[发明专利]一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件及其方法

说明书

本发明涉及一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，其特征在于：所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。本发明采用高压CMOS工艺制备，具备了较深的N阱，提高了器件的灵敏度，在时序的控制下，可分时对三个轴向上的磁感应强度进行侦测，相比于分立式的三维霍尔器件，大大减小了版图面积。

技术领域

本发明涉及一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件及其方法。

背景技术

目前，三维霍尔传感器由前端的霍尔器件完成磁电转换功能，结构主要为分立式，包括一组水平霍尔器件和两组垂直霍尔器件。水平霍尔器件主要为十字形结构，用于侦测垂直于芯片表面的磁场，在对称的两端施加偏置电压，将有电流穿过器件，存在磁场时，载流子受到洛伦茨力的影响产生偏移，在其余两端获得霍尔电压。垂直霍尔器件用于侦测平行于芯片表面的磁场，因此需要两组霍尔器件，分别对应于X轴和Y轴磁场的侦测，常用结构有四孔、五孔和六孔结构，结构包括一组偏置电极和一组霍尔电极，电极平行分布于结构表面，但在标准工艺下垂直霍尔器件的阱深浅，灵敏度较低；在这些设计中，存在结构不对称或电流路径不对称的缺点，具有较高的失调电压。此外，分立式的结构增大了霍尔器件在版图中的面积。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，可分时对三个轴向上的磁感应强度进行侦测，相比于分立式的三维霍尔器件，大大减小了版图面积。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件，所述霍尔器件为完全对称的两个十字结构的深N阱；所述十字结构的深N阱的四个端和中心分别设置有重掺杂的N+区层，所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均设置有高掺杂的P+区层。

进一步的，所述霍尔器件基于硅基板。

进一步的，所述十字结构为两个三孔垂直霍尔器件的叠加构成。

进一步的，所述三孔垂直霍尔器件为在深N阱上设置三个重掺杂的N+区层，N+区之间设置高掺杂的P+区。

进一步的，所述N+区层上设置有接触电极，作为偏置电极或霍尔电极。

进一步的，所述接触电极采用铝材料。

进一步的，根据权利要求1-6任一所述的一种应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤S1:基于硅基板，采用高压CMOS工艺制备两个十字结构深N阱；

步骤S2：在十字结构的深N阱的四个端和中心分别制备重掺杂的N+区层；

步骤S3:在所述重掺杂的N+区层上方制备对应的接触电极。

步骤S4:所述四个端点重掺杂的N+区层与中心重掺杂的N+区层之间均制备高掺杂的P+区层。

进一步的，一种采用权利要求5或6所述应用于三维霍尔传感器的霍尔器件的测磁方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:双十结构从左到右N+区层对应的接触电机编号分别为contact1、contact2、...、contact6,接触电极contact1和contact6，contact3和contact4分别用导线连接;

步骤S2:contact1和contact6作为偏置输入电极，contact3和contact4作为偏置输出电极，载流子在流经N阱内部时，由于磁场的存在，受到洛伦茨力的影响发生偏转，聚集于作为霍尔电极的contact2和contact5处，由于两个三孔结构完全对称，contact2和contact5处的电势应相同，侦测磁场时，二者之间出现的势差即为霍尔电压；