CN110376537B - 一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法 - Google Patents

Abstract

本分案申请是关于一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法，属于半导体磁传感器领域。技术方案：三维霍尔传感器所有主电极和感测电极集成在单一半导体材料表面；利用光刻技术定义出各个电极区域并形成电极沉积窗口，采用通用金属沉积技术生长多层金属薄膜欧姆接触电极，然后优化合金退火工艺形成金属/半导体欧姆接触。有益效果是：本发明通过各电极区域间有效隔离，在有效抑制器件漏电流的同时可提高器件测量灵敏度；由于在同一块半导体中即可实现空间三维磁场检测，该提案霍尔传感器芯片具有封装简单、体积小、成本低等优势；能够在300℃以上的高温环境以及高压、高辐射等其他各种极端环境下正常工作，并且仍保持很好的线性度。

Description

一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法

本申请是申请号为201711375441.X，申请日为2017年12月19日，发明创造名称为适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器及其制作方法的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于三维霍尔传感器领域，尤其涉及一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法。

背景技术

一维霍尔传感器分为水平型和垂直型，典型水平型器件为十字形，其结构如图1所示，包含4个完全相同且对称的电极C1～C4。在C1之间C2施加激励电流源，假如垂直器件表面向上的方向存在磁场，多子(假设为电子)向电极C3方向移动，同时在C4出现同等数量正电荷，达到稳定时，结果在C3和C4之间产生了霍尔电势差。对于垂直结构的霍尔传感器，如文献1所述，采用了标准的CMOS工艺，其结构如图2所示，在掺杂浓度为10¹⁵cm^-3的n型衬底上有5个n+掺杂的电极、两个p注入隔离层、非电极区域的表面上方生长了100nm的氧化层和n+多晶硅层。电极C2′、C2″和C2″′短路并施加激励，而电极C1接地，当平行器件方向存在均匀磁场时，将在电极S1和S2产生霍尔电压。

典型的二维霍尔传感器，例如文献2所述，将两个一维垂直霍尔传感器集成在同一个半导体基体上，可以测量空间同一平面相互垂直的二维磁场。

文献3发表了一种可以探测空间3维磁场的实施方式，将三个完全相同的一维霍尔传感器相互垂直地焊接在PCB板上，每个一维霍尔传感器测量该方向的磁场从而实现测量3维磁场的目的。此外，文献4还公开了一种3维霍尔传感器的结构，其中的一种实施方式如图3所示，包括了一个导电基体，该基体包含两个相互平行的平坦的界面104、106和3个电极对Cn和Cn′(n＝1，2，3)并且每个电极对都包括第一电极Cn和第二电极Cn′，第一电极Cn分布半导体上表面104，第二电极Cn′分布半导体下表面106，C1与C1′之间连线、C2与C2′之间连线以及C3与C3′之间连线彼此正交且在芯片中的对称中心110处相交，此外，第一电极中心的连线和第二电极中心的连线为等边三角形。该器件工作原理是分别在三个电极对通电压或电流，在其余两个任意的电极对测电势差，例如，为了测量z方向的磁场，在电极C1与C1′之间供给电压或电流，测量电极C2与C2′之间的电势差，如此改变施加激励的电极对和测量电极对实现测量其余方向磁场的目的。

文献3中提出的三维传感器使用了3个完全相同的水平霍尔传感器，需要确保3个水平霍尔传感器在空间3维方向完全垂直对准。由于采用了非标准的封装工艺，这就导致封装难度加大、系统体积增大，从而增加制造器件的成本。

文献4发表的器件在实际生产制作时，光刻工艺流程要求正、反面电极精确套刻，三对电极连线呈精确的等边三角形分布，因此要求精准的光刻工艺和电极布局，而实际上半导体材料不同区域本身厚度存在偏差，不同生产批次采用的半导体材料厚度也存在区别，因此难以用同一套光刻版或者同样的工艺流程进行生产，因此带来生产成本增加、产品测量精度下降等问题。此外，文献4提案每次测量某个方向的磁场都必须改变激励电极对偏置状态，这样无疑降低了器件的测量效率且容易出现差错。

在霍尔传感器有效工作温度区间方面，现已实际应用的霍尔传感器产品中，例如英飞凌公司发布的3D霍尔传感器TLV493D-A1B6，其工作温度范围为-40～125℃以及恩智浦半导体公司的发布的Xtrinsic MAG3110三维磁力计，其工作温度范围为-40～85℃。当温度高于150℃时候，上述类型传感器已经难以满足需要。其原因主要是传统霍尔传感器基于硅材料或者是InAs(砷化铟)，InSb(锑化铟)和GaAs(砷化镓)，这些材料都是窄禁带材料，当温度升高后，器件电学特性发生显著变化，特别是器件背景漏电流明显增加，传感器工作稳定性和可靠性明显下降。

