CN113394339A - 霍尔效应感测器装置和形成霍尔效应感测器装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及霍尔效应感测器装置和形成霍尔效应感测器装置的方法，提供一种霍尔效应感测器装置，包括一个或多个感测器结构。各感测器结构可包括：具有第一导电类型的基层；设置在基层之上并具有与第一导电类型相反的第二导电类型的霍尔板区域；设置在霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域且与基层接触的第一隔离区域；设置在所述霍尔板区域内的多个第二隔离区域；以及设置在霍尔板区域内的多个终端区域。第一隔离区域和第二隔离区域可以包括电性绝缘材料，并且各相邻对的终端区域可以通过多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。

Description

霍尔效应感测器装置和形成霍尔效应感测器装置的方法
技术领域
本揭露通常涉及霍尔效应感测器装置以及形成所述霍尔效应感测器装置的方法。
背景技术
能够确定磁场强度的霍尔效应感测器装置可用于各种应用中，例如汽车应用。霍尔效应感测器装置通常包括由导电材料组成的霍尔板(Hall plate)以及连接至所述霍尔板的终端。外部电压可施加在终端上，以使电流流过霍尔板。在垂直于霍尔板的平面存在有磁场的情况下，电流中的载流子(charge carrier)会受到洛伦兹力(Lorentz force)的作用。这可能会在霍尔板内产生霍尔电压(Hall voltage)。通过确定霍尔电压的大小，可以确定磁场的强度。
霍尔效应感测器装置可以被实作为半导体装置，其霍尔板和终端包括掺杂的半导体材料。在一些现有的霍尔效应感测器装置中，可以在每对相邻的终端之间设置中间区域(intermediate region)。所述中间区域还可包括掺杂半导体材料，但其导电类型与霍尔板和终端的导电类型相反。这导致在霍尔板内存在许多p-n结。这些p-n结的耗尽宽度(depletion width)可以根据施加到终端的外部电压和霍尔板周围的温度而变化。例如，当向终端施加更高的外部电压时，这些耗尽宽度可能增加。此外，不同p-n结的耗尽宽度的变化可能不同。结果，在霍尔板的不同区域之间可能存在电阻失配。因此，现有霍尔效应感测器装置的信噪比(signal-to-noise ratio；SNR)和偏移/残余电压(换句话说，在没有磁场的情况下产生的霍尔电压)通常是高的。
发明内容
根据各种非限制性实施例，可以提供包括感测器结构的霍尔效应感测器装置，其中，感测器结构可以包括：具有第一导电类型的基层；霍尔板区域，设置在所述基层之上并具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型；设置在所述霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域的第一隔离区域，其中，所述第一隔离区域可以包括电性绝缘材料并且可以接触所述基层；设置在所述霍尔板区域内的多个第二隔离区域，其中所述多个第二隔离区域中的每一个可包括电性绝缘材料；以及设置在所述霍尔板区域内的多个终端区域，各相邻对的终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
根据各种非限制性实施例，可提供一种形成霍尔效应感测器装置的方法，包括：提供具有第一导电类型的基板；在基板内形成具有第一导电类型的基层和包括电性绝缘材料的第一隔离区，其中，所述第一隔离区域可与所述基层接触；在所述基层之上形成具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的霍尔板区域，其中，所述第一隔离区域可设置在所述霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域；在所述霍尔板区域内形成多个第二隔离区域板区域，其中所述多个第二隔离区域中的每一个可以包括电性绝缘材料；并且在所述霍尔板区域内形成多个终端区域，各相邻对的终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
