低偏移和高灵敏度垂直霍尔效应传感器制造技术

提供一种具有在其偏置模式之间高度对称性的垂直霍尔效应传感器，其可适配为展现小的预‑自旋对称偏移，并且符合制造技术(例如CMOS)允许的内接触部之间的最小间距要求。这些特性使得垂直霍尔效应传感器能够具有关于偏移和灵敏度的最优性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求由Vanderhagen等于2013年9月6日提交的、序列号为61/874,385的、题为“LOW OFFSET AND HIGH SENSITIVITY VERTICAL HALL EFFECT SENSOR”的美国临时申请的优先权，该申请的公开内容特此通过引用在其整体上并入本文。
本公开涉及磁场传感器，并且更具体地涉及检测平行于芯片表面的磁场的半导体霍尔效应传感器，也被称为垂直霍尔效应传感器。
技术介绍
霍尔效应设备在传感器应用中用于磁场的无接触感测。霍尔效应传感器能够实现在使用CMOS技术的半导体芯片上。这已使得霍尔效应传感器成为被最广泛使用的磁场传感器类型之一。然而，标准CMOS霍尔设备典型地仅仅能够检测垂直于半导体芯片表面的磁场。已经开发了各种方法来检测平行于半导体芯片表面的磁场。一种方法使用磁选机“操纵”朝向芯片表面的磁场，使得它们能够使用标准霍尔效应传感器被检测。然而，磁选机增加了成本并且增加了制造设备的复杂度。另一种已经开发出的用于检测平行于芯片表面的磁场的方法是所谓的垂直霍尔效应设备的使用。垂直霍尔效应设备包括处于布置在平行于芯片表面的直线中的井中的多个接触部。这些接触部中的两个连接到偏置电流或者电压以引入通过芯片的电流路径。输出电压用于测量霍尔设备的输出电压。在磁场存在的情况下，正沿该路径移动的载流子被洛伦兹力偏转并且形成霍尔电场。然而，垂直霍尔效应传感器的使用所面临的一个难点是，典型地归因于各种因素(例如制造缺陷或者环境条件)而引入到传感器的输出电压中的电压偏移。传感器输出中的电压偏移的存在损害了由霍尔设备得到的磁场测量的精度。为了补偿霍尔效应设备中的电压偏移，已经针对传感器开发了自旋电流技术，其中用于连接偏置源的霍尔设备的接触部和用于连接提供输出电压的接触部被切换以提供多个偏置模式。每一个偏置模式可以提供稍不同的输出电压。结果，输出电压被调制，这使得在磁场的测量中能够标识和补偿偏移电压，该偏移电压作为信号的DC分量出现。自旋电流方法要求高度对称的设备是有效的。然而，归因于接触部的线性布置，垂直霍尔效应设备是几何不对称的。因此，垂直霍尔效应传感器的开发中的一个最困难的任务是为垂直霍尔设备的接触部确定布置或者连接配置，所述布置或者连接配置实现对称响应，使得可使用自旋电流消除偏移。之前已知的垂直霍尔效应设备的一个例子包括四个接触部的线性布置。该四-接触部垂直霍尔效应设备能够提供在偏置模式之间的高度对称性，这允许使用自旋电流技术消除偏移。然而，四接触部设备展现大的预-自旋对称偏移，除了对读出电子设备呈现显著的动态范围挑战外，所述预-自旋对称偏移导致在霍尔传感器偏置电路中的噪声馈通到最终输出，这使信噪比降级。为了减少预-自旋偏移电压，垂直霍尔设备已经提供有线性布置的五个或者甚至六个接触部。五-接触部垂直霍尔效应设备在偏置模式之间高度不对称，这导致用于消除偏移的自旋电流技术的无效。在之前已知的六-接触部垂直霍尔效应设备中，外接触部被短接在一起并且内接触部用作四-接触部霍尔设备。六-接触部传感器具有在其偏置模式之间的高度对称性并且能够被适配为展现小的预-自旋对称偏移。然而，达到针对传感器的标称零偏移和最大灵敏度所需的间距要求较深的井，以允许接触部之间的足够间距。结果，传感器的尺寸可能太大或者太不便捷而无法在某些设备中实现。附图说明图1是根据本公开的包括垂直霍尔效应设备的垂直霍尔效应传感器的示意视图。图2是图1的垂直霍尔效应设备的实施例的示意视图。具体实施方式出于促进理解本公开原理的目的，现在将参照附图中示出并且在以下书面描述中描述的实施例。应理解，并不由此意图限制本公开的范围。还应理解，本公开包括对于所示实施例的任何改变和修改并且包括如对于本公开所属领域的普通技术人员将正常想到的本公开原理的进一步应用。本公开涉及一种垂直霍尔效应传感器，其具有在其偏置模式之间的高度对称性，能够被适配为展现小的预-自旋对称偏移，并且符合制造技术(例如CMOS)允许的内接触部之间的最小间距要求。