现有常见的二维或三维霍尔传感器一般是将两个或三个垂直型的霍尔传感器相互垂直地集成在一块半导体基体上实现测量空间二维或三维磁场。目前多维霍尔传感器主要存在的技术缺点包含以下几个方面。一方面，目前多维霍尔传感器系统体积庞大、芯片布局复杂，因此封装难度大、成本高。另一方面，目前霍尔传感器以Si、InSb等第一、二代半导体材料为主，这些材料虽然工艺成熟，但是受制于材料过低的禁带宽度，通常无法直接工作在大于150℃的高温环境。在空间探测、热核电站等这些高辐射和高温等极端环境中，这些传统材料霍尔传感器已经难以满足实际要求。

文献1：Popovic R S.The vertical Hall-effect device[J].IEEE ElectronDevice Letters,1984,5(9):357-358.

文献2：Ristic L,Paranjape M,Doan M T.2-D magnetic field sensor basedon vertical Hall device[C].Solid-State Sensor and Actuator Workshop,1990.Technical Digest.IEEE.IEEE,1990:111-113.

文献3：van der Meer J,Makinwa K,Huijsing J.Standard CMOS Hall-sensorwith integrated interface electronics for a 3D compass sensor[C].Sensors,2007IEEE.IEEE,2007:1101-1104.

文献4：奥利弗·保罗,帕特里克·鲁特,阿夫塔卜·泰穆尔.用于探测空间磁场的三维霍尔传感器:CN 104181475 A[P].2014.

发明内容

为了解决现有技术中多维霍尔传感器系统体积庞大、芯片布局复杂，从而造成封装难度大、成本高和在温度过高的环境下无法正常工作的问题，本发明提供一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器及其制作方法，该三维霍尔传感器体积小、制作工艺简单，能够在高温环境下正常工作。

技术方案如下：

一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器，5个主电极和8个霍尔感测电极置于半导体材料表面，5个主电极包括1个中心电流流入电极B和4个电流流出电极B_X1、B_X2、B_Z1、B_Z2，8个霍尔感测电极分别为Z₁～Z₄和X₁～X₄；所述8个霍尔感测电极被嵌入的绝缘层分隔，电流流出电极B_X1与B_X2以及电流流出电极B_Z1与B_Z2分别关于中心电流流入电极B对称，中心电流流入电极B、B_X1和B_X2中心处于同一直线，电极B、B_Z1和B_Z2中心亦处于同一直线，且电极B、B_X1和B_X2中心所在直线与电极B、B_Z1和B_Z2中心所在直线相互垂直；所述霍尔感测电极X₁～X₄以所述中心电流流入电极B为中心，分布在其四周，所述霍尔感测电极Z₁～Z₄也以所述中心电流流入电极B为中心，分布在其四周，所述霍尔感测电极Z₁～Z₄呈矩形状分布。

进一步的，所述中心电流流入电极B为叉指型电极，其叉指伸入相邻绝缘层之间的通道。

进一步的，霍尔感测电极X₁、X₂关于中心电流流入电极B对称，且霍尔感测电极X₁、X₂中心在电极B、B_Z1、B_Z2中心连接直线上；霍尔感测电极X₃、X₄关于中心电流流入电极B对称，且霍尔感测电极X₃、X₄中心在电极B、B_X1、B_X2中心连接直线上。

进一步的，所述半导体材料为宽禁带半导体材料，采用SiC、GaN、Ga₂O₃、ZnO、金刚石的任意一种；所述绝缘层采用SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃的任意一种，所述绝缘层材料是单层或者多层结构。

进一步的，所述电极B_Z1和B_Z2边缘与绝缘层边缘的距离为2～5μm。

进一步的，所述霍尔感测电极X₃和X₄到中心电流流入电极B的距离小于霍尔感测电极X₁、X₂到中心电流流入电极B的距离。

进一步的，所述绝缘层为矩形状分布，Z方向的长度大于X方向长度。

本发明还包括一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法，步骤如下：

S1、将传感器的衬底材料、衬底上方的缓冲层以及缓冲层上方生长的宽禁带材料外延层分别经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，然后用氮气吹干、烘箱烘烤；

