【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路设计，特别是涉及一种应用于霍尔传感器的水平型霍尔器件及制备方法。
技术介绍
1、目前，作为磁传感的一种，cmos霍尔传感器因为其工艺兼容性，成本低，高集成度等优点被广泛应用于汽车电子、医疗电子，消费电子等领域。霍尔传感器主要包括霍尔器件以及相应的信号调理电路。特别地，针对三维磁场的检测，霍尔传感器中包含用于检测垂直于芯片表面磁场的水平霍尔器件和用于检测平行于芯片表面磁场的垂直霍尔器件。霍尔器件将磁场信号转换为电信号，信号转换效率以及信号质量决定着霍尔传感器的整体性能，因此高性能的霍尔器件对于霍尔传感器非常重要。
2、对于传统霍尔器件，性能的提高主要面临以下几个问题。第一，部分电流在进入器件之后，会沿着器件边缘经感应电极流出器件，即发生“短路效应”，这部分电流在器件边缘流动，并不会贡献霍尔电压信号，造成器件灵敏度的降低。公布号为cn208297701u的专利申请的水平型霍尔器件相比传统结构在n阱上加入p+注入层，虽然通过引入pn结结构抑制了“短路效应”的发生，但部分电流仍然会沿相对较短的电流路径流向感应电极造成灵敏度的降低。第二，传统霍尔器件的结构决定了其灵敏度受到电极尺寸的制约，较小电极尺寸可以提高灵敏度，但同时会带来工艺上的挑战，使初始失调增加。因此受限于电极尺寸高灵敏度和低失调难以兼得。第三，由于界面处的缺陷以及杂质粒子等产生的表面寄生效应，霍尔器件存在1/f噪声，影响器件的信噪比。此外在cmos集成霍尔器件中，霍尔器件和外部电路集成在一个晶圆上，因此各个器件之间会面临比较大的串扰问题，虽然
技术实现思路
1、为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种水平型霍尔器件及制备方法，利用dti(deep trench isolation)结构以及sti结构来调控电流路径，避免短路效应的发生，减少表面噪声，提高霍尔器件的灵敏度、使霍尔器件灵敏度不受电极尺寸的制约，增大电极尺寸以减少失调的同时，灵敏度保持不变甚至提高。采用全隔离结构使传感器件与其他器件完全隔离，避免了其它器件的串扰。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种水平型霍尔器件，包括：
3、第一导电类型衬底层，在第一导电类型衬底层上设有box层，在box层上设有第一导电类型外延层，在第一导电类型外延层上设有第二导电类型阱层，在第二导电类型阱层上设有sti(shallow trench isolation)层，在sti层设有第二导电类型感应电极对和第二导电类型偏置电极对，所述第二导电类型感应电极对和第二导电类型偏置电极对深及第二导电类型阱层，在所述设有第一导电类型外延层上连接有接地电极，其特征在于，在相邻的第二导电类型感应电极与第二导电类型偏置电极之间设有电流阻挡层，并且，所述电流阻挡层始自sti层并经过第二导电类型阱层、第一导电类型外延层后触及box层。
4、为实现上述目的，本专利技术还提供一种水平型霍尔器件的制备方法，包括以下步骤，
5、制备有box层和外延层的衬底；所述外延层为第一导电类型外延层，所述衬底为第一导电类型衬底，
6、对所述第一导电类型外延层进行深槽刻蚀，形成位于box层上的深槽，深槽底部与box层直接接触，通过沉积二氧化硅填充深槽形成电流阻挡层，
7、通过光刻形成被光刻胶露出的掺杂窗口并用光刻胶遮住电流阻挡层，在第一导电类型外延层的上部掺杂形成第二导电类型阱层，
8、对电流阻挡层、感应电极对区域和偏置电极对区域以外的第二导电类型阱层区域进行浅槽刻蚀，形成位于所述第二导电类型阱层上的浅槽，通过沉积二氧化硅形成sti层，
9、对感应电极对区域和偏置电极对区域进行掺杂形成重掺杂第二导电类型接触层，对第一导电类型外延层掺杂以形成重掺杂第一导电类型接触层。
10、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
11、(1)本专利技术采用电流阻挡层尤其是采用dti结构，提高了器件的灵敏度，抑制了“短路效应”。因为电流倾向于沿着短电流路径即低阻方向流动的特性，对于传统霍尔器件来说，部分电流在进入器件之后会沿着器件边缘经感应电极流出器件，即发生“短路效应”。发生“短路效应”的这部分电流在霍尔器件工作状态下受到磁场力的作用后并不会产生有效的霍尔电压，从而造成器件感应磁场的灵敏度降低。本专利技术的霍尔器件通过电流阻挡层(dti结构)的引入，改变了器件内部电阻的分布，使得原先低阻方向的电流路径变为高阻路径，电流不再沿短电流路径流动，抑制了“短路效应”的发生，并且这部分电流会在受到磁场力的作用后在垂直于电流流动方向上产生霍尔电压，提高了器件的灵敏度，解决了制约霍尔器件灵敏度提高的“短路效应”。
12、(2)本专利技术消除了电极尺寸对霍尔器件的灵敏度的制约，可以实现增大电极尺寸以减小失调的同时不再影响器件的灵敏度。对于传统的霍尔器件，灵敏度与几何因子成正比，而几何因子与电极尺寸成反比，因此较小的电极尺寸能够获得较大的灵敏度。然而由于工艺精度以及工艺波动等因素的影响，电极尺寸越小就越难以保证电极之间的对称分布，而电极之间的不对称会造成器件的初始失调增大，从而影响霍尔传感器的分辨率。因此传统结构受限于调整电极尺寸，高灵敏度和低失调难以兼得。针对本专利技术提出的一种水平型霍尔器件，采用dti结构对电流路径进行调控，使霍尔器件的灵敏度不再受到传统理论中的几何因子的束缚，而是受到dti结构长度的调节，避免了电极尺寸对器件灵敏度的影响，因此可以增大电极尺寸以减小失调的同时保证器件灵敏度不受影响。
