垂直霍爾效應(yīng)器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例涉及一種垂直霍爾效應(yīng)器件，并且涉及一種包括至少兩個(gè)垂直霍爾效應(yīng)器件的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]霍爾效應(yīng)器件是響應(yīng)于磁場(chǎng)的傳感器。它們通常遭受偏移誤差:該偏移誤差是在零施加磁場(chǎng)下的非零輸出信號(hào)?；魻栃?yīng)器件由具有供電端子和信號(hào)端子的一個(gè)或者多個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域組成?；魻栃?yīng)發(fā)生在霍爾效應(yīng)區(qū)域中，在霍爾效應(yīng)區(qū)域中，磁場(chǎng)在移動(dòng)電荷載流子上的洛倫茲力產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。移動(dòng)電荷載流子由連接至供電端子的電源供應(yīng)。在信號(hào)端子處，可以分接霍爾效應(yīng)器件的輸出信號(hào)。所有端子都是歐姆接觸，這使得霍爾效應(yīng)器件是純電阻器件。垂直霍爾效應(yīng)器件(VHall)主要響應(yīng)于與襯底的用于制備相應(yīng)的垂直霍爾效應(yīng)器件的表面平行的磁場(chǎng)。
[0003]已知多種不同設(shè)計(jì)的垂直霍爾效應(yīng)器件，但是大多數(shù)器件不適用于所謂的旋轉(zhuǎn)(spinning)電流方法或者旋轉(zhuǎn)電壓方法(或者僅實(shí)現(xiàn)不良的偏移消除性能)并且遭受低磁靈敏性和大電場(chǎng)。通常，多個(gè)接觸按照如下方式放置在襯底的表面上:電流可以在兩個(gè)供電接觸之間呈半圓形流動(dòng)，而感測(cè)接觸放置在這些供電接觸之間并且分接由潛入感測(cè)接觸之下的電流生成的霍爾電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供了一種垂直霍爾效應(yīng)器件。該垂直霍爾效應(yīng)器件包括:
[0005]至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域，包括彼此至少部分地去耦合的第一霍爾效應(yīng)區(qū)域、第二霍爾效應(yīng)區(qū)域、第三霍爾效應(yīng)區(qū)域和第四霍爾效應(yīng)區(qū)域；
[0006]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域中的每一個(gè)均具有第一面和與第一面相對(duì)的第二面；
[0007]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域中的每一個(gè)在第一面上均具有第一接觸和第二接觸，其中第一接觸和第二接觸在相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域處相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)放置，其中對(duì)稱(chēng)平面定向?yàn)榕c在相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域的第一接觸與第二接觸之間的直線(xiàn)垂直；
[0008]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域中的每一個(gè)均具有至少一個(gè)接觸區(qū)域，該至少一個(gè)接觸區(qū)域至少放置在相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)平面周?chē)膮^(qū)域中，其中低歐姆連接裝置包括連接該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域的接觸區(qū)域的至少一個(gè)低歐姆連接路徑。
[0009]此外，提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明的至少兩個(gè)垂直霍爾效應(yīng)器件的系統(tǒng)，其中垂直霍爾效應(yīng)器件串聯(lián)連接，從而使得流過(guò)第一垂直霍爾效應(yīng)器件的供電電流的至少75%，同時(shí)流過(guò)第二霍爾效應(yīng)器件。
【附圖說(shuō)明】
[0010]在本文中參考所附附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0011]圖1示出了包括四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖；
[0012]圖1a示出了包括四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的稍加修改的示意性截面圖；
[0013]圖1b示出了包括四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的另外的稍加修改的示意性截面圖；
[0014]圖2示出了在第一操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖；
[0015]圖3示出了在第二操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖；
[0016]圖4示出了在第三操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖；
[0017]圖5示出了在第三操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第一實(shí)施例的示意性截面圖；
[0018]圖6示出了在第一操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第二實(shí)施例的示意性截面圖；
[0019]圖7示出了在第三操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第二實(shí)施例的示意性截面圖；
[0020]圖8示出了在第一操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第二實(shí)施例的示意性俯視圖；
