垂直霍尔效应器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的各个实施例涉及一种垂直霍尔效应器件，并且涉及一种包括至少两个垂直霍尔效应器件的系统。
【背景技术】
[0002]霍尔效应器件是响应于磁场的传感器。它们通常遭受偏移误差:该偏移误差是在零施加磁场下的非零输出信号。霍尔效应器件由具有供电端子和信号端子的一个或者多个霍尔效应区域组成。霍尔效应发生在霍尔效应区域中，在霍尔效应区域中，磁场在移动电荷载流子上的洛伦兹力产生霍尔电场。移动电荷载流子由连接至供电端子的电源供应。在信号端子处，可以分接霍尔效应器件的输出信号。所有端子都是欧姆接触，这使得霍尔效应器件是纯电阻器件。垂直霍尔效应器件(VHall)主要响应于与衬底的用于制备相应的垂直霍尔效应器件的表面平行的磁场。
[0003]已知多种不同设计的垂直霍尔效应器件，但是大多数器件不适用于所谓的旋转(spinning)电流方法或者旋转电压方法(或者仅实现不良的偏移消除性能)并且遭受低磁灵敏性和大电场。通常，多个接触按照如下方式放置在衬底的表面上:电流可以在两个供电接触之间呈半圆形流动，而感测接触放置在这些供电接触之间并且分接由潜入感测接触之下的电流生成的霍尔电压。
【发明内容】
[0004]提供了一种垂直霍尔效应器件。该垂直霍尔效应器件包括:
[0005]至少四个霍尔效应区域，包括彼此至少部分地去耦合的第一霍尔效应区域、第二霍尔效应区域、第三霍尔效应区域和第四霍尔效应区域；
[0006]其中该至少四个霍尔效应区域中的每一个均具有第一面和与第一面相对的第二面；
[0007]其中该至少四个霍尔效应区域中的每一个在第一面上均具有第一接触和第二接触，其中第一接触和第二接触在相应的霍尔效应区域处相对于对称平面对称放置，其中对称平面定向为与在相应的霍尔效应区域的第一接触与第二接触之间的直线垂直；
[0008]其中该至少四个霍尔效应区域中的每一个均具有至少一个接触区域，该至少一个接触区域至少放置在相应的对称平面周围的区域中，其中低欧姆连接装置包括连接该至少四个霍尔效应区域的接触区域的至少一个低欧姆连接路径。
[0009]此外，提供了一种包括根据本发明的至少两个垂直霍尔效应器件的系统，其中垂直霍尔效应器件串联连接，从而使得流过第一垂直霍尔效应器件的供电电流的至少75%，同时流过第二霍尔效应器件。
【附图说明】
[0010]在本文中参考所附附图对本发明的实施例进行描述。
[0011]图1示出了包括四个霍尔效应区域的垂直霍尔效应器件的第一实施例的示意性截面图；
[0012]图1a示出了包括四个霍尔效应区域的垂直霍尔效应器件的第一实施例的稍加修改的示意性截面图；
[0013]图1b示出了包括四个霍尔效应区域的垂直霍尔效应器件的第一实施例的另外的稍加修改的示意性截面图；
[0014]图2示出了在第一操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第一实施例的示意性截面图；
[0015]图3示出了在第二操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第一实施例的示意性截面图；
[0016]图4示出了在第三操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第一实施例的示意性截面图；
[0017]图5示出了在第三操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第一实施例的示意性截面图；
[0018]图6示出了在第一操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第二实施例的示意性截面图；
[0019]图7示出了在第三操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第二实施例的示意性截面图；
[0020]图8示出了在第一操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第二实施例的示意性俯视图；
[0021]图9示出了在第一操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第三实施例的示意性截面图；
[0022]图10示出了在第二操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第三实施例的示意性截面图；
[0023]图11示出了在第三操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第三实施例的示意性截面图；
[0024]图12示出了在第四操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第三实施例的示意性截面图；
[0025]图13示出了在第一操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第四实施例的示意性截面图；
[0026]图14示出了在第二操作模式中使用的垂直霍尔效应器件的第五实施例的示意性截面图；
[0027]图15示出了垂直霍尔效应器件的第五实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0028]图16示出了垂直霍尔效应器件的第六实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0029]图17示出了垂直霍尔效应器件的第七实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0030]图18示出了垂直霍尔效应器件的第八实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0031]图19示出了垂直霍尔效应器件的第九实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0032]图20示出了垂直霍尔效应器件的第十实施例的示意性平面图和示意性截面图；
[0033]图21示出了垂直霍尔效应器件的第十一实施例的示意性平面图和示意性截面图；以及