S2、利用光刻技术定义器件台面，同时定义传感电流隔离区，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤形成刻蚀窗口，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀宽禁带材料外延层；

S3、利用光刻技术定义各个电极区域，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤形成电极沉积窗口，采用电子束蒸发、磁控溅射、热蒸发沉积技术生长多层金属薄膜欧姆接触电极，然后经过金属剥离、清洗、退火，形成金属/半导体欧姆接触；

S4、利用等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、低压气相沉积技术沉积绝缘层材料，嵌入传感电流隔离区并覆盖全部电极；

S5、利用光刻技术定义各个电极窗口，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀绝缘层，形成电极测量窗口。

进一步的，步骤S1中，丙酮、乙醇、去离子每一步超声时间为10min，然后用氮气吹干、烘箱110℃下烘烤10min。

进一步的，所述衬底材料采用Si或SiC或蓝宝石；所述宽禁带材料采用SiC、GaN、Ga₂O₃、ZnO、金刚石的任意一种；所述绝缘层材料采用SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃的任意一种，所述绝缘层材料是单层或者多层结构。

本发明的有益效果是：

本发明所述的适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器用在同一块第三代宽禁带半导体中制作实现三维霍尔传感器，提出具有传感电流方向限定作用的绝缘层嵌入设计方案，在有效引导传感电流方向的同时，显著减小器件漏电流，减少器件的测量偏差，提高器件测量灵敏度。由于在同一块半导体中即可实现空间三维磁场检测，该提案霍尔传感器芯片的优势是封装简单、体积小、能量损耗小、成本低。另外，由于以SiC和GaN材料为代表的宽禁带半导体材料具有较大的禁带宽度、较强的耐辐射能力和良好的化学稳定性，霍尔传感器能够在300℃以上的高温环境以及高温、高压、高辐射等其他各种极端环境下正常工作，并且仍保持很好的线性度。

附图说明

图1为现有水平型霍尔传感器结构示意图；

图2为现有垂直型霍尔传感器结构示意图；

图3为现有三维霍尔传感器结构示意图；

图4为本发明的三维霍尔传感器结构示意图；

图5为本发明的三维霍尔传感器制作方法步骤示意图；

图6为本发明器件测试方案示意图；

图7为本发明TCAD仿真电势分布图1；

图8为本发明TCAD仿真电势分布图2；

图9为本发明TCAD仿真电势分布图3；

图10为本发明三维霍尔传感器输出电压与温度和磁场的关系示意图；

图11为本发明三维霍尔传感器电流敏感度与温度的关系示意图。

具体实施方式

实施例1

如图4所示，采用SiC或GaN等宽禁带半导体材料，在材料表面设计制作5个主电极和8个霍尔感测电极，金属/半导体接触类型为欧姆接触。其中5个主电极分别为1个中心电流流入电极(B)和4个电流流出电极(B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2)，8个霍尔感测电极分别为X₁～X₄和Z₁～Z₄，其中两对霍尔感测电极X₁、X₂和X₃、X₄测量空间两个磁场分量(X和Z方向)，其余的四个霍尔感测电极Z₁～Z₄测量第三个磁场分量(Y方向)。

采用在霍尔感测电极之间嵌入绝缘层①、②、③和④，绝缘层材料可以是SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃等，利用该技术可以有效引导传感电流方向，同时显著减小器件漏电流。X方向电流通道长度是重要参数之一，其长度决定了Z和Y两方向的磁场灵敏度，因此绝缘层区域尺寸设计特征为：绝缘层为矩形状分布，Z方向的的长度应大于X方向长度。

传感器基本结构中，中心主电极设计为叉指型，叉指伸入相邻绝缘层之间通道，电极B_Z1和B_Z2边缘与绝缘层边缘的距离应尽可能小，一般设计为2～5μm。电极B_X1与B_X2以及电极B_Z1与B_Z2关于中心主电极B对称，电极B、B_X1和B_X2中心处于同一直线，电极B、B_Z1和B_Z2中心亦处于同一直线且电极B、B_X1和B_X2中心所在直线与电极B、B_Z1和B_Z2中心所在直线相互垂直，器件设计还包含8个霍尔感测电极X₁～X₄和Z₁～Z₄。其中霍尔感测电极X₁、X₂关于中心主电极B对称，且霍尔感测电极X₁、X₂中心在电极B、B_Z1、B_Z2中心连接直线上。同样地，X₃、X₄电极对关于中心主电极B对称，也在电极B、B_X1、B_X2中心连接直线上，但X₃和X₄比X₁和X₂更靠近中心主电极B。X₁、X₂和X₃、X₄两个电极对分别测量空间三个磁场中两个平行于器件表面的磁场分量(X和Z方向)。

例如电极对X₁、X₂测量X方向的磁场B_X，电极对X₃、X₄测量Z方向的磁场B_Z。电极Z₁～Z₄测量垂直于前二者的第三个磁场分量B_Y(Y方向)，测量何种磁场分量并不局限于以上一种实施方式。其中Z₁～Z₄应分立于主电极电流流经路径的两侧，且呈对称分布。此外，在主电流流经的路径两侧(本例为B→B_Z1、B→B_Z2)添加绝缘层，以上所有电极形状可不完全相同，但电极都为欧姆接触类型。

传感器工作中，将B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2电极作为公共端接地，中心主电极B同时通以电流或者电压。由于电极B、B_Z1之间的电流和电极B、B_Z2之间的电流大小相同，方向相反，当空间X方向存在磁场时，载流子受到洛伦兹力而发生偏置，电流流经的路径中的电极X₁、X₂偏置恰恰相反，产生电势差V_HX。同样的，当空间中Z方向存在磁场时，因为电极B、B_X1之间的电流和电极B、B_X2之间的电流大小相同，方向相反，电极X₃、X₄之间将产生电势差V_HZ。测量第三个磁场分量(Y方向)是通过两个电极对Z₁、Z₃和Z₂、Z₄实现的，由于第三磁场同时垂直于电流路径(X和Z方向)，这将给测量Y方向磁场带来误差，这是该类三维霍尔传感器设计制作的技术难点。为了屏蔽或者减弱两条电流路径对探测Y分量的影响，本专利申请提出在Z方向电流路径两侧嵌入4个完全相同的绝缘层隔离电流，从而限定传感电流的方向，减弱且屏蔽了Z方向磁场的影响。为了减弱X方向磁场带来的偏差，注意到Z方向的电流相反，大小相同，本专利申请采用计算公式V_HY＝(Z₁-Z₃+Z₄-Z₂)/2，可以有效减小X方向磁场导致的误差。

本发明方案将5个主电极以及8个感测电极集成在同一块半导体材料上，通过引入绝缘层，限定了电流流向且减少测量偏差，实现了器件整体尺寸变小且可实时测量空间三维磁场的目的，解决了器件体积庞大，测量效率低的问题。另外，本专利申请中的三维霍尔传感器基于第三代宽禁带半导体材料进行研制，器件能在高温下测量磁场时仍保持很好的线性度。

图5展示了本专利申请器件制作的具体步骤，主要包括以下几个过程:

(a)器件材料准备：

传感器基本材料包括衬底、衬底上方的缓冲层以及缓冲层上方生长的宽禁带材料外延层，衬底材料包括Si、SiC、蓝宝石等，宽禁带材料包括SiC、GaN、金刚石、氧化镓等。器件材料分别经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，每一步超声时间10min，然后用氮气吹干、烘箱110℃下烘烤10min。

(b)器件台面及传感电流隔离区域刻蚀：

利用光刻技术定义器件台面，同时定义传感电流隔离区，经过涂胶、匀胶、光刻、显影等步骤形成良好的刻蚀窗口，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀宽禁带材料外延层。

(c)欧姆接触电极制作：

利用光刻技术定义各个电极区域，经过涂胶、匀胶、光刻、显影等步骤形成良好的电极沉积窗口，采用电子束蒸发、磁控溅射、热蒸发等沉积技术生长多层金属薄膜欧姆接触电极，然后经过金属剥离、清洗、退火，形成良好的金属/半导体欧姆接触。

(d)传感电流隔离区绝缘层沉积：

利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、低压气相沉积(LPCVD)等技术沉积SiO₂、Si₃N₄或Al₂O₃等绝缘层材料，嵌入传感电流隔离区并覆盖全部电极，从而有效降低器件漏电流，屏蔽外界各种粒子辐射并减小外界污染物影响。

(e)电极窗口开启：

利用光刻技术定义各个电极窗口，经过涂胶、匀胶、光刻、显影等步骤，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀绝缘层，形成电极测量窗口。

本发明提出的三维霍尔传感器，通过优化器件的结构设计，可实时测量空间三维磁场，其中器件中引入绝缘层用于限定电流的流向，减少器件的测量偏差，另一方面器件采用第三代宽禁带半导体材料制作，不需要复杂的掺杂工艺，制作工艺简单。

器件测试：

器件测试方案如图6所示，该测试系统由样品台、线性直流电源、数据采集模块、温度调控模块以及可调节方向和大小的磁场模块组成。测试时，将样品置于样品台，温度模块调控温度，磁场模块施加需要的磁场大小和方向，线性直流电源输出端连接器件中心电极B给予高电位，B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2电极作为公共端接地，其余的8个霍尔感测电极Z₁～Z₄和X₁～X₄连接数据采集模块。

实施例2

本实施例采用本征GaN材料，材料背景载流子浓度为5×10¹⁵cm^-3，采用的绝缘层材料为Si₃N₄。器件芯片的三个主电极B、B_X1、B_X2尺寸为40μm×10μm，其余两个主电极B_Z1、B_Z2尺寸为10μm×10μm，霍尔感测电极Z₁～Z₄、X₁～X₄尺寸均为10μm×10μm，每个嵌入隔离绝缘层区域尺寸为40μm×60μm，霍尔感测电极X₁、X₂中心和中心主电极B中心的距离为45μm，霍尔感测电极X₃、X₄中心和中心主电极B中心的距离为30μm，主电极B_Z1、B_Z2中心和中心主电极B中心的距离为75μm，主电极B_X1、B_X2中心和中心主电极B中心的距离为85μm，霍尔感测电极Z₁、Z₂、Z₃和Z₄中心彼此距离为130μm，图7～11展示了本实施例中TCAD仿真实验结果。

图7所示的是沿着表面电极B_Z1、X₁、B、X₂、B_Z2中心的电势分布图。中心主电极B和主电极B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2之间供给6V电压并且X方向存在+0.5T的磁场，电流从中心主电极B流向主电极B_Z1时，霍尔感测电极X₁下方的多数载流子(电子)由于受到洛伦兹力的作用向+Y方向运动，电流从中心主电极B流向主电极B_Z2时，霍尔感测电极X₂下方多数载流子(电子)由于受到洛伦兹力的作用向-Y方向运动，结果使得靠近主电极B_Z1的霍尔感测电极X1的电势大于靠近主电极B_Z2的霍尔感测电极X₂的电势，经过测量得知霍尔感测电极X₂和霍尔感测电极X₁电势在磁场的作用下分别是4.49V和4.62V，因此V_HX＝0.13V。

同样地，图8所示的是沿着表面电极B_X1、X₃、B、X₄、B_X2中心的电势分布，中心主电极B和主电极B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2之间供给6V电压并且Z方向存在+0.5T的磁场，电流从中心主电极B流向主电极B_X1时，霍尔感测电极X₃下方的多数载流子(电子)由于受到洛伦兹力的作用向+Y方向运动，电流从中心主电极B流向主电极B_X2时，霍尔感测电极X4下方多数载流子(电子)由于受到洛伦兹力的作用向-Y方向运动，结果使得靠近主电极B_X1的霍尔感测电极X3电势大于靠近主电极B_X2的霍尔感测电极X₄的电势，经过测量得霍尔感测电极X₃和X₄的电势在磁场的作用下分别是5.10V和4.98V，因此V_HZ＝0.12V。

与测量前两个磁场分量的方式有所不同，第三个磁场分量Y对表面电势的影响如图9所示，其中虚线和实线分别为表面电极Z₁、Z₃或者Z₂、Z₄中心的电势分布图。当Y方向存在+0.5T磁场时，由于绝缘层的存在，Y方向磁场对Z方向(主电极B→B_Z1、以及B→B_Z2)电流的影响几乎可以忽略，因此只需要考虑Y方向磁场对X方向(主电极B→B_X1、以及B→B_X2)电流影响，即B→B_X1电流在+Y方向磁场作用下，多子(电子)向-Z方向运动，结果使得霍尔感测电极Z₁电势大于Z₃，测量结果表明电极霍尔感测电极Z₁和Z₃的电势分别为2.670V和2.600V，即V_Z1Z3＝0.070V。同理，B→B_X2电流在+Y方向磁场作用下，多子(电子)向+Z方向运动，结果使得霍尔感测电极Z₄电势大于Z2电势，测得霍尔感测电极Z₂和Z₄电势分别为2.601V和2.669V，即V_Z2Z4＝-0.068V，为了消除X方向磁场对测量电极的偏置，采用简单的公式V_HY＝(Z₁-Z₃+Z₄-Z₂)/2消除误差，最终V_HY＝0.069V。

