一种霍尔片结构的制作方法

本实用新型属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种霍尔片结构。

背景技术：

1979年，美国物理学家霍尔发现了霍尔效应。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差，这种效应称为霍尔效应。基于霍尔效应原理工作的半导体元器件称为霍尔元器件。

霍尔元器件由霍尔片、引线和壳体组成。霍尔片是霍尔元器件的敏感源，是一块半导体单晶薄片，它一般为方形或矩形结构端，在它各个角上会引出四个端口，两个端口接驱动电流，另外两个端口接输出电压。霍尔片的工作原理图如图1所示，霍尔片位于磁场中，当霍尔片与磁场的角度发生变化时，输出电压会产生变化，具体数学公式为：vh∝ixb；在驱动电流i不变时，输出电压vh与穿过霍尔片的磁通量成正比；当磁场方向与霍尔片方向垂直时，绝对值输出电压最大；当磁场方向和霍尔片方向水平时，绝对值输出电压最小(理论上为0)。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种霍尔片结构，以实现一种基于cmos工艺平台的霍尔片结构，其具有工艺步骤简单，成本低，稳定性好等优点。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种霍尔片结构，所述霍尔片结构包括：n型阱区；p型重掺杂层，位于所述n型阱区表面上；第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第三n型重掺杂区及第四n型重掺杂区，贯穿所述p型重掺杂层与所述n型阱区连通，所述第一n型重掺杂区与所述第三n型重掺杂区的第一连线与所述第二n型重掺杂区与所述第四n型重掺杂区的第二连线交叉；隔离层，覆盖于所述p型重掺杂层上，所述隔离层中具有与所述第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第三n型重掺杂区及第四n型重掺杂区对应的第一导电栓塞、第二导电栓塞、第三导电栓塞及第四导电栓塞；第一电极、第二电极、第三电极及第四电极，位于所述隔离层上，且分别与所述第一导电栓塞、第二导电栓塞、第三导电栓塞及第四导电栓塞相连。

可选地，所述第一n型重掺杂区与所述第三n型重掺杂区的第一连线与所述第二n型重掺杂区与所述第四n型重掺杂区的第二连线垂直交叉。

可选地，所述第一连线与所述第二连线的交叉点为所述第一连线与所述第二连线的中心点。

可选地，所述n型阱区的掺杂离子包括磷，形成所述n型阱区的离子注入剂量介于1～5e13/cm²。

可选地，所述p型重掺杂层的掺杂离子包括硼，形成所述p型重掺杂层的离子注入剂量介于1～3e15/cm²。

可选地，所述第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第三n型重掺杂区及第四n型重掺杂区的掺杂离子包括磷，形成所述第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第三n型重掺杂区及第四n型重掺杂区的离子注入剂量介于4～9e15/cm²。

可选地，所述第一电极及第三电极接驱动电流，所述第二电极及第四电极接输出电压。

如上所述，本实用新型的霍尔片结构，具有以下有益效果：

本实用新型可以集成在传统的cmos工艺中，可与后端的处理电路集成在同一片硅片上形成霍尔传感器。

本实用新型表面有p型重掺杂层做隔绝，驱动电流从电极到导电栓塞，再到n型重掺杂区，然后到n型阱区，接着到另一端的n型重掺杂区、导电栓塞和电极，驱动电流不会经过硅片表面，从而可以有效避免因为硅片表面缺陷而使输出电压不稳定的问题。

本实用新型制作工艺简单，只需使用5次光掩膜版就可以完成，具有较低的制作成本低。

附图说明

图1显示为霍尔片的工作原理示意图。

图2～图4显示为本实用新型的霍尔片结构的结构示意图。

元件标号说明

101n型阱区

102p型重掺杂层

103第一n型重掺杂区

104第三n型重掺杂区

105第二n型重掺杂区

106第四n型重掺杂区

107第一导电栓塞

108第三导电栓塞

109第二导电栓塞

110第四导电栓塞

111第一电极

112第三电极

113第二电极

114第四电极

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2～图4所示，其中，图3显示为图2中a-a’截面处的结构示意图，图4显示为图3中b-b’处的截面结构示意图，本实施例提供一种霍尔片结构，所述霍尔片结构包括：n型阱区101；p型重掺杂层102，位于所述n型阱区101表面上；第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106，贯穿所述p型重掺杂层102与所述n型阱区101连通，所述第一n型重掺杂区103与所述第三n型重掺杂区104的第一连线与所述第二n型重掺杂区105与所述第四n型重掺杂区106的第二连线交叉；隔离层，覆盖于所述p型重掺杂层102上，所述隔离层中具有与所述第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106对应的第一导电栓塞107、第二导电栓塞109、第三导电栓塞108及第四导电栓塞110；第一电极111、第二电极113、第三电极112及第四电极114，位于所述隔离层上，且分别与所述第一导电栓塞107、第二导电栓塞109、第三导电栓塞108及第四导电栓塞110相连，其中，所述第一电极111及第三电极112接驱动电流，所述第二电极113及第四电极114接输出电压。

所述霍尔片结构可以形成于如硅衬底、锗硅衬底等半导体衬底中。

如图2所示，所述第一n型重掺杂区103与所述第三n型重掺杂区104的第一连线与所述第二n型重掺杂区105与所述第四n型重掺杂区106的第二连线垂直交叉，所述第一连线与所述第二连线的交叉点为所述第一连线与所述第二连线的中心点，以提高所述霍尔片结构的电压检测精准性及简易性。

所述n型阱区101的掺杂离子包括磷，形成所述n型阱区101的离子注入剂量介于1～5e13/cm²，例如，所述n型阱区101的离子注入剂量可以为3e13/cm²。所述p型重掺杂层102的掺杂离子包括硼，形成所述p型重掺杂层102的离子注入剂量介于1～3e15/cm²，例如，所述p型重掺杂层102的离子注入剂量可以为2e15/cm²。所述第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106的掺杂离子包括磷，形成所述第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106的离子注入剂量介于4～9e15/cm²，例如，所述第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106的离子注入剂量介于5e15/cm²。

所述第一导电栓塞107、第二导电栓塞109、第三导电栓塞108及第四导电栓塞110的材料可以为钨等金属材料，所述第一电极111、第二电极113、第三电极112及第四电极114可以为铜、铝、金等金属材料。

本实施例还提供一种霍尔片结构的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

第一步，提供一硅片，在所述硅片上形成第一次掩膜，并通过离子注入工艺形成n型阱区101，注入离子为磷，电压为500kv，注入剂量为1～5e13/cm²。

第二步，在硅片表面制作第二次掩膜，并通过离子注入工艺在所述n型阱区101表面形成p型重掺杂层102，该p型重掺杂层102的面积小于所述n型阱区101的面积，注入的离子为硼，电压为100kv，注入剂量为1～3e15/cm²，以隔绝所述硅片表面，避免因为硅片表面缺陷而导致输出电压不稳定。

第三步，在硅片表面制作第三次掩膜，并通过离子注入工艺在所述p型重掺杂层102中形成第一n型重掺杂区103、第二n型重掺杂区105、第三n型重掺杂区104及第四n型重掺杂区106，注入离子为磷，电压为30kv，注入剂量为4～9e15/cm²。

第四步，在硅片表面形成隔离层，在所述隔离层上制作第四次掩膜，并在隔离层中刻蚀出通孔，通过导电材料填充后形成第一导电栓塞107、第二导电栓塞109、第三导电栓塞108及第四导电栓塞110。

第五步，在所述隔离层上生长金属层，然后制作第五次掩膜并刻蚀所述金属层，形成第一电极111、第二电极113、第三电极112及第四电极114。

如上所述，本实用新型的霍尔片结构，具有以下有益效果：

本实用新型可以集成在传统的cmos工艺中，可与后端的处理电路集成在同一片硅片上形成霍尔传感器。

本实用新型表面有p型重掺杂层102做隔绝，驱动电流从电极到导电栓塞，再到n型重掺杂区，然后到n型阱区101，接着到另一端的n型重掺杂区、导电栓塞和电极，驱动电流不会经过硅片表面，从而可以有效避免因为硅片表面缺陷而使输出电压不稳定的问题。

本实用新型制作工艺简单，只需使用5块光刻版就可以完成，具有较低的制作成本低。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。