CN110197871A - 具有包括互连件及迹线的金属层的霍尔效应传感器 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及拥有具有互连件及迹线的金属层的霍尔效应传感器。霍尔效应传感器(100；200)包括：半导体衬底(102)；第一阱(104)，其形成在所述半导体衬底中；第一欧姆接点(112)，其形成在所述第一阱中；第二欧姆接点(114)，其形成在所述第一阱中；第一端子(116)，其电耦合到所述第一欧姆接点；第二端子(118)，其电耦合到所述第二欧姆接点；及第一金属层(135)，其形成在所述半导体衬底上方。所述第一金属层包括第一互连件(128；134)及第一迹线(136)，其中所述第一迹线形成在所述第一阱上方，且其中所述第一互连件将所述第一阱的第一部分(130)电耦合到所述第一阱的第二部分(132)。所述第一及第二欧姆接点各自定位在所述第一阱的所述第一部分与所述第二部分之间，其中所述第一互连件与所述第一迹线电隔离。

Description

具有包括互连件及迹线的金属层的霍尔效应传感器

技术领域

本发明涉及磁场，且更特定来说涉及拥有具有互连件及迹线的金属层的霍尔效应传感器。

背景技术

为测量或检测磁场，霍尔效应传感器响应于在一或多个(半导体)阱中的所施加的电流而产生电压(电势差)，其中磁场在一或多个阱中具有非零分量。测量或检测电压提供磁场的测量或检测。

发明内容

根据至少一个实例，一种霍尔效应传感器包括半导体衬底、形成在所述半导体衬底中的第一阱、形成在所述第一阱中的第一欧姆接点、形成在所述第一阱中的第二欧姆接点、电耦合到所述第一欧姆接点的第一端子、电耦合到所述第二欧姆接点的第二端子及形成在所述半导体衬底上方的第一金属层。所述第一金属层包括第一互连件及第一迹线，其中所述第一迹线形成在所述第一阱上方，且其中所述第一互连件将所述第一阱的第一部分电耦合到所述第一阱的第二部分。所述第一及第二欧姆接点各自定位在所述第一阱的所述第一部分与所述第二部分之间，其中所述第一互连件与所述第一迹线电隔离。

根据至少一个实例，一种霍尔效应传感器包括半导体衬底、形成在所述半导体衬底中的第一阱、形成在所述半导体衬底中的第二阱、形成在所述半导体衬底中的第三阱、形成在所述半导体衬底中的第四阱、形成在所述第一阱上方的第一迹线、形成在所述第二阱上方的第二迹线、形成在所述第三阱上方的第三迹线、形成在所述第四阱上方的第四迹线。所述第一迹线及所述第二迹线串联电耦合在一起，所述第三迹线及所述第四迹线串联电耦合在一起，且所述第一迹线及所述第三迹线电耦合到所述端口。

根据至少一个实例，一种霍尔效应传感器包括半导体衬底、形成在所述半导体衬底中的第一阱、形成在所述半导体衬底中的第二阱、形成在所述半导体衬底中的第三阱、形成在所述半导体衬底中的第四阱、形成在所述第一阱上方的第一迹线、形成在所述第二阱上方的第二迹线、形成在所述第三阱上方的第三迹线及形成在所述第四阱上方的第四迹线。所述第一、第二、第三及第四迹线各自并联电耦合在一起。

附图说明

针对各种实例的详细描述，现在将参考附图，其中：

图1展示根据各种实例的霍尔效应传感器；及

图2展示根据各种实例的霍尔效应传感器。

具体实施方式

在霍尔效应传感器用于测量或检测未知磁场之前，通过在霍尔效应传感器的一或多个阱中产生施加的磁场来校准霍尔效应传感器可能是有用的。根据所揭示的实施例，说明性霍尔效应传感器包括一或多个迹线以携载所施加的电流，以便在一或多个阱中产生所施加的磁场。在一些实施例中，迹线由用于形成用于在阱中携载电流的互连件的相同金属层形成。在一些实施例中，迹线经配置使得所施加的电流大体上(例如，在10％变化内)均匀地流过迹线，使得每一阱大体上(例如，在10％变化内)经历相同的磁场强度及方向。

图1展示包括半导体衬底102的说明性霍尔效应传感器100的平面图(经简化且并未按比例绘制)。形成在半导体衬底102中的是：第一阱104、第二阱106、第三阱108及第四阱110。在一些实施例中，说明性霍尔效应传感器100是垂直霍尔效应传感器，其提供半导体衬底102的平面中的磁场的测量或检测。半导体衬底102可为轻微掺杂的n型或p型硅晶体。第一、第二、第三及第四阱104、106、108及110可为通过植入或外延生长形成的n型或p型阱。