13、(3)提高器件灵敏度。对于水平型霍尔器件来说，较浅的有源区n阱能带来更高的灵敏度。针对本专利技术提出的一种水平型霍尔器件，其表面可控深度的sti结构的引入等效减小了有源区n阱的深度，从而提高器件灵敏度。此外，由于“短路效应”的解决，器件的灵敏度也得到了很大提高。
14、(4)全隔离结构。不同于传统霍尔器件使用的pn结隔离结构，本专利技术提出的一种水平型霍尔器件通过dti结构和box层的结合实现全隔离结构。一方面传统结构中霍尔器件边缘因pn结引入的结场效应会导致霍尔器件的对称性降低，进而导致失调增大，而本专利技术提出的一种水平型霍尔器件采用的是沟槽隔离结构，在器件边缘几乎不存在结场效应，使得霍尔器件的初始失调减小。另一方面本专利技术提出的一种水平型霍尔器件与其他区域完全隔离，隔绝了衬底噪声和其它器件的串扰，使得霍尔器件和外部电路集成后可以正常工作而不受其他器件的信号串扰，提高霍尔器件工作稳定性。
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1.一种水平型霍尔器件，其特征在于，包括：第一导电类型衬底层（1），在第一导电类型衬底层（1）上设有BOX层（2），在BOX层（2）上设有第一导电类型外延层（3），在第一导电类型外延层（3）上设有第二导电类型阱层（6），在第二导电类型阱层（6）上设有STI层（7），在STI层（7）设有第二导电类型感应电极对（91、92）和第二导电类型偏置电极对（93、94），所述第二导电类型感应电极对（91、92）和第二导电类型偏置电极对（93、94）深及第二导电类型阱层（6），在所述设有第一导电类型外延层（3）上连接有接地电极（100），其特征在于，在相邻的第二导电类型感应电极与第二导电类型偏置电极之间设有电流阻挡层（5），并且，所述电流阻挡层（5）始自STI层（7）并经过第二导电类型阱层（6）、第一导电类型外延层（3）后触及BOX层（2）。
2.根据权利要求1所述的水平型霍尔器件，其特征在于，所述电流阻挡层（5）向外延伸至第一导电类型外延层（3）、第二导电类型阱层（6）、STI层（7）的边缘。
3.根据权利要求1或2所述的水平型霍尔器件，其特征在于，在BOX层（2）上
4.根据权利要求3所述的水平型霍尔器件，其特征在于，所述隔离结构（4）为DTI深槽隔离结构。
5.根据权利要求1或2所述的水平型霍尔器件，其特征在于，所述电流阻挡层（5）为DTI深槽隔离区。
6.根据权利要求1所述的水平型霍尔器件，其特征在于，第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
7.根据权利要求1所述的水平型霍尔器件，其特征在于，第一导电类型为n型，第二导电类型为p型。
8.根据权利要求1所述的水平型霍尔器件，其特征在于，第二导电类型感应电极对中的感应电极连线和第二导电类型偏置电极对中的偏置电极连线垂直。
9.一种水平型霍尔器件的制备方法，包括：
10.根据权利要求9所述的水平型霍尔器件的制备方法，其特征在于，在对所述第一导电类型外延层进行深槽刻蚀时，刻蚀第一导电类型外延层以形成位于BOX层上的方形深槽，通过沉积二氧化硅填充方形深槽形成隔离结构（4），所述隔离结构（4）能够包围电流阻挡层（5）、重掺杂第二导电类型接触层（8）、STI层（7）及其下方的第二导电类型阱层（6）、第一导电类型外延层（3）和重掺杂第一导电类型接触层（9），并且，位于隔离结构（4）的拐角区域的第一导电类型外延层露于隔离结构（4）表面。
...【技术特征摘要】
1.一种水平型霍尔器件，其特征在于，包括：第一导电类型衬底层（1），在第一导电类型衬底层（1）上设有box层（2），在box层（2）上设有第一导电类型外延层（3），在第一导电类型外延层（3）上设有第二导电类型阱层（6），在第二导电类型阱层（6）上设有sti层（7），在sti层（7）设有第二导电类型感应电极对（91、92）和第二导电类型偏置电极对（93、94），所述第二导电类型感应电极对（91、92）和第二导电类型偏置电极对（93、94）深及第二导电类型阱层（6），在所述设有第一导电类型外延层（3）上连接有接地电极（100），其特征在于，在相邻的第二导电类型感应电极与第二导电类型偏置电极之间设有电流阻挡层（5），并且，所述电流阻挡层（5）始自sti层（7）并经过第二导电类型阱层（6）、第一导电类型外延层（3）后触及box层（2）。
2.根据权利要求1所述的水平型霍尔器件，其特征在于，所述电流阻挡层（5）向外延伸至第一导电类型外延层（3）、第二导电类型阱层（6）、sti层（7）的边缘。
3.根据权利要求1或2所述的水平型霍尔器件，其特征在于，在box层（2）上设有隔离结构（4）且所述隔离结构（4）位于第一导电类型外延层（3）、第二导电类型阱层（6）、sti层（7）和电流阻挡层（5）外侧并包围第一导电类型外延层（3）、第二导电类...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，郑贵强，李沂宸，李雪琪，刘斯扬，孙伟锋，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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