[0021]圖9示出了在第一操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第三實(shí)施例的示意性截面圖；
[0022]圖10示出了在第二操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第三實(shí)施例的示意性截面圖；
[0023]圖11示出了在第三操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第三實(shí)施例的示意性截面圖；
[0024]圖12示出了在第四操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第三實(shí)施例的示意性截面圖；
[0025]圖13示出了在第一操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第四實(shí)施例的示意性截面圖；
[0026]圖14示出了在第二操作模式中使用的垂直霍爾效應(yīng)器件的第五實(shí)施例的示意性截面圖；
[0027]圖15示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第五實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0028]圖16示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第六實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0029]圖17示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第七實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0030]圖18示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第八實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0031]圖19示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第九實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0032]圖20示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第十實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；
[0033]圖21示出了垂直霍爾效應(yīng)器件的第十一實(shí)施例的示意性平面圖和示意性截面圖；以及
[0034]圖22示出了包括串聯(lián)連接的三個(gè)垂直霍爾效應(yīng)器件的系統(tǒng)的示意性俯視圖。
[0035]相等或者等同元件或者具有相等或者等同功能的元件在以下說(shuō)明中通過(guò)相等或者等同的附圖標(biāo)記來(lái)表示。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在以下說(shuō)明中，提出多個(gè)細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的更加全面的闡釋。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。在其他情況下，公知的結(jié)構(gòu)和器件用框圖形式示出而非詳細(xì)示出，以便避免本發(fā)明的實(shí)施例重點(diǎn)模糊。另外，在后文中描述的不同實(shí)施例的特征可以彼此組合，除非特別注明不可以組合。
[0037]圖1示出了垂直霍爾效應(yīng)器件I的第一實(shí)施例的示意性截面圖。根據(jù)第一實(shí)施例，垂直霍爾效應(yīng)器件I包括:
[0038]至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1,2.2,2.3,2.4，包括彼此至少部分地去耦合的第一霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、第二霍爾效應(yīng)區(qū)域2.2、第三霍爾效應(yīng)區(qū)域2.3和第四霍爾效應(yīng)區(qū)域2.4 ；
[0039]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域中的每一個(gè)均具有第一面3和與第一面3相對(duì)的第二面4 ；
[0040]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4中的每一個(gè)在第一面4上均具有第一接觸 2.1.1,2.2.1,2.3.1,2.4.1 和第二接觸 2.1.2,2.2.2,2.3.2,2.4.2，其中第一接觸 2.1.1、2.2.1、2.3.1、2.4.1 和第二接觸 2.1.2、2.2.2、2.3.2、2.4.2 在相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4處相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2、PS3、PS4對(duì)稱(chēng)放置，其中對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2、PS3、PS4定向?yàn)榕c在相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4的第一接觸2.1.1,2.2.1、2.3.1,2.4.1 與第二接觸 1.1.2,2.2.2,2.3.2,2.4.2 之間的直線(xiàn)垂直；
[0041]其中該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1,2.2,2.3,2.4中的每一個(gè)均具有至少一個(gè)接觸區(qū)域5.1,5.2,5.3,5.4，該至少一個(gè)接觸區(qū)域5.1,5.2,5.3,5.4至少放置在相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2、PS3、PS4周?chē)膮^(qū)域中，其中低歐姆連接裝置包括連接該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1,2.2,2.3,2.4的接觸區(qū)域5.1,5.2,5.3,5.4的至少一個(gè)低歐姆連接路徑6。