根据各种非限制性实施例，可提供一种霍尔效应感测器装置，包括感测器结构，其中感测器结构可包括：绝缘层；设置在绝缘层之上的霍尔板区域；设置在霍尔板区域周围并邻接霍尔板区域的第一隔离区域，其中第一隔离区域可以包括电性绝缘材料并且可以接触绝缘层；多个第二隔离区域设置在霍尔板区域内，其中多个第二隔离区域中的每一个可以包括电性绝缘材料；以及设置在所述霍尔板区域内的多个终端区域，各相邻对的终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
附图说明
在附图中，类似的附图标记通常指的是贯穿不同视图的相同部分。此外，附图不必按照比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。为了示例的目的，现在将仅参考以下附图来说明本发明的非限制性实施例，其中：
图1A、图1B和图1C分别示出了根据各种非限制性实施例的霍尔效应感测器装置的简化透视图、简化俯视图和简化截面图；
图2示出了图1A至图1C的使用中的霍尔效应感测器装置；
图3示出了形成图1A至图1C的霍尔效应感测器装置的方法的流程图；
图4示出了根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置的简化截面图；
图5A和图5B分别示出根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置的简化俯视图和简化截面图；
图6示出了图5A和图5B的使用中的霍尔效应感测器装置；以及
图7示出了根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置的简化俯视图。
具体实施方式
各实施例通常涉及半导体装置。更具体地，一些实施例涉及包括霍尔效应感测器装置的感测器装置。感测器装置可用于感测磁场，并可用于各种行业，例如但不限于用于位置测量的汽车行业。
下面参考附图中所示的非限制性示例，更全面地解释本发明的各个方面及其某些特征、优点和细节。其中，省略了对于公知的材料、制造工具、处理技术等的描述，以便不必要地使本发明在细节上模糊不清。然而，应当理解，在指示本发明的各个方面的同时，实施方式和具体实施例仅作为说明而给出，而非作为限制。根据本发明，在基本发明构思的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或布置对于本领域技术人员将是显而易见的。
在本说明书和权利要求书中使用的近似语言可用于修改任何可允许变化的定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(例如“近似”、“大约”)修饰的值不限于指定的精确值。在某些情况下，近似语言可能对应于用于测量值的仪器的精度。此外，方向被一个或多个术语修饰，例如“基本上，”意味着所述方向将在半导体行业的正常公差范围内应用。例如，“基本平行”是指在半导体工业的正常公差范围内大致沿同一方向延伸，“基本垂直”是指在90度角上加上或减去半导体工业的正常公差。
本文中使用的术语仅用于描述特定示例，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”也意在包括复数形式。应进一步理解，术语“包含”(以及任何形式的包含，例如“包含”和“包含有”)、“具有”(以及任何形式的具有)、“包括”(以及任何形式的包括，例如“包括”和“包括有”)是开放式的连接动词。结果，“包括”、“具有”、或“包含”一个或多个步骤或元件的方法或装置具有所述一个或多个步骤或元件，但不限于仅拥有所述一个或多个步骤或元件。同样地，“包括”、“具有”、或“包含”一个或多个特征的装置的方法或元件的步骤具有所述一个或多个特征，但不限于仅具有所述一个或多个特征。此外，以特定方式配置的装置或结构至少以所述方式配置，但也可以以未列出的方式配置。
如本文所使用的术语“连接”当用于两个物理元件时，是指两个物理元件之间的直接连接。然而，术语“耦接”可意指直接连接或通过一个或多个中间元件的连接。
如本文所使用的术语“可能”和“可能是”表示在一系列情况下发生的可能性；具有特定属性、特征或功能；和/或通过表达与限定动词相关的一种或多种能力或可能性来限定另一动词。因此，“可以”和“可以是”的用法表示修改后的术语显然是适当的、有能力的或适合于所指示的能力、功能或用法，同时考虑到在某些情况下修改后的术语有时可能是不适当的、没有能力的或不适合的。例如，在某些情况下，事件或能力是可以预期的，而在其他情况下，事件或能力是不可能发生的。这一区别由术语“可能”和“可能是”来体现。
