CN109686837A - 一种高灵敏度霍尔元件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，包括以下步骤：a)提供半导体衬底；b)采用外延方法在半导体衬底上形成牺牲层；c)在牺牲层上制备霍尔元件功能层；d)在霍尔元件功能层表面先粘附一层柔性薄膜，然后采用选择性腐蚀方法进行腐蚀剥离，将半导体衬底与霍尔元件功能层分离；e)霍尔元件功能层粘附于磁性基板上；f)制备霍尔元件金属电极、台面刻蚀和钝化；g)霍尔元件表面粘附磁性芯片，进行封装。根据本发明，采用外延方法制备的霍尔元件功能层薄膜，性能远远好于传统工艺制备的霍尔元件；采用衬底剥离方法制备霍尔元件功能层，可大大降低生产成本；磁性基板和芯片，可以大大提高霍尔元件的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种高灵敏度霍尔元件的制备方法。
背景技术
目前霍尔元件主要包括砷化镓霍尔元件、锑化铟霍尔元件和砷化铟霍尔元件，其中用量最大的是砷化镓霍尔元件和锑化铟霍尔元件。砷化镓霍尔元件具有优良的线性度和温度稳定性，但是灵敏度略低。对于砷化镓霍尔元件来说，其结构一般包括昂贵的半导体衬底，采用外延方法或者离子注入方法制备，其成本较高。
锑化铟体材料的电子迁移率非常高，达到78000cm2/Vs，因此，锑化铟霍尔元件具有非常高的灵敏度。锑化铟霍尔元件一般采用外延方法或者真空蒸镀的方法制备。锑化铟材料因为没有合适的晶格匹配的衬底，一般采用砷化镓衬底进行外延生长，因此晶格存在一定的失配。以砷化镓衬底生长的锑化铟薄膜，迁移率可以达到40000－50000cm2/Vs，能够制备灵敏度很高的霍尔元件。
采用真空蒸镀方法制备的锑化铟薄膜，迁移率一般为20000－30000cm2/Vs。为了进一步提高霍尔元件的灵敏度，将锑化铟薄膜转移至磁性基板上，这种方法制备的霍尔元件，其灵敏度可以提高3－6倍。
采用外延或者离子注入方法制备的霍尔元件薄膜，其性能要高于真空蒸镀方法制备的薄膜。US4398342A专利，通过衬底腐蚀方法，将外延方式生长的砷化镓霍尔元件功能层转移至磁性衬底上，大大提高了砷化镓霍尔元件的灵敏度，但是这种方法存在极大的浪费，生产成本较高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种低成本的方法制备高灵敏度的霍尔元件。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，包括以下步骤：
a)提供半导体衬底；
b)采用外延方法在半导体衬底上形成牺牲层；
c)在牺牲层上制备霍尔元件功能层；
d)在霍尔元件功能层表面先粘附一层柔性薄膜，然后采用选择性腐蚀溶液进行腐蚀剥离，将半导体衬底与霍尔元件功能层分离；
e)霍尔元件功能层粘附于磁性基板上；
f)制备霍尔元件金属电极、台面刻蚀和钝化；
g)在磁性基板表面先形成一层绝缘层，然后再与霍尔元件功能层粘附，使得霍尔元件表面粘附磁性芯片，进行封装。
更优选地，腐蚀剥离后的半导体衬底，经过简单处理后，可重复用于外延生长。
更优选地，所述牺牲层采用砷化铝，所述选择性腐蚀溶液采用氢氟酸溶液。
更优选地，所述绝缘层采用二氧化硅。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明所述的一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，通过衬底剥离的方法，将外延方式生长的霍尔元件薄膜，转移至磁性基板上。该方法制备的砷化镓霍尔元件，其灵敏度是传统方法制备的砷化镓霍尔元件的3－6倍；该方法制备的锑化铟霍尔元件，其灵敏度是传统真空蒸镀方法制备的锑化铟霍尔元件灵敏度的2倍。
2.本发明所述的一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，用于外延生长的昂贵的半导体衬底可以重复使用多次，大大降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1至图4是本发明所述的霍尔元件在制备过程中的结构示意图。
附图标记说明：
1、半导体衬底；2、牺牲层；3、霍尔元件功能层；4、柔性薄膜；5、绝缘层；6、磁性基板；7、金属电极；8、钝化层；9、磁性芯片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本实施例提供一种高灵敏度霍尔元件的制备方法如下：
选取砷化镓衬底，采用分子束外延(MBE)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)方式，在砷化镓衬底上设置牺牲层砷化铝，然后设置砷化镓霍尔元件功能层，如图1所示。生长完成后，在外延片表面粘附一层柔性薄膜，然后采用氢氟酸溶液，选择性腐蚀牺牲层砷化铝，使砷化镓衬底与霍尔元件功能层分离，如图2所示。剥离后的砷化镓衬底，经过简单化学处理后，即可用于重复生长。
取尺寸与砷化镓外延片一样大小的磁性基板，表面蒸镀一层二氧化硅。将用柔性薄膜支撑的砷化镓霍尔元件功能层粘附于磁性基板上，去除柔性薄膜，如图3所示。然后采用传统工艺，刻蚀台面，制备金属电极，制备钝化层。在霍尔元件中心区域粘附一个小块的磁性芯片，如图4所示。然后进行打线封装，完成器件制作。
作为本发明的可变换实施例，上述步骤中所述高灵敏度霍尔元件的各元件的制备工艺不限于此，现有技术中的能达到相同效果的其他处理工艺，以及根据不同材料选择对应的处理工艺均能达到本发明的目的，属于本发明的保护范围。
实施例二
本实施例提供一种高灵敏度霍尔元件的制备方法如下：
选取砷化镓衬底，采用分子束外延或者金属有机化学气相沉积方式，在砷化镓衬底上生长牺牲层砷化铝，然后生长锑化铟霍尔元件功能层，如图1所示。为了提高锑化铟薄膜的性能，一般在生长锑化铟霍尔元件功能层之前，先生长一层缓冲层，以减少锑化铟与砷化镓衬底之间的晶格失配。生长完成后，在外延片表面粘附一层柔性薄膜，然后采用氢氟酸溶液，选择性腐蚀牺牲层砷化铝，使砷化镓衬底与锑化铟霍尔元件功能层分离，如图2所示。剥离后的砷化镓衬底，经过简单化学处理后，即可用于重复生长。
取尺寸与砷化镓外延片一样大小的磁性基板，表面蒸镀一层二氧化硅。将用柔性薄膜支撑的锑化铟霍尔元件功能层粘附于磁性基板上，去除柔性薄膜，如图3所示。然后采用传统工艺，刻蚀台面，制备金属电极，制备钝化层，在霍尔元件中心区域粘附一个小块的磁性芯片，如图4所示。然后进行打线封装，完成器件制作。
作为本发明的可变换实施例，上述步骤中所述高灵敏度霍尔元件的各元件的制备工艺不限于此，现有技术中的能达到相同效果的其他处理工艺，以及根据不同材料选择对应的处理工艺均能达到本发明的目的，属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)提供半导体衬底；
b)采用外延方法在半导体衬底上形成牺牲层；
c)在牺牲层上制备霍尔元件功能层；
d)在霍尔元件功能层表面先粘附一层柔性薄膜，然后采用选择性腐蚀溶液进行腐蚀剥离，将半导体衬底与霍尔元件功能层分离；
e)霍尔元件功能层粘附于磁性基板上；
f)制备霍尔元件金属电极、台面刻蚀和钝化；
g)在磁性基板表面先形成一层绝缘层，然后再与霍尔元件功能层粘附，使得霍尔元件表面粘附磁性芯片，进行封装。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，其特征在于，腐蚀剥离后的半导体衬底，经过简单处理后，可重复用于外延生长。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述牺牲层采用砷化铝，所述选择性腐蚀溶液采用氢氟酸溶液。
4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度霍尔元件的制备方法，其特征在于，所述绝缘层采用二氧化硅。
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