这些特性使得垂直霍尔效应传感器能够具有关于偏移和灵敏度的最优性能。根据本公开的一个实施例，垂直霍尔效应传感器包括霍尔效应设备，该霍尔效应设备包括衬底，该衬底具有顶表面和顶表面之下的第一导电率类型的区域。导电井被嵌入具有第二导电率类型的区域中。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部在导电井内的行中被依次布置并且彼此分隔开，所述行通常平行于衬底的顶表面。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部中的每一个具有与该井的导电率不同的导电率。霍尔效应设备进一步包括具有四个输入端子的电压测量设备，以及配置为连接到偏置源的开关设备。电压测量设备配置为处理跨电压测量设备的四个输入端子所接收的电压以确定对应于磁场的测量的霍尔电压。开关设备具有分别电连接到开关设备的四个输入端子的四个输出端子，以及第一，第二，第三，第四，第五，和第六输入端子。第一和第六欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备的第五输入端子。第三和第八欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备第二输入端子。第二欧姆接触部电连接到开关设备的第一输入端子。第四欧姆接触部电连接到开关设备的第三输入端子。第五欧姆接触部电连接到开关设备的第四输入端子，并且第七欧姆接触部电连接到开关设备的第六输入端子。第一和第六欧姆接触部以及第三和第八欧姆接触部可经由敷金属电连接。开关设备包括多种操作模式。在每一种操作模式下，开关设备配置为将从开关设备的第一、第二、第三、第四、第五和第六输入端子选择的两个输入端子分别电连接到偏置源和地，并且将开关设备剩余的不连接到偏置源和地的四个输入端子分别经由开关设备的四个输出端子电连接到电压测量设备的四个输入端子。在一个实施例中，开关设备包括这样的操作模式，在该操作模式下，分别电连接到偏置源和地的两个输入端子包括选自开关设备的第二、第三、第四和第五输入端子的交替对的输入端子，并且连接到开关设备的四个输出端子的剩余的四个输入端子包括第一和第六输入端子以及第二、第三、第四和第五输入端子中没有连接到偏置源或地的剩余两个输入端子而达到四个。在一个实施例中，第一欧姆接触部与第二欧姆接触部分隔开并且第八欧姆接触部与第七欧姆接触部分隔开第一距离。第二欧姆接触部与第三欧姆接触部分隔开、第三欧姆接触部与第四欧姆接触部分隔开、第四欧姆接触部与第五欧姆接触部分隔开、第五欧姆接触部与第六欧姆接触部分隔开、以及第六欧姆接触部与第七欧姆接触部分隔开第二距离，其中第一距离大于第二距离。在一个特定实施例中，第二距离大约是第一距离的一半。在一个实施例中，导电井包括N-型导电率，并且所述区域包括P-型导电率。在该实施例中，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、和第八欧姆接触部可包括比导电井的N-型导电率更高度掺杂的N-型导电率。在另一个实施例中，一种制造霍尔效应设备的方法包括形成在衬底的一区域中的导电井内的行中依次地并且彼此分隔开的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部，导电井具有第一导电率类型并且所述区域具有第二导电率类型，所述行通常平行于衬底的上表面，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直霍尔效应传感器，包括：霍尔效应设备，包括：衬底，具有顶表面和顶表面之下的第一导电率类型的区域；导电井，嵌入所述区域中并且具有第二导电率类型；第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部，在导电井内的行中被依次布置并且彼此分隔开，所述行通常平行于所述顶表面，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部中的每一个具有与井的导电率不同的导电率；电压测量设备，包括四个输入端子；开关设备，配置为连接到偏置源并且包括：四个输出端子，其分别电连接到开关设备的四个输入端子；以及第一、第二、第三、第四、，第五、和第六输入端子；其中第一和第六欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