图1A示出了根据各种非限制性实施例的霍尔效应感测器装置100的简化透视图。图1B示出了装置100的简化俯视图，图1C示出了沿图1B的线A-A’的装置100的横截面图。装置100可以是垂直霍尔效应感测器装置100，并且可以包括单个感测器结构102。
如图1C所示，感测器结构102可包括基层104。基层104可包括半导体基板，例如硅基板。也可使用其它类型的半导体基板，例如硅锗基板。基层104可具有第一导电类型，其中第一导电类型可为p型或n型。例如，基层104可包括p型基板或n型基板。请注意，为简单起见，在图1A中未示出基层104。
感测器结构102还可包括设置在基层104之上的基本矩形霍尔板区域106。霍尔板区域106可替代地称为感测器主体。霍尔板区域106可以具有单一导电类型。例如，霍尔板区域106可以具有与第一导电类型相反的第二导电类型。第二导电类型可以是p型或n型。通过配置基层104和霍尔板区域106使得它们可以包括相反导电类型的掺杂剂，可以最小化从霍尔板区域106流过基层104的电流(并且在一个非限制性示例中，可以完全限制)。
感测器结构102可进一步包括设置在基层104之上围绕霍尔板区域106的第一隔离区域108。第一隔离区域108可以邻接霍尔板区域106并且可以接触基层104。如图1C所示，第一隔离区域108可以部分地延伸到基层104中(但是，可选地，整个第一隔离区域108可以在基层104之上)。此外，第一隔离区域108的顶面T108可与霍尔板区域106的顶面T106水平对准。因此，第一隔离区域108可以完全包围霍尔板区域106的侧面S106。第一隔离区域108可以包括深沟槽隔离(DTI)结构，并且可以包括电性绝缘材料，例如但不限于多晶硅。在非限制性实施例中，第一隔离区域108的厚度D108可以在约1um到约3um的范围内，并且可以是约2um。
如图1A至图1C所示，感测器结构102可进一步包括多个第二隔离区域110a–110f，其排列在霍尔板区域106内且沿着霍尔板区域106的顶面T106。如图1B中更清楚地示出的，第二隔离区域110a–110f可以彼此基本平行地延伸。具体地，第二隔离区域110a–110f可在霍尔板区域106的宽度W106上延伸，使得至少一个第二隔离区域110a–110f可在宽度W106的一端或两端接触第一隔离区域108。例如，如图1B所示，每个第二隔离区域110a–110f可以在宽度W106的两端接触第一隔离区域108。或者，一个或多个第二隔离区域110a–110f可以不接触第一隔离区域108，或者可以仅在宽度W106的一端接触第一隔离区域108。各第二隔离区域110a–110f可包括浅沟槽隔离(STI)结构，且可包括电性绝缘材料，例如但不限于介电材料。例如，第二隔离区域110a–110f可包括间隙填充氧化物或氮化物或两者的组合。各第二隔离区域110a–110f的厚度D110可以小于第一隔离区域108的厚度D108。因此，虽然第一隔离区域108可以接触基层104，但是第二隔离区域110a-110f可以不接触。各第二隔离区域110a～110f的厚度D110可以等于或大于0.4um。如图1C所示，装置100中的第二隔离区域110a–110f可以具有相同的厚度D110，但是在替换实施例中，第二隔离区域110a–110f可以具有不同的厚度。
感测器结构102还可包括多个终端区域(terminal region)，包括设置在霍尔板区域106内的第一终端区域至第五终端区域112a–112e。多个终端区域112a-112e也可以沿着霍尔板区域106的顶面T106设置。特别地，各终端区域112a–112e可以设置在两个第二隔离区域110a–110f之间，因此，终端区域112a–112e的各相邻对可以通过第二隔离区域110a–110f中的一个彼此电性隔离。如图1C所示，多个终端区域112a-112e可以与多个第二隔离区域110a–110f相邻地交替。换言之，各终端区域112a–112e可与设置在其之间设置的第二隔离区域110a–110f相邻。如图1B中更清楚地示出的，终端区域112a-112e可以彼此基本平行地延伸到第二隔离区域110a-110f。与第二隔离区域110a-110f类似，终端区域112a-112e也可以在霍尔板区域106的宽度W106上延伸，使得至少一个终端区域112a–112e可以在宽度W106的一端或两端与第一隔离区域108接触。例如，如图1B所示，各终端区域112a–112e可以在宽度W106的两端接触第一隔离区域108。或者，一个或多个终端区域112a-112e可以不接触第一隔离区域108，或者可以仅在宽度W106的一端接触第一隔离区域108。