第一欧姆接点112及第二欧姆接点114形成在第一阱104中。在一些实施例中，第一及第二欧姆接点112及114是第一阱104中的高度掺杂区，例如高度掺杂的n型区。第一端子116电耦合到第一欧姆接点112，且第二端子118电耦合到第二欧姆接点114。第一及第二端子116及118通过通孔分别电耦合到第一及第二欧姆接点112及114，但为便于说明，未展示此类通孔。

当使用说明性霍尔效应传感器100来检测或测量磁场时，在一些实施例中，所施加的电流被源送到具有第一方向的第一端子116中，且所施加的电流被源送到具有与第一方向相反的第二方向的第二端子118中。在一些实施例中，第三端子120及第四端子122用于测量由霍尔效应产生的所得电压(电势差)。第三端子120通过通孔(未展示)电耦合到形成在第一阱104中的第三欧姆接点124，且第四端子122通过通孔(未展示)电耦合到形成在第一阱104中的第四欧姆接点126。在一些实施例中，第三及第四欧姆接点124及126是第一阱104中的高度掺杂区，例如高度掺杂n型区。

在一些实施例中，第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122包括金属，且形成在一或多个电介质层(未展示)上方。在一些实施例中，第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122通过蚀刻一或多个金属层形成。尽管未在图1中展示，但第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122在第二、第三及第四阱106、108及110上方延伸且电耦合到第二、第三及第四阱106、108及110。

在一些实施例中，各种金属化层及通孔(未展示)用于对第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122进行布线，以便在电耦合到第一、第二、第三及第四阱104、106、108及110时改变其相对定向。作为特定实例，应注意，端子相对于第一阱104从左到右的排序是120、116、122及118。在一些实施例中，端子相对于第三阱108从左到右的排序可能为118、120、116、122，其表示相对排序的循环移位。可在每一阱处实施循环移位以补偿偏移。一些实施例可不改变第一、第二、第三及第四端子116、118、120、122的相对定向。

互连件128将第一阱104的第一部分130电耦合到第一阱104的第二部分132。第一阱104的第一部分130实质上是第一阱104的一端，且第一阱104的第二部分132实质上是第一阱104的另一端。因此，第一、第二、第三及第四欧姆接点112、114、124及126各自定位在第一阱104的第一部分130与第二部分132之间。

将第一阱104的第一部分130电耦合到第一阱104的第二部分132提供用于在第一端子116与第二端子118之间的电流流动的路径。通孔(未展示)将互连件128耦合到第一阱104中的欧姆接点(未展示)。在一些实施例中，互连件128是金属。

在一些实施例中，可使用一个以上互连件来促进在第一端子116与第二端子118之间电流流动。在图1的实施例中，互连件134将第一阱104的第一部分130电耦合到第一阱104的第二部分132。尽管未在图1中展示，但类似于互连件128或互连件134的互连件用于第二、第三及第四阱106、108及110。

在一些实施例中，通过将第一金属层135沉积在电介质层(未展示)上方随后进行图案化及蚀刻以形成互连件128及134来形成互连件128及134。第二金属层137(或多个金属层)用于形成第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122。当提到由其形成互连件128及134，或者由其形成第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122的金属层时，使用术语“第一”或“第二”并未暗示特定排序。在说明性霍尔效应传感器100的实例中，在由其形成第一、第二、第三及第四端子116、118、120及122的第二金属层之后，沉积由其形成互连件128及134的第一金属层135，其中一或多个电介质层(未展示)将第一金属层135与第二金属层137分离并电绝缘，使得第二金属层137定位在第一阱104与第一金属层135之间。可沉积、图案化及蚀刻额外金属层以提供电布线。

由其形成互连件128及134的第一金属层135也经图案化及蚀刻以形成用于携载所施加的电流以产生用于校准说明性霍尔效应传感器100的所施加的磁场的迹线。第一迹线136经形成使得第一金属层135可被描述为包括第一迹线136以及互连件128及134。第一金属层135经图案化及蚀刻使得互连件128及互连件134各自与第一迹线136电隔离。第一迹线136形成在半导体衬底102上方，且具体来说在第一阱104上方。在一些实施例中，第一迹线136的宽度大体上(例如，在10％变化内)类似于第一阱104的宽度。然而，为不使图1中所说明的特征模糊不清，第一迹线136经展示具有小于第一阱104的宽度的宽度。(在一些实施例中，可选择迹线的宽度以优化电流分布。)

