片上电流传感器制造技术

本公开涉及半导体结构，更具体地涉及片上电流传感器及其制造方法。该片上电流传感器包括：竖直霍尔传感器；以及位于竖直霍尔传感器上方在第一布线层中的载流导体。上方在第一布线层中的载流导体。上方在第一布线层中的载流导体。

【技术实现步骤摘要】
片上电流传感器


[0001]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及片上电流传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]霍尔传感器是一种使用霍尔效应检测磁场的存在和大小的传感器。例如，霍尔传感器的输出电压与场的强度成正比。霍尔传感器用于接近度感测、定位、速度检测和电流感测应用。例如，霍尔传感器通常用于针对内燃机点火正时、转速表、防抱死制动系统和无刷DC电动机中的永磁体位置执行轮速和轴速定时。
[0003]在霍尔传感器用作电流感测应用的情况下，它可以感测由待被载流导体(例如，导线)感测到的电流生成的磁场。以此方式，霍尔传感器可以间接地感测电流。在当前配置中，载流导体的放置在传感器和导体之间具有较大的距离，由于如此长距离所致的较弱磁场，导致灵敏度较低。例如，片上平面霍尔传感器需要将霍尔传感器以一定的偏移来放置，该偏移需要到载流导体的较长距离。

技术实现思路

[0004]在本公开的一方面，一种结构包括：竖直霍尔传感器；以及位于所述竖直霍尔传感器上方在第一布线层中的载流导体。
[0005]在本公开的一方面，一种结构包括：前段制程霍尔传感器；以及在第一布线层级中的与所述霍尔传感器对准并位于所述霍尔传感器上方的后段制程载流导体。
[0006]在本公开的一方面，一种方法包括：在前段制程工艺中形成竖直霍尔传感器；以及在后段制程工艺中，在所述竖直霍尔传感器上方在第一布线层中形成载流导体。
附图说明
[0007]在随后的详细描述中借助本公开的示例性实施例的非限制性示例，参考所指出的多个附图描述了本公开。
[0008]图1A示出了根据本公开的一些方面的示例竖直(vertical)霍尔传感器以及相应的制造工艺的俯视图。
[0009]图1B示出了图1的竖直霍尔传感器的截面图。
[0010]图2示出了根据本公开的一些方面的位于竖直霍尔传感器上方的载流导体以及相应的制造工艺。
[0011]图3示出了根据本公开的一些方面的位于竖直霍尔传感器上方的载流导体的俯视图。
[0012]图4示出了根据本公开的一些方面的位于两个竖直霍尔传感器上方的载流导体的俯视图。
[0013]图5示出了在本文所述配置的竖直传感器与平面传感器之间的代表性磁场(以及磁场的计算)。
具体实施方式
[0014]本公开涉及半导体结构，更具体地涉及片上电流传感器及其制造方法。更具体地，片上电流传感器包括用于电流差分感测的竖直霍尔传感器。在实施例中，载流导体设置在竖直霍尔传感器上方在第一布线层中。有利地，通过在竖直霍尔传感器上方在第一布线层中具有载流导体，现在可以实现比常规配置更高和更准确的灵敏度。
[0015]在更具体的实施例中，载流导体包括位于前段制程(FEOL)竖直霍尔传感器上方的后段制程(BEOL)金属线(例如，在第一金属线中)。由于电流传感器是竖直霍尔传感器，因此可以将霍尔传感器放置在位于第一金属线处的载流导体的直接下方，从而减小载流导体和霍尔传感器之间的距离。也就是说，与平面霍尔器件相比，使用竖直霍尔传感器可以将该竖直霍尔传感器放置在载流导体的直接下方，从而提供使得投影到另一轴没有任何损失的尽可能短的距离。以这种方式，由于载流导体和竖直霍尔传感器之间的距离更近并且两者准确对准，因此竖直霍尔传感器可以提供更高和更准确的灵敏度(>2倍或1
‑
2个数量级)。由于集成的片上载流导体避免了在封装级使用更大或更厚的金属线以生成足够的场或用于未对准容限，因此竖直霍尔传感器也可以被设置在更小的传感器系统区域中。
[0016]本公开的片上电流传感器可以使用多种不同的工具，以多种方式来制造。然而，一般地，使用方法和工具来形成具有微米和纳米级尺寸的结构。已经根据集成电路(IC)技术采用了用于制造本公开的片上电流传感器的方法(即，技术)。例如，这些结构建立在晶圆上，并在晶圆顶部上借助光刻工艺而图案化的材料膜中实现。具体地，片上电流传感器的制造使用三个基本构造块：(i)在衬底上沉积材料薄膜；(ii)通过光刻成像在膜顶部上施加图案化的掩模；以及(iii)对掩模选择性地蚀刻所述膜。