多个第二隔离区域110a–110f可以比多个终端区域112a–112e更深入地延伸到霍尔板区域106中。换句话说，各终端区域112a–112e的厚度D112可以小于各第二隔离区域110a–110f的厚度D110。各终端区域112a–112e的厚度D112的范围可以在约0.1um到约1.5um之间。如图1C所示，装置100中的终端区域112a–112e可以具有相同的厚度D112，但是在替代实施例中，终端区域112a–112e可以具有不同的厚度。
如图1A至图1C所示，第一终端区域112a和第五终端区域112e可通过各自的第二隔离区域110a、110f而与第一隔离区域108隔开，其中，这些第二隔离区域110a、110f可沿着霍尔板区域106的宽度W106邻接第一隔离区域108。或者，可以省略装置100中的第二隔离区域110a、110f，并且第一终端区域112a和第五终端区域112e可以沿着霍尔板区域106的宽度W106邻接第一隔离区域108。此外，虽然图1A至图1C中描绘了五个终端区域112a-112e和六个第二隔离区域110a-110f，但是可以包括更多或者更少的各区域。
在装置100中，各终端区域112a–112e可以具有单一的导电类型。具体地，终端区域112a-112e和霍尔板区域106可以具有相同的导电类型(第二导电类型)。换句话说，当基层104包括p型掺杂剂时，霍尔板区域106和终端区域112a-112e可包括n型掺杂剂；并且当基层104包括n型掺杂剂时，霍尔板区域106和终端区域112a-112e可包括p型掺杂剂。p型掺杂剂可包括硼(B)、铝(Al)、铟(In)或其组合；而n型掺杂剂可包括磷(p)、砷(As)、锑(Sb)或其组合。霍尔板区域106可比基层104具有更重的掺杂(换句话说，可包括更高的掺杂剂浓度(每单位体积的掺杂剂数量))；然而，终端区域112a-112e可比霍尔板区域106具有更重的掺杂。例如，基层104可具有范围在约1e15cm-3至约1e16cm-3之间的掺杂浓度，且各终端区域112a–112e可具有范围在约1e19cm-3至约1e20cm-3之间的掺杂浓度。
终端区域112a–112e中的每一个可以被配置成电性连接到外部装置。外部装置可以被配置为提供电流通过霍尔板区域106(例如，外部装置可以是外部电压源)，或者可以被配置为确定在霍尔板区域106中产生的霍尔电压。例如，图2示出了以第一终端区域112a、第三终端区域112c和第五终端区域112e电性连接到外部电压源的装置100。第二终端区域112b和第四终端区域112d可以连接到外部装置(图2中未示出)以确定霍尔电压。换句话说，第一终端区域、第三终端区域和第五终端区域112a、112c、112e可以用作电流终端区域(current terminal region)；而第二终端区域和第四终端区域112b、112d可以用作感测终端区域(sensing terminal region)。请注意，图2中没有标注尺寸D108、D110、D112、表面T106、T108和侧面S106，以避免混淆附图。
具体而言，如图2所示，第一终端区域112a和第五终端区域112e可以连接到接地电压GND(换句话说，0V)；而第三终端区域112c可连接到大于接地电压GND的外部电压V1。取决于用于制造霍尔效应感测器装置100的技术，外部电压V1可在约1V到约6V的范围内。由于第一终端区域112a和第三终端区域112c之间以及第三终端区域112c和第五终端区域112e之间的电压差，包括电荷载流子的第一电流202和第二电流204可沿相反方向流过霍尔板区域106。具体而言，第一电流202可以从第三终端区域112c流向第一终端区域112a；而第二电流204可以从第三终端区域112c流向第五终端区域112e。在垂直于霍尔板区域106的平面的磁场206的存在下(换句话说，如图2所示的进入图纸中并垂直于电流202、204的方向流动)，洛伦兹力可以以相反的垂直方向208施加在第一和第二电流202、204的电荷载流子上。因此，可以在第二终端区域112b和第四终端区域112d之间产生电压差(或者换句话说，霍尔电压)，并且可以由这些终端区域112b、112d连接到的外部装置来确定所述电压差。霍尔电压可以与磁场206的强度成比例，因此，通过确定霍尔电压，可以确定磁场206的强度。