第一金属层135经图案化及蚀刻以在阱上方形成其它迹线，具体来说，在第二阱106上方形成第二迹线138，在第三阱108上方形成第三迹线140，在第四阱110上方形成第四迹线142。因此，第一金属层135可被描述为包括第二迹线138以及第三及第四迹线140及142。

在说明性霍尔效应传感器100中，第一迹线136、第二迹线138、第三迹线140及第四迹线142并联电耦合在一起。由其形成这些迹线的第一金属层135经图案化及蚀刻使得第一、第二、第三及第四迹线136、138、140及142是连续的。

在校准程序期间，通过在端口144及端口146处提供(源送或吸收)所施加的电流来产生所施加的磁场。第一、第二、第三及第四迹线136、138、140及142在端口144及端口146处各自耦合在一起，使得源入端口144及端口146或从端口144及端口146吸收的所施加的电流大体上均匀地(例如，在10％变化内)流到第一、第二、第三及第四迹线136、138、140及142。第一金属层135经图案化及蚀刻以形成第一分支148及第二分支150以分离电流路径，使得所施加的电流大体上均匀地(例如，在10％变化内)流动到第一、第二、第三及第四迹线136、138、140及142。以此类方式，阱中的每一者经历大体上相同(例如，在10％变化内)的所施加的磁场强度及方向。

图2展示说明性霍尔效应传感器200的平面图(经简化且并未按比例绘制)。图2及图1两者共同的特征具有相同的数字标签。参照图2，第一金属层135经图案化及蚀刻使得阱上方的迹线串联电耦合。第一金属层135经图案化及蚀刻以包括第一阱104上方的第一迹线236及第二阱106上方的第二迹线238，其中第一迹线236及第二迹线238串联电耦合在一起。具有通孔204及206的互连件202串联电耦合第一迹线236及第二迹线238。在图2中所说明的实施例中，互连件202由第二金属层137形成。

第一金属层135经图案化及蚀刻以包括第三阱108上方的第三迹线240及第四阱110上方的第四迹线242，其中第三迹线240及第四迹线242串联电耦合在一起。具有通孔210及212的互连件208串联电耦合第三迹线240及第四迹线242。在图2中所说明的实施例中，互连件208由第二金属层137形成。

第一金属层135经图案化及蚀刻使得第三迹线240与第一迹线236邻接。第一迹线236及第三迹线240在端口214处耦合在一起，使得源入端口214的所施加的电流大体上均匀地(例如，在10％变化内)流动到第一及第三迹线236及240。由于其中第一迹线236与第二迹线238串联且第三迹线240与第四迹线242串联的对称布局，所施加的电流在第一及第三迹线236及240中均匀地流动，从而导致大体上相同(例如，在10％变化内)量的所施加的电流流过每一迹线，使得每一阱经历大体上相同(例如，在10％变化内)的所施加的磁场强度及方向。

在一些实施例中，当选择所说明的互连件及迹线中的部分之间的间隔值时，考虑电流流动的方向。举例来说，互连件244及互连件202一起将第一迹线236电耦合到第二迹线238。互连件244中的电流流动方向与第二迹线238及第一迹线236的电流流动方向相反。因此，在一些实施例中，互连件244形成在大于第二迹线238与第一迹线236之间的距离的距第二迹线238的距离处。类似说明适用于图2中的其它迹线。因为未按比例绘制图2，所以未说明迹线之间的间隔的不同值。

上文论述希望说明本发明的原理及各种实施例。一旦完全了解上文揭示内容，众多变化及修改对于所属领域的技术人员将变得显而易见。希望将所附权利要求书解释为涵盖所有此类变化及修改。

Claims (20)

1.一种霍尔效应传感器，其包括：

半导体衬底；

第一阱，其形成在所述半导体衬底中；

第一欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第二欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第一端子，其电耦合到所述第一欧姆接点；

第二端子，其电耦合到所述第二欧姆接点；及

第一金属层，其形成在所述半导体衬底上方，所述第一金属层包括第一互连件及第一迹线，所述第一迹线形成在所述第一阱上方，所述第一互连件将所述第一阱的第一部分电耦合到所述第一阱的第二部分，其中所述第一及第二欧姆接点各自定位在所述第一阱的所述第一部分与所述第二部分之间，且其中所述第一互连件与所述第一迹线电隔离。

2.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，所述第一金属层包括将所述第一阱的所述第一部分电耦合到所述第一阱的所述第二部分的第二互连件，其中所述第二互连件与所述第一迹线电隔离。

3.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其进一步包括第二金属层，其中所述第二金属层包括所述第一及第二端子。

4.根据权利要求3所述的霍尔效应传感器，其中所述第二金属层定位在所述第一阱与所述第一金属层之间。

5.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第三欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第四欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第三端子，其电耦合到所述第三欧姆接点；及

第四端子，其电耦合到所述第四欧姆接点。

6.根据权利要求1所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第二阱，其形成在所述半导体衬底中；

所述第一金属层进一步包括形成在所述第二阱上方的第二迹线。

7.根据权利要求6所述的霍尔效应传感器，其中所述第一迹线及所述第二迹线串联电耦合在一起。

8.根据权利要求7所述的霍尔效应传感器，其进一步包括第二金属层，其中所述第二金属层包括所述第一及第二端子。

9.根据权利要求8所述的霍尔效应传感器，所述第二金属层进一步包括第二互连件以将所述第一迹线电耦合到所述第二迹线。

10.根据权利要求9所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第三阱，其形成在所述半导体衬底中；

所述第一金属层进一步包括形成在所述第三阱上方的第三迹线，其中所述第三迹线与所述第一迹线邻接。

11.根据权利要求10所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

端口，其中所述第一及第三迹线在所述端口处耦合在一起，其中源送到所述端口中的电流均匀地流到所述第一及第三迹线。

12.根据权利要求6所述的霍尔效应传感器，其中所述第一迹线及所述第二迹线并联电耦合在一起，且其中所述第一迹线与所述第二迹线邻接。

13.根据权利要求12所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第三阱，其形成在所述半导体衬底中；及

第四阱，其形成在所述半导体衬底中；

所述第一金属层进一步包括形成在所述第三阱上方的第三迹线，及形成在所述第四阱上方的第四迹线，其中所述第三及第四迹线与所述第一迹线并联电耦合且与所述第一迹线邻接。

14.根据权利要求13所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

端口，其中所述第一、第二、第三及第四迹线各自在所述端口处耦合在一起，其中源送到所述端口中的电流均匀地流到所述第一、第二、第三及第四迹线。

15.一种霍尔效应传感器，其包括：

半导体衬底；

第一阱，其形成在所述半导体衬底中；

第二阱，其形成在所述半导体衬底中；

第三阱，其形成在所述半导体衬底中；

第四阱，其形成在所述半导体衬底中；

第一迹线，其形成在所述第一阱上方；

第二迹线，其形成在所述第二阱上方；

第三迹线，其形成在所述第三阱上方；

第四迹线，其形成在所述第四阱上方；及

端口；

其中所述第一迹线及所述第二迹线串联电耦合在一起；

其中所述第三迹线及所述第四迹线串联电耦合在一起；且

其中所述第一迹线及所述第三迹线电耦合到所述端口。

16.根据权利要求15所述的霍尔效应传感器，其中所述第一迹线及所述第三迹线电耦合到所述端口，以响应于在所述端口处源送的电流而将所述电流的第一一半提供到所述第一迹线并将所述电流的第二一半提供到所述第三迹线。

17.根据权利要求16所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第一欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第二欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第一端子，其电耦合到所述第一欧姆接点；

第二端子，其电耦合到所述第二欧姆接点；及

互连件，其将所述第一阱的第一部分电耦合到所述第一阱的第二部分，其中所述第一及第二欧姆接点各自定位在所述第一阱的所述第一部分与所述第二部分之间，且其中所述互连件与所述第一迹线电隔离。

18.一种霍尔效应传感器，其包括：

半导体衬底；

第一阱，其形成在所述半导体衬底中；

第二阱，其形成在所述半导体衬底中；

第三阱，其形成在所述半导体衬底中；

第四阱，其形成在所述半导体衬底中；

第一迹线，其形成在所述第一阱上方；

第二迹线，其形成在所述第二阱上方；

第三迹线，其形成在所述第三阱上方；及

第四迹线，其形成在所述第四阱上方；

其中所述第一、第二、第三及第四迹线各自并联电耦合在一起。

19.根据权利要求18所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

端口，其中所述第一、第二、第三及第四迹线电耦合到所述端口，以响应于在所述端口处源送的电流而将所述电流的第一一半提供到所述第一及第二迹线并将所述电流的第二一半提供到所述第三及第四迹线。

20.根据权利要求19所述的霍尔效应传感器，其进一步包括：

第一欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第二欧姆接点，其形成在所述第一阱中；

第一端子，其电耦合到所述第一欧姆接点；

第二端子，其电耦合到所述第二欧姆接点；及

互连件，其将所述第一阱的第一部分电耦合到所述第一阱的第二部分，其中所述第一及第二欧姆接点各自定位在所述第一阱的所述第一部分与所述第二部分之间，且其中所述互连件与所述第一迹线电隔离。