垂直霍尔单元，包括：所述衬底中的垂直霍尔板；十字形上部终端，其接触所述垂直霍尔板的顶部，其中在其接触所述垂直霍尔板之处，所述十字形上部终端具有5比12的长宽比，所述长度是从所述十字形上部终端的第一臂的端部到所述十字形上部终端的第二相对臂的相对端测量的，所述宽度是所述第一臂与所述第二臂的平均宽度；埋层，其接触所述垂直霍尔板的底部；以及在所述十字形上部终端外的霍尔感测分接头，所述霍尔感测分接头电耦合到所述垂直霍尔板。2.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述十字形上部终端包含包含n型半导体材料的上部接触区域。3.根据权利要求2所述的微电子装置，其中所述上部接触区域具有是所述垂直霍尔板的平均电导率的至少100倍大的平均电导率。4.根据权利要求3所述的微电子装置，其中在所述上部接触区域中的所述n型半导体材料的平均掺杂剂密度为5×1018cm-3到5×1020cm-3。5.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述十字形上部终端包含金属硅化物。6.根据权利要求1所述的微电子装置，进一步包括在所述十字形上部终端上的触点，其中所述触点延伸到所述十字形上部终端的端部。7.根据权利要求1所述的微电子装置，进一步包括在所述十字形上部终端上的十字形触点。8.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述埋层包含n型半导体材料，其具有是所述垂直霍尔板的平均掺杂剂密度至少10倍大的平均掺杂剂密度。9.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述霍尔感测分接头在比到所述衬底的顶表面更靠近所述埋层的垂直位置处电耦合到所述垂直霍尔板。10.根据权利要求1所述的微电子装置，进一步包括在所述垂直霍尔板外的所述衬底中的电流返回区域，所述电流返回区域包括具有与所述埋层相同的导电类型的半导体材料，所述电流返回区域电耦合到所述埋层，其中所述电流返回区...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯特·瑞安·格伦，拜伦·乔恩·罗德里克·沙尔弗，尤里·米尔戈罗德斯基，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US