终端区域112a–112e可以不同于参考图2所描述的方式连接到外部装置。例如，第四终端区域112d和第二终端区域112b可以分别连接到接地电压GND和外部电压(类似于上述V1)；而第一终端区域112a、第三终端区域112c、第五终端区域112e可以连接到外部装置以测量在霍尔板区域106中产生的霍尔电压。第一终端区域112a和第五终端区域112e可以连接到外部装置的相同连接器。
装置100中的第一隔离区域108和第二隔离区域110a–110f可有助于限制霍尔板区域106和终端区域110a–110e的尺寸和形状的变化量。此外，由于与现有技术的霍尔效应感测器装置相比，装置100的霍尔板区域106中可能存在较少的p-n结，因此装置100的性能可能对霍尔板区域106周围的温度变化、不同终端区域112a–112e中的掺杂剂改变以及被施加到霍尔板区域106的外部电压都不太敏感。反之，可以降低霍尔板区域106内不同区域之间的电阻失配，并且可以降低装置100的偏置电压(offset voltage)。另外，通过用第一隔离区域108和基层104包围霍尔板区域106，电流202–204的流动可以更好地限制在霍尔板区域106内。
为了进一步降低偏置电压，在使用装置100时，可以应用旋转电流技术(spinningcurrent technique)。在此技术中，装置100可以在四种模式下操作。在第一模式和第二模式中，第一终端区域112a、第三终端区域112c、第五终端区域112e可以用作电流终端区域；而第二终端区域112b和第四终端区域112d可以用作感测终端区域。具体地，在第一模式中，第一终端区域112a和第五终端区域112e可以连接到接地电压GND，第三终端区域112c可以连接到外部电压V1。在第二模式中，第一终端区域112a和第五终端区域112e可以连接到外部电压V1，并且第三终端区域112c可以连接到接地电压GND，使得在第二模式中流过霍尔板区域106的电流可以与在第一模式中的电流相反。在第三模式和第四模式中，第一终端区域112a、第三终端区域112c和第五终端区域112e可以用作感测终端区域；而第二终端区域112b和第四终端区域112d可以用作电流终端区域。具体地，在第三模式中，第二终端区域112b可以连接到接地电压GND，第四终端区域112d可以连接到外部电压V1；而在第四模式中，第二终端区域112b可以连接到外部电压V1，第四终端区域112d可以连接到接地电压GND。霍尔电压可以在每个模式中被确定，并且可以使用在四个模式中确定的霍尔电压的平均值来获得装置100的最终霍尔电压。平均四种模式中的霍尔电压可有助于从最终霍尔电压滤除装置100的至少一部分偏置电压。因此，可以降低装置100的结果偏置电压。
霍尔效应感测器装置100可以使用现有技术形成，而不使用额外的掩模层。图3示出了根据各种非限制性实施例而说明的用于形成装置100的方法300的流程图
参考图3，在302，可以提供具有第一导电类型的基板，并且在304，可以在基板内形成基层104和第一隔离区域108。基层104和第一隔离区域108可以通过本领域技术人员已知的任何方法形成。例如，可蚀刻基板以形成部分延伸穿过基板的垂直开口。然后，垂直开口可填充电性绝缘材料以形成第一隔离区域108，并且垂直开口下的基板可作为基层104。
在306，霍尔板区域106可以形成在基层104之上，使得第一隔离区域108设置在霍尔板区域106的周围并与之相邻。霍尔板区域106可以通过使用适当导电类型的掺杂剂掺杂由第一隔离区域108包围的基板的区域来形成。
在308，第二隔离区域110a–110f可以形成在霍尔板区域106内。此可通过蚀刻霍尔板区域106以形成多个开口来实现，并且将电性绝缘材料沉积到这些开口中。
在310，终端区域112a–112e可以形成在霍尔板区域106内。此可通过使用适当导电类型的掺杂剂掺杂第二隔离区域110a–110f之间的区域来实现
上述方法顺序仅用于说明，除非另有特别说明，否则所述方法不限于上述的具体顺序。此外，霍尔效应感测器装置100可以实现为集成电路的一部分，并且所述方法还可以包括本领域技术人员已知的其他工艺，例如，用于形成晶体管的工艺和/或用于形成层间介电层(inter-layer-dielectric；ILD)和触点的后段(back-end-of-line；BEOL)工艺。
图4示出了根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置400。半导体装置400类似于半导体装置100，因此，使用相同的标号标记共同特征，并且无需再做讨论。