[0042]注意，在圖1中，在截面圖中示出了每個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域，然而該四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域的相對(duì)于彼此的相對(duì)位置不對(duì)應(yīng)于相同的截面圖。具體地，圖1不應(yīng)該按照表示在截面圖中霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1放置在霍爾效應(yīng)區(qū)域2.3上方的方式解讀。也不應(yīng)該意味著霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1放置在霍爾效應(yīng)區(qū)域2.2旁邊。同樣，低歐姆連接路徑6僅表示連接性，而非路徑的幾何圖形或者布局。
[0043]術(shù)語(yǔ)“對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2、PS3、PS4”指相應(yīng)的第一接觸 2.1.1、2.2.1、2.3.1、2.4.1和第二接觸2.1.2、2.2.2、2.3.2、2.4.2相對(duì)于其對(duì)稱(chēng)定位的平面。優(yōu)選地，相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1,2.2,2.3,2.4也與相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2、PS3、PS4對(duì)稱(chēng)。然而，存在其中相應(yīng)的霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4不相對(duì)于相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)平面PSl、PS2、PS3、PS4對(duì)稱(chēng)的實(shí)施例。
[0044]垂直霍爾效應(yīng)器件I包括:包括霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1和2.2的第一部、和包括霍爾效應(yīng)區(qū)域 2.3 和 2.4 的第二部。第一接觸 2.1.1,2.2.1,2.3.1,2.4.1、第二接觸 2.1.2,2.2.2、2.3.2、2.4.2、對(duì)稱(chēng)接觸區(qū)域5.1、5.2、5.3、5.4和低歐姆連接路徑6的組合允許按照如下方式電學(xué)堆疊第一部和第二部:實(shí)質(zhì)上，相同的電流流過(guò)兩個(gè)部分，而每部分的總電壓等于整體電壓除以在堆疊中的部分的數(shù)量。每部分的更小電壓意味著在器件中更小的非線(xiàn)性效應(yīng)，并且這改進(jìn)了旋轉(zhuǎn)方案的殘余偏移。
[0045]在圖1中，出于清晰起見(jiàn)，霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4按照獨(dú)立的方式示出。然而，霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1,2.2,2.3,2.4可以嵌入在可以充當(dāng)絕緣體的一個(gè)或者多個(gè)襯底中。
[0046]本發(fā)明提供了電學(xué)堆疊的垂直霍爾效應(yīng)器件1，而不需要在部分之間的電流分流器(current splitter)。因此，在部分之間不會(huì)發(fā)生在電流分流器上的額外電壓降，從而使得垂直霍爾器件I的效率高。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該至少四個(gè)霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1、2.2、2.3、2.4中的每一個(gè)均具有布置在第一面3上的所述接觸區(qū)域5.1、5.2、5.3、5.4中的一個(gè)，其中與區(qū)域5.1、5.2,5.3,5.4接觸的低歐姆連接路徑6布置在第一面3上。這些特征促進(jìn)了垂直霍爾效應(yīng)器件I的生產(chǎn)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，布置在第一面3上的低歐姆連接路徑6包括低歐姆連接接線(xiàn)結(jié)構(gòu)6。低歐姆接線(xiàn)結(jié)構(gòu)6可以通過(guò)任何可用的技術(shù)制成，諸如通過(guò)BiCMOS/CMOS工藝制成。低歐姆接線(xiàn)結(jié)構(gòu)6可以具有細(xì)長(zhǎng)形式或者板狀或者片狀形式或者短厚形狀(squatshape)，S卩，其實(shí)質(zhì)上可以是一維或者二維或者甚至三維的。進(jìn)一步地，低歐姆接線(xiàn)結(jié)構(gòu)6可以由金屬諸如鋁或者銅等制成、由電導(dǎo)體諸如硅等制成、或者由其混合物制成。低歐姆接線(xiàn)結(jié)構(gòu)6可以包括開(kāi)關(guān)，具體地是MOS開(kāi)關(guān)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第一霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1和第二霍爾效應(yīng)區(qū)域2.2按照其對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2平行或者相同的方式布置，并且其中第三霍爾效應(yīng)區(qū)域2.3和第四霍爾效應(yīng)區(qū)域2.4按照其對(duì)稱(chēng)平面PS3、PS4平行或者相同的方式布置。通過(guò)這些特征，可以減少偏移誤差。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第一霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1和第二霍爾效應(yīng)區(qū)域2.2的第一接觸2.1.1,2.2.1在相同的方向上背離相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)平面PS1、PS2，其中第一霍爾效應(yīng)區(qū)域2.1和第二霍爾效應(yīng)區(qū)域2.2的第二接觸2.1.2,2.