[0017]图1A示出了示例竖直霍尔传感器的俯视图，图1B示出了图1A的竖直霍尔传感器的截面图。本领域的普通技术人员应当理解，图1A和1B所示的霍尔传感器仅是霍尔传感器的一个示例，并且根据本公开的一些方面考虑使用其他霍尔传感器。例如，三(3)端子竖直霍尔传感器可以与本文所述的载流导体一起使用。
[0018]更具体地，如图1A和1B所示，竖直霍尔传感器10可以包括衬底(例如，传感器主体)12，该衬底12包括多个节点，例如，扩散区14a、14b、14c、14d。在实施例中，衬底(例如，传感器主体)12可以由任何合适的轻掺杂(例如，N
‑
掺杂)半导体材料构成，该半导体材料包括但不限于Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、InP、和其他III/V族或II/VI族化合物半导体。在实施例中，衬底(例如，传感器主体)12可以是在晶圆，例如，绝缘体上半导体(SOI)或体晶圆上外延生长的外延半导体材料。
[0019]节点14a、14b、14c、14d可以包括比衬底(例如，传感器主体)12更高的掺杂浓度(例如，N+掺杂)。节点14a、14b、14c、14d可以通过浅沟槽隔离区或相反掺杂的区域(例如，P型区)(它们中的任一个用参考标号16表示)而彼此电隔离。
[0020]在操作中，在五(5)端子霍尔传感器中，电流从输入节点14a流向输出节点14c(或相反流动)，如图1B中的箭头所示，并且电流将在节点14b、14d中被感测到。在实施例中，节点14c电连接到另一节点。替代地，在五(5)端子霍尔传感器中，电流可以从输入节点14b流向输出节点14d(或相反流动)，并且在节点14a、14c中被感测到。在任何这些情况下，竖直霍尔传感器12产生V
H
(分别为+V
H
和
‑
V
H
)。并且，如本领域技术人员所知，电流大小与V
H
成比例。
[0021]尽管对于理解本专利技术来说不是关键的，但是节点14a、14b、14c、14d和P型区16可以
通过例如离子注入引入掺杂物来形成，该离子注入在衬底12中引入一定浓度的掺杂物。节点14a、14b、14c、14d和P型区16可以通过在衬底12中引入一定浓度的相反导电类型的不同掺杂物来形成。在实施例中，可以使用相应的图案化注入掩模来限定为注入而暴露的选定区域。注入掩模可以包括一层光敏材料，例如有机光致抗蚀剂，其通过旋涂工艺施加，被预烘烤，暴露于通过光掩模投射的光下，曝光后烘烤，并用化学显影剂进行显影。每个注入掩模具有足以阻止掩蔽区域接收一定剂量的注入离子的厚度和阻止能力。节点14a、14b、14c、14d可以掺杂有n型掺杂物，例如砷(As)、磷(P)和Sb以及其他合适的示例，而P型区16可以掺杂有p型掺杂物，例如硼(B)。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构，包括：竖直霍尔传感器；以及位于所述竖直霍尔传感器上方在第一布线层中的载流导体。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述载流导体包括金属布线。3.根据权利要求2所述的结构，其中，所述金属布线包括铜。4.根据权利要求2所述的结构，其中，所述金属布线包括铝。5.根据权利要求1所述的结构，其中，所述载流导体在所述第一布线层中在所述竖直霍尔传感器的直接上方。6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述竖直霍尔传感器包括两个竖直霍尔传感器。7.根据权利要求6所述的结构，其中，所述载流导体包括U形，其中所述U形的每条腿位于所述两个竖直霍尔传感器中的相应一个竖直霍尔传感器上方。8.根据权利要求7所述的结构，其中，所述载流导体的每条腿位于所述两个竖直霍尔传感器中的相应一个竖直霍尔传感器的直接上方。9.根据权利要求8所述的结构，其中，所述载流导体包括与所述两个竖直霍尔传感器位于同一片上封装中的后段制程(BEOL)结构。10.根据权利要求1所述的结构，其中，所述载流导体包括与所述竖直霍尔传感器位于同一片上封装中的后段制程(BEOL)结构。11.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓荣发，孙永顺，
申请(专利权)人：格芯新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：