参考图4，与装置100相比，装置400的基层402可改为包括绝缘层。此绝缘层可包括可最小化(或在非限制性示例中，完全限制)从霍尔板区域106流过基层402的电流的绝缘材料。例如，基层402可包括埋置氧化物层且绝缘材料可包括二氧化硅。绝缘层还可有助于进一步将霍尔板区域106与相邻组件/结构隔离，特别是与霍尔板区域106下方的组件/结构隔离。尽管图4中未示出，但装置400可进一步包括类似于装置100的基层104的半导体基板，并且基层402可设置在该半导体基板内。然而，可以省略该半导体基板。或者，可以在基层402和半导体基板之间设置其他层。在使用时，装置400可以以与上述针对装置100所描述的方式相似的方式来操作。
图5A示出了根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置500的简化俯视图，图5B示出了沿图5A的线B-B'的装置500的简化截面图。装置500可以包括另外的感测器结构。具体地，装置500可以包括多个感测器结构，包括第一感测器结构502、第二感测器结构504、第三感测器结构506和第四感测器结构508。这些感测器结构502、504、506、508中的每一个类似于半导体装置100的感测器结构102，因此，使用相同的附图标号标记共同特征，并且不再讨论。然而，请注意，为了避免附图的混乱，图5A和图5B中没有标注尺寸W106、D108、D110、D112、表面T106、T108和侧面S106。此外，尽管示出了四个感测器结构，但是霍尔效应感测器装置500中的感测器结构的数量可以大于或小于四个。
参考图5A和图5B，与半导体装置100的感测器结构102相比，装置500的各感测器结构502-508可以包括更少的终端区域112a-112c和第二隔离区域110a-110d。具体地，各感测器结构502-508可以仅包括第一终端区域112a、第二终端区域112b和第三终端区域112c。半导体装置500中的感测器结构502–508可以使用连接器550彼此电性连接。连接器550可包括导电材料，例如但不限于铝、铜、钨、其合金或其组合。例如，连接器550可以包括电线。如图5A所示，第一感测器结构502、第二感测器结构504、第三感测器结构506和第四感测器结构508可以沿着图5A的同一轴(沿着线B-B')设置，并且可以按所述顺序串联连接。具体地，第一感测器结构502的第一终端区域112a可以与第四感测器结构508的第三终端区域112c电性连接。此外，第一感测器结构502、第二感测器结构504和第三感测器结构506的第三终端区域112c可分别与第二感测器结构504、第三感测器结构506和第四感测器结构508的第一终端区域112a电性连接。
图6示出了与连接到外部电压V1(类似于图2中的V1)的第一感测器结构502的第二终端区域112b和连接到接地电压GND的第三感测器结构506的第二终端区域112b一起使用的霍尔效应感测器装置500。第二感测器结构504和第四感测器结构508的第二终端区域112b可以连接到外部设备(图6中未示出)以通过装置500确定霍尔电压。换句话说，第一感测器结构502和第三感测器结构506的第二终端区域112b可以作用电流终端区域，第二感测器结构504和第四感测器结构508的第二终端区域112b可以用作感测终端区域。
如图6所示，由于第一感测器结构502和第三感测器结构506的第二终端区域112b之间的电压差，包括电荷载流子的第一电流到第六电流510–520可以流过感测器结构502–508的霍尔板区域106。具体地，第一电流510和第二电流512可沿相反方向流过第一感测器结构502的霍尔板区域106，其中，第一电流510从第二终端区域112b流向第一终端区域112a，而第二电流512从第二终端区域112b流向第三终端区域112c。第三电流514可以从第一终端区域112a流经第二感测器结构504的霍尔板区域106以流向第三终端区域112c。类似于第一电流510和第二电流512，第四电流516和第五电流518可沿相反方向流过第三感测器结构506的霍尔板区域106。然而，第四电流516可以从第一终端区域112a流向第二终端区域112b；而第五电流518可以从第三终端区域112c流向第二终端区域112b，此外，第六电流520可从第三终端区域112c经由第四感测器结构508的霍尔板区域106流向第一终端区域112a。