图10展示了霍尔传感器输出电压随温度和磁场的变化情况，其中磁场变化范围0.1～0.5T，温度变化范围300～600K，中心主电极的供给电流I_Bias为20mA。从实验结果可以看出，X、Y、Z三个方向的霍尔电压都随着磁场强度的增加而表现出良好的线性度，其中X方向的霍尔电压随着温度的逐渐升高而小幅升高。而Y、Z方向的霍尔电压随着温度的升高而减少，而且在300～600K范围内X、Y、Z的霍尔电压线条彼此相接近，说明设计器件在高温环境性能优良。

图11是器件分别在X、Y、Z三个方向磁场强度为0.5T，中心主电极B和主电极B_X1、B_X2、B_Z1和B_Z2之间供给6V电压，温度在300～600K范围内得到的X、Y、Z三个方向的电流敏感度的变化情况，从仿真的结果可以看出三个方向的电流敏感度随温度改变而变化很小，其中X方向的电流敏感变化范围90～95V/AT，Y方向电流敏感度变化范围为34～35V/AT，Z方向电流敏感度变化范围为51～55V/AT，由此亦可以得出该器件耐高温特性优良。

本发明提出的三维霍尔传感器，可实时测量空间三维磁场，具有测量效率高，线性度好、体积小、制作工艺简单等优势。由于本次发明所提出的三维霍尔传感器采用第三代宽禁带半导体材料制作，因此可在高温、高压、高辐射等极端环境仍可以保持稳定的优点。

实施例3

作为一种单独的实施例或是对实施例1的补充，中心电流流入电极B采用圆形或矩形状；电流流出电极B_X1、B_X2、B_Z1、B_Z2和8个霍尔感测电极都以矩形状为优先选择，同时也可采用圆形。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明芯片结构设计方案也适用于其他类型半导体，不限定半导体参数；所述宽禁带半导体材料和隔离区绝缘层材料不局限于申请书中所举例子。

Claims (3)

1.一种适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法，其特征在于，半导体三维霍尔传感器结构如下：5个主电极和8个霍尔感测电极置于半导体材料表面，5个主电极包括1个中心电流流入电极B和4个电流流出电极BX1、BX2、BZ1、BZ2，8个霍尔感测电极分别为Z1～Z4和X1～X4；所述8个霍尔感测电极被嵌入的绝缘层分隔，电流流出电极BX1与BX2以及电流流出电极BZ1与BZ2分别关于中心电流流入电极B对称，中心电流流入电极B、BX1和BX2中心处于同一直线，电极B、BZ1和BZ2中心亦处于同一直线，且电极B、BX1和BX2中心所在直线与电极B、BZ1和BZ2中心所在直线相互垂直；所述霍尔感测电极X1～X4以所述中心电流流入电极B为中心，分布在其四周，所述霍尔感测电极Z1～Z4也以所述中心电流流入电极B为中心，分布在其四周，所述霍尔感测电极Z1～Z4呈矩形状分布；

制作步骤如下：

S1、将传感器的衬底材料、衬底上方的缓冲层以及缓冲层上方生长的宽禁带材料外延层分别经过丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，然后用氮气吹干、烘箱烘烤；

S2、利用光刻技术定义器件台面，同时定义传感电流隔离区，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤形成刻蚀窗口，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀宽禁带材料外延层；

S3、利用光刻技术定义各个电极区域，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤形成电极沉积窗口，采用电子束蒸发、磁控溅射、热蒸发沉积技术生长多层金属薄膜欧姆接触电极，然后经过金属剥离、清洗、退火，形成金属/半导体欧姆接触；

S4、利用等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、低压气相沉积技术沉积绝缘层材料，嵌入传感电流隔离区并覆盖全部电极；

S5、利用光刻技术定义各个电极窗口，经过涂胶、匀胶、光刻、显影步骤，然后采用湿法或干法刻蚀技术刻蚀绝缘层，形成电极测量窗口。

2.如权利要求1所述的适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法，其特征在于，步骤S1中，丙酮、乙醇、去离子每一步的超声时间为10min，然后用氮气吹干、烘箱110℃下烘烤10min。

3.如权利要求1或2所述的适用于高温工作环境的半导体三维霍尔传感器制作方法，其特征在于，所述衬底材料采用Si或SiC或蓝宝石；所述宽禁带材料采用SiC、GaN、Ga₂O₃、ZnO、金刚石的任意一种；所述绝缘层材料采用SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃的任意一种，所述绝缘层材料是单层或者多层结构。

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