[0034]图22示出了包括串联连接的三个垂直霍尔效应器件的系统的示意性俯视图。
[0035]相等或者等同元件或者具有相等或者等同功能的元件在以下说明中通过相等或者等同的附图标记来表示。
【具体实施方式】
[0036]在以下说明中，提出多个细节以提供对本发明的实施例的更加全面的阐释。然而，对本领域的技术人员而言显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实践本发明的实施例。在其他情况下，公知的结构和器件用框图形式示出而非详细示出，以便避免本发明的实施例重点模糊。另外，在后文中描述的不同实施例的特征可以彼此组合，除非特别注明不可以组合。
[0037]图1示出了垂直霍尔效应器件I的第一实施例的示意性截面图。根据第一实施例，垂直霍尔效应器件I包括:
[0038]至少四个霍尔效应区域2.1,2.2,2.3,2.4，包括彼此至少部分地去耦合的第一霍尔效应区域2.1、第二霍尔效应区域2.2、第三霍尔效应区域2.3和第四霍尔效应区域2.4 ；
[0039]其中该至少四个霍尔效应区域中的每一个均具有第一面3和与第一面3相对的第二面4 ；
[0040]其中该至少四个霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4中的每一个在第一面4上均具有第一接触 2.1.1,2.2.1,2.3.1,2.4.1 和第二接触 2.1.2,2.2.2,2.3.2,2.4.2，其中第一接触 2.1.1、2.2.1、2.3.1、2.4.1 和第二接触 2.1.2、2.2.2、2.3.2、2.4.2 在相应的霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4处相对于对称平面PS1、PS2、PS3、PS4对称放置，其中对称平面PS1、PS2、PS3、PS4定向为与在相应的霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4的第一接触2.1.1,2.2.1、2.3.1,2.4.1 与第二接触 1.1.2,2.2.2,2.3.2,2.4.2 之间的直线垂直；
[0041]其中该至少四个霍尔效应区域2.1,2.2,2.3,2.4中的每一个均具有至少一个接触区域5.1,5.2,5.3,5.4，该至少一个接触区域5.1,5.2,5.3,5.4至少放置在相应的对称平面PS1、PS2、PS3、PS4周围的区域中，其中低欧姆连接装置包括连接该至少四个霍尔效应区域2.1,2.2,2.3,2.4的接触区域5.1,5.2,5.3,5.4的至少一个低欧姆连接路径6。
[0042]注意，在图1中，在截面图中示出了每个霍尔效应区域，然而该四个霍尔效应区域的相对于彼此的相对位置不对应于相同的截面图。具体地，图1不应该按照表示在截面图中霍尔效应区域2.1放置在霍尔效应区域2.3上方的方式解读。也不应该意味着霍尔效应区域2.1放置在霍尔效应区域2.2旁边。同样，低欧姆连接路径6仅表示连接性，而非路径的几何图形或者布局。
[0043]术语“对称平面PS1、PS2、PS3、PS4”指相应的第一接触 2.1.1、2.2.1、2.3.1、2.4.1和第二接触2.1.2、2.2.2、2.3.2、2.4.2相对于其对称定位的平面。优选地，相应的霍尔效应区域2.1,2.2,2.3,2.4也与相应的对称平面PS1、PS2、PS3、PS4对称。然而，存在其中相应的霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4不相对于相应的对称平面PSl、PS2、PS3、PS4对称的实施例。
[0044]垂直霍尔效应器件I包括:包括霍尔效应区域2.1和2.2的第一部、和包括霍尔效应区域 2.3 和 2.4 的第二部。第一接触 2.1.1,2.2.1,2.3.1,2.4.1、第二接触 2.1.2,2.2.2、2.3.2、2.4.2、对称接触区域5.1、5.2、5.3、5.4和低欧姆连接路径6的组合允许按照如下方式电学堆叠第一部和第二部:实质上，相同的电流流过两个部分，而每部分的总电压等于整体电压除以在堆叠中的部分的数量。每部分的更小电压意味着在器件中更小的非线性效应，并且这改进了旋转方案的残余偏移。
[0045]在图1中，出于清晰起见，霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4按照独立的方式示出。然而，霍尔效应区域2.1,2.2,2.3,2.4可以嵌入在可以充当绝缘体的一个或者多个衬底中。
[0046]本发明提供了电学堆叠的垂直霍尔效应器件1，而不需要在部分之间的电流分流器(current splitter)。因此，在部分之间不会发生在电流分流器上的额外电压降，从而使得垂直霍尔器件I的效率高。
[0047]根据本发明的优选实施例，该至少四个霍尔效应区域2.1、2.2、2.3、2.4中的每一个均具有布置在第一面3上的所述接触区域5.1、5.2、5.3、5.4中的一个，其中与区域5.1、5.2,5.3,5.4接触的低欧姆连接路径6布置在第一面3上。这些特征促进了垂直霍尔效应器件I的生产。
[0048]根据本发明的优选实施例，布置在第一面3上的低欧姆连接路径6包括低欧姆连接接线结构6。低欧姆接线结构6可以通过任何可用的技术制成，诸如通过BiCMOS/CMOS工艺制成。低欧姆接线结构6可以具有细长形式或者板状或者片状形式或者短厚形状(squatshape)，S卩，其实质上可以是一维或者二维或者甚至三维的。进一步地，低欧姆接线结构6可以由金属诸如铝或者铜等制成、由电导体诸如硅等制成、或者由其混合物制成。低欧姆接线结构6可以包括开关，具体地是MOS开关。
[0049]根据本发明的优选实施例，第一霍尔效应区域2.1和第二霍尔效应区域2.2按照其对称平面PS1、PS2平行或者相同的方式布置，并且其中第三霍尔效应区域2.3和第四霍尔效应区域2.4按照其对称平面PS3、PS4平行或者相同的方式布置。通过这些特征，可以减少偏移误差。
[0050]根据本发明的优选实施例，第一霍尔效应区域2.1和第二霍尔效应区域2.2的第一接触2.1.1,2.2.1在相同的方向上背离相应的对称平面PS1、PS2，其中第一霍尔效应区域2.1和第二霍尔效应区域2.2的第二接触2.1.2,2.