在存在垂直于霍尔板区域106平面的磁场522的情况下(如图6所示，进入图纸中垂直于第一电流至第六电流510–520的流动)，洛伦兹力可以以相反的垂直方向524施加在第三电流514和第六电流520的电荷载流子上。因此，可以在第二感测器结构504和第四感测器结构508的第二终端区域112b之间产生电压差(或者换句话说，霍尔电压)，并且可以由这些终端区域112b连接到的外部装置来确定所述电压差。霍尔电压可以与磁场522的强度成比例，因此，装置500可以基于霍尔电压来确定磁场522的强度。
图7示出了根据替换的非限制性实施例的霍尔效应感测器装置700的简化俯视图。装置700类似于装置600，因此，使用相同的附图标号来标记共同特征，并且不再讨论。
参照图7，装置700还可以包括多个感测器结构，包括与装置600的感测器结构相似的第一感测器结构502、第二感测器结构504、第三感测器结构506和第四感测器结构508。然而，与装置600相比，装置700的感测器结构502-508可以不沿同一轴设置，而是可以交叉的配置设置。具体地，如图7所示，第一感测器结构502和第三感测器结构506可沿第一轴Y-Y′设置；而第二感测器结构504和第四感测器结构508可沿垂直于第一轴Y-Y′的第二轴X-X′设置。感测器结构502–508可以类似地使用连接器550彼此电性连接。具体地，第一感测器结构、第二感测器结构、第三感测器结构和第四感测器结构502-508可以按所述顺序串联连接。如图7所示，第一感测器结构502的第三终端区域112c可以连接到第二感测器结构504的第一终端区域112a，第二感测器结构504的第三终端区域112c可以连接到第三感测器结构506的第三终端区域112c，第三感测器结构506的第一终端区域112a可以连接到第四感测器结构508的第一终端区域112a，并且第四感测器结构508的第三终端区域112c可以连接到第一感测器结构502的第一终端区域112a。装置700中感测器结构502–508的这种连接可允许装置700检测平行于X-X'轴的磁场强度。或者，感测器结构502–508可以以不同的方式连接以检测平行于其他轴(例如Y-Y'轴)的磁场强度，或者可以连接到开关元件，所述开关元件被配置成根据强度待确定的磁场的方向改变感测器结构502–508的连接。
与流经装置100的电流相比，流经装置500和700的电流可能更为对称。这可能是因为如图6所示，当装置500正在使用时，每个感测器结构502-508中的电流510-520的流动可以类似于另一感测器结构502-508中的电流的流动，只是电流510-520的方向可以相反。例如，在第一感测器结构502和第三感测器结构506中，电流510、512、516、518在第二终端区域112b和第一终端区域112a/第三终端区域112c之间流动，但是第一感测器结构502中的电流510、512的方向可以与第三感测器结构506中的相反。类似地，在第二感测器结构504和第四感测器结构508中，电流514、520在第一终端区域112a和第三终端区域112c之间流动，但方向相反。
在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他具体形式体现。因此，上述实施例将在所有方面被认为是说明性的，而非限制本文所描述的发明。因此，本发明的范围将由所附权利要求书而不是由前述描述来指示，并且在权利要求书的等效性的含义和范围内的所有变化意在包含于其中。

Claims (20)

1.一种包括感测器结构的霍尔效应感测器装置，其中，所述感测器结构包括：
基层，具有第一导电类型；
霍尔板区域，设置在所述基层之上具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型；
第一隔离区域，设置在所述霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域，其中，所述第一隔离区域包括电性绝缘材料并与所述基层接触；
多个第二隔离区域，设置在所述霍尔板区域内，其中，所述多个第二隔离区域中的每一个包括电性绝缘材料；以及
多个终端区域，设置在所述霍尔板区域内，各相邻对的所述终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
2.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个终端区域与所述多个第二隔离区域相邻地交替。