备的第五输入端子，其中第三和第八欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备第二输入端子，其中第二欧姆接触部电连接到开关设备的第一输入端子，其中第四欧姆接触部电连接到开关设备的第三输入端子，其中第五欧姆接触部电连接到开关设备的第四输入端子，其中第七欧姆接触部电连接到开关设备的第六输入端子，其中开关设备包括多种操作模式，并且其中在每一种操作模式下，开关设备配置为将从开关设备的第一、第二、第三、第四、第五和第六输入端子选择的两个输入端子分别电连接到偏置源和地，并且将开关设备剩余的不连接到偏置源和地的四个输入端子分别经由开关设备的四个输出端子电连接到电压测量设备的四个输入端子。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.06 US 61/8743851.一种垂直霍尔效应传感器，包括：霍尔效应设备，包括：衬底，具有顶表面和顶表面之下的第一导电率类型的区域；导电井，嵌入所述区域中并且具有第二导电率类型；第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部，在导电井内的行中被依次布置并且彼此分隔开，所述行通常平行于所述顶表面，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、以及第八欧姆接触部中的每一个具有与井的导电率不同的导电率；电压测量设备，包括四个输入端子；开关设备，配置为连接到偏置源并且包括：四个输出端子，其分别电连接到开关设备的四个输入端子；以及第一、第二、第三、第四、，第五、和第六输入端子；其中第一和第六欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备的第五输入端子，其中第三和第八欧姆接触部彼此电连接且电连接到开关设备第二输入端子，其中第二欧姆接触部电连接到开关设备的第一输入端子，其中第四欧姆接触部电连接到开关设备的第三输入端子，其中第五欧姆接触部电连接到开关设备的第四输入端子，其中第七欧姆接触部电连接到开关设备的第六输入端子，其中开关设备包括多种操作模式，并且其中在每一种操作模式下，开关设备配置为将从开关设备的第一、第二、第三、第四、第五和第六输入端子选择的两个输入端子分别电连接到偏置源和地，并且将开关设备剩余的不连接到偏置源和地的四个输入端子分别经由开关设备的四个输出端子电连接到电压测量设备的四个输入端子。2.根据权利要求1所述的垂直霍尔效应传感器，其中开关设备包括这样的操作模式，在所述操作模式下，分别电连接到偏置源和地的两个输入端子包括选自开关设备的第二、第三、第四和第五输入端子的交替对的输入端子，并且连接到开关设备的四个输出端子的剩余的四个输入端子包括第一和第六输入端子以及第二、第三、第四和第五输入端子中没有连接到偏置源或地的剩余两个输入端子而达到四个。3.根据权利要求1所述的垂直霍尔效应传感器，其中第一欧姆接触部与第二欧姆接触部分隔开并且第八欧姆接触部与第七欧姆接触部分隔开第一距离，其中第二欧姆接触部与第三欧姆接触部分隔开、第三欧姆接触部与第四欧姆接触部分隔开、第四欧姆接触部与第五欧姆接触部分隔开、第五欧姆接触部与第六欧姆接触部分隔开、以及第六欧姆接触部与第七欧姆接触部分隔开第二距离，并且其中第一距离大于第二距离。4.根据权利要求3所述的垂直霍尔效应传感器，其中第二距离大约是第一距离的一半。5.根据权利要求3所述的垂直霍尔效应传感器，其中导电井包括N-型导电率，并且所述区域包括P-型导电率。6.根据权利要求5所述的垂直霍尔效应传感器，其中第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、和第八欧姆接触部包括比导电井的N-型导电率更高度掺杂的N-型导电率。7.根据权利要求1所述的垂直霍尔效应传感器，其中第一和第六欧姆接触部以及第三和第八欧姆接触部经由敷金属电连接。8.根据权利要求3所述的垂直霍尔效应传感器，其中电压测量设备配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·范得海根，C·爱兹科，X·邢，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE