低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器的製作方法
2023-09-27 06:44:35 3
專利名稱：低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及霍爾傳感器，具體地說，涉及減小霍爾元件失調電壓和屏蔽噪聲幹擾的霍爾傳感器。
背景技術：
眾所周知，採用矽材料製作的霍爾元件可以與微電子集成電路技術兼容，可以和各種保障電路和信號處理電路集成一起構成各種功能電路。霍爾傳感器在工業生產、交通運輸和日常生活中有著非常廣泛的應用。許多專家專注於研究減小霍爾元件的失調電壓、 提高霍爾的一致性，提高霍爾係數、靈敏度，減小噪聲幹擾的技術。其中，通過改良霍爾元件版圖設計是提高霍爾元件性能的重要技術之一。為了降低失調電壓，在霍爾元件的版圖設計中，廣泛採用對稱性四個正方形霍爾元件陣列的布圖設計，如圖1和圖2所示。這樣的布圖設計，能使失調誤差、機械壓力等失配互相抵消，降低失調電壓。大多數的霍爾元件主要是以方形形狀製作。但由於方形霍爾元件在光刻、刻蝕、擴散和離子注入過程中的非均勻性，不能保證器件的高度一致。方形霍爾元件的匹配性沒有圓形霍爾元件的匹配性好，方形霍爾元件的不良匹配增加了霍爾元件的失調電壓。霍爾元件的噪聲幹擾，一直也是版圖設計工程師關注的問題。目前的霍爾元件版圖設計廣泛應用P型隔離環隔離噪聲。但由於P+注入較淺，噪聲很容易越過隔離環，幹擾霍爾元件的正常工作。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，使得霍爾元件擁有更高的霍爾係數、更小的噪聲、更低的失調電壓。為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，包括霍爾元件，所述霍爾元件為圓形，包括在N 型晶圓上澱積形成的N型外延層以及在N型晶圓上形成的圓形隔離環。上述結構的霍爾傳感器，由於採用四個圓形霍爾元件並聯連接的布圖設計，大大降低了失調電壓，提高霍爾元件的一致性。與過去的霍爾元件版圖設計相比，本實用新型主要有三方面的技術改進第一，減小噪聲幹擾。許多版圖設計人員在進行霍爾傳感器的版圖布圖，通常是把霍爾元件放在晶片中間，四周圍繞著霍爾元件服務的電路器件。不容忽略的是，當產生大噪聲的電路器件靠近霍爾元件時，噪聲串擾會嚴重影響霍爾元件的正常工作。人們為了減小噪聲的影響，通常有兩種方法要麼讓霍爾四周的器件與霍爾元件儘量保持一定距離，要麼在霍爾元件四周包圍較寬的外延層。本實用新型提供了一種新的屏蔽噪聲幹擾霍爾元件的技術，採用了高壓P阱隔離環、一圈空穴保護環和金屬屏蔽層，能大大減小噪聲幹擾和噪聲華禹合。[0010]第二，減小失調電壓。圓形的圖形能夠抵消掉器件在製版，光刻，注入，擴散過程中的非均勻性，保持器件高度的一致性，從而降低器件的失調電壓。在霍爾元件的版圖設計中，採用四個霍爾元件陣列的中心對稱布圖設計，能使失調誤差、機械壓力等失配互相抵消，降低失調電壓。第三，提高霍爾係數，採用圓形結構降低了 hall板的等效阻抗，提高了 hall板中從電源流到地的電流。根據霍爾係數計算公式可知，這將提高hall板的霍爾係數。霍爾係數計算公式為， = P · IV其中，&為霍爾係數，P為平均電阻率，Un為電子的遷移率。本實用新型提供了四個圓形霍爾元件並聯連接的中心對稱布圖設計，大大降低了失調電壓，提高了霍爾係數、霍爾元件的一致性、減小了失調電壓。
圖1是傳統霍爾元件平面結構圖；圖2是四個並聯連接的傳統霍爾元件平面結構圖；圖3是霍爾傳感器能夠檢測的磁場方向示意圖；圖4是本實用新型霍爾元件的剖面圖；圖5是本實用新型霍爾元件的平面結構圖；圖6是文氏橋等效電路圖；圖7是四個並聯連接的本實用新型的圓形霍爾元件平面結構圖。圖中標記說明I-P型預埋層2-N型外延層3-高壓P阱隔離環4-低壓P阱5-P+注入區6-高壓N阱7-低壓N阱8-N+注入區H1、H2、H3、H4-霍爾器件的四個引出端子Rl-霍爾器件引出端子Hl與H4之間的外延電阻R2-霍爾器件引出端子Hl與H2之間的外延電阻R3-霍爾器件引出端子H3與H4之間的外延電阻R4-霍爾器件引出端子H2與H3之間的外延電阻Vdd-電源Vh-霍爾電勢
具體實施方式
以下結合附圖與實施例詳細描述本實用新型。圖3所示為霍爾傳感器所能檢測的磁場方向。霍爾器件的2個輸入端子分別和正負電勢相連，當不存在磁場或者磁場強度很弱時，霍爾傳感器的兩個輸出端子之間的電壓差近似為零；當垂直於霍爾器件平面的磁場強度或者方向發生變化時，霍爾傳感器的兩個輸出端子之間存在一個幾百微伏左右的電壓差。通過檢測霍爾傳感器輸出端子之間的電壓差變化，作為磁場變化的指示。參照圖4、圖5，本實用新型所述的一種減小霍爾元件失調電壓和屏蔽噪聲幹擾的結構，採用了隔離環3、高壓N阱6做N^i接觸，以及圓形形狀的霍爾元件和金屬噪聲屏蔽層。圖4所示為本實用新型的霍爾元件的縱向剖面圖。剖面圖的左右兩側是高壓P阱 3和P型埋層1形成對隔離結構，剖面圖中N型外延層2構成了霍爾平面。霍爾元件包括 在N型晶圓上形成P型埋層1 ；在N型晶圓上澱積N型外延層2 ；在P型埋層1上擴散生成高壓P阱3和低壓P阱4，高壓P阱3和P型埋層1形成上下對隔離；在N型外延層2上擴散生成高壓N阱6和低壓N阱7 ；形成N+注入區8、P+注入區5 (包括在N型外延層2形成的P+注入區)；在對應的P+注入區8、N+注入區5剝離氧化物形成接觸孔後澱積金屬引出霍爾元件的端子，澱積保護層。圖5所示為本實用新型的霍爾元件的平面示意圖。由P型埋層1、高壓P阱3、低壓P阱4以及P+注入區5構成的隔離環，通過頂層金屬和一個乾淨的固定電平相連，可以避免外部的噪聲幹擾霍爾器件內部，儘可能減少噪聲。圖6所示為文氏橋等效電路。在直流狀態下，霍爾元件可以看作是一個由分布電阻構成的文氏橋。理想情況時，Rl = R2 = R3 = R4。當有磁場作用於霍爾元件時，就會在H2 和H4的兩端產生感應電勢，這個感應電勢經過放大、控制處理後就可以去驅動輸出電路。圖7是四個並聯連接的本實用新型的圓形霍爾元件平面結構圖。四個如圖4、圖5 所示的圓形霍爾元件並聯在一起。上述結構的成型步驟為形成N型晶圓；在N型晶圓上形成P型埋層；在N型晶圓上澱積N型外延層；在P型埋層上擴散生成高壓P阱和低壓P阱，高壓P阱和P型埋層直接相接；在N型外延層上擴散生成高壓N阱和低壓N阱；形成N+注入區、P+注入區，包括在N 型外延層區域澱積重摻雜的P+;在對應的P+注入區、N+注入區剝離氧化物形成接觸孔後澱積金屬引出霍爾器件的端子，澱積保護層。另外在霍爾元件的深阱隔離環外，加入一圈接地的P+注入區隔離環。本實用新型的特點是採用BCD工藝製作霍爾元件，具有更低的噪聲幹擾，更低的失調電壓，更高的霍爾係數。主要特點是(1)本實用新型採用了圓形形狀霍爾元件；(2)本實用新型採用了高壓P阱隔離環；(3)本實用新型採用了高壓N阱做^pi接觸；以上實施例的描述主要是為了說明本實用新型的基本原理和主要特徵。本實用新型不局限於上述實施例的描述範圍，在本實用新型所附權利要求書的範圍內，可以做出各種補充、變更和取代。
權利要求1.低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，包括霍爾元件，其特徵在於，所述霍爾元件為圓形，包括在N型晶圓上澱積形成的N型外延層以及在N型晶圓上形成的圓形高壓P阱隔離環。
2.根據權利要求1所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，所述隔離環包括在N型晶圓上形成的P型埋層、在P型埋層上擴散生成的高壓P阱和低壓P阱、以及在所述低壓P阱內的P+注入區。
3.根據權利要求2所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，還包括四組成圓周均布的擴散區。
4.根據權利要求3所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，所述擴散區包括在所述N型外延層上擴散生成的高壓N阱和低壓N講，以及在所述低壓N阱內的N+注入區。
5.根據權利要求4所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，還包括在對應的所述P+注入區、N+注入區剝離氧化物形成接觸孔後澱積金屬引出的霍爾元件端子。
6.根據權利要求1所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，在所述隔離環外設有一圈在所述N型外延區域形成的接地的P+注入區。
7.根據權利要求1所述的低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，其特徵在於，所述高壓P阱的掩模層比P型埋層的掩模層大0. 05um。
專利摘要本實用新型提供一種低噪聲低失調電壓的霍爾傳感器，包括霍爾元件，所述霍爾元件為圓形，包括在N型晶圓上澱積形成的N型外延層以及在N型晶圓上形成的圓形高壓P阱隔離環。上述結構的霍爾傳感器，由於採用四個圓形霍爾元件並聯連接的中心對稱布圖設計，大大降低了失調電壓，提高霍爾元件的一致性。
文檔編號H01L43/04GK202167545SQ201120271648
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者徐敏, 曾科, 陳宏冰, 陳忠志 申請人:上海騰怡半導體有限公司