3.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个第二隔离区域延伸到比所述多个终端区域更深的所述霍尔板区域中。
4.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述第一隔离区域完全包围所述霍尔板区域的侧面。
5.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述第一隔离区域部分地延伸到所述基层中。
6.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个第二隔离区域在所述霍尔板区域的宽度延伸，使得所述多个第二隔离区域中的至少一个第二隔离区域在所述宽度的一端或两端接触所述第一隔离区域。
7.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个终端区域在所述霍尔板区域的宽度延伸，使得所述多个终端区域的至少一个终端区域在所述宽度的一端或两端接触所述第一隔离区域。
8.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个终端区域在所述霍尔板区域的宽度彼此基本平行地延伸。
9.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个第二隔离区域和所述多个终端区域沿所述霍尔板的顶面设置。
10.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述第一隔离区域的顶面与所述霍尔板区域的顶面水平对准。
11.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述第一隔离区域包括深沟槽隔离结构，并且所述多个第二隔离区域包括浅沟槽隔离结构。
12.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个终端区域和所述霍尔板区域具有相同的导电类型。
13.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个终端区域比所述霍尔板区域掺杂更重。
14.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述霍尔效应感测器装置包括单个感测器结构。
15.根据权利要求1所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述霍尔效应感测器装置包括另外的感测器结构，其中，所述感测器结构和所述另外的感测器结构彼此电性连接。
16.根据权利要求15所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述感测器结构和所述另外的感测器结构包括依序电性串联的第一感测器结构、第二感测器结构、第三感测器结构和第四感测器结构，其中，所述第一感测器结构和所述第三感测器结构沿第一轴设置，且其中，所述第二感测器结构和第四感测器结构沿垂直于所述第一轴的第二轴设置。
17.一种形成霍尔效应感测器装置的方法，其中，所述方法包括：
提供具有第一导电类型的基板；
在所述基板内形成具有所述第一导电类型的基层和包含电性绝缘材料的第一隔离区域，其中，所述第一隔离区域与所述基层接触；
在所述基层之上形成具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型的霍尔板区域，其中，所述第一隔离区域设置在所述霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域；
在所述霍尔板区域内形成多个第二隔离区域，其中，所述多个第二隔离区域的每一个包括电性绝缘材料；以及
在所述霍尔板区域内形成多个终端区域，各相邻对的终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
18.一种包括感测器结构的霍尔效应感测器装置，其中，所述感测器结构包括：
绝缘层；
霍尔板区域，设置在所述绝缘层之上；
第一隔离区域，设置在所述霍尔板区域周围并邻接所述霍尔板区域，其中，所述第一隔离区域包括电性绝缘材料并与所述绝缘层接触；
多个第二隔离区域，设置在所述霍尔板区域内，其中，所述多个第二隔离区域中的每一个包括电性绝缘材料；以及
多个终端区域，设置在所述霍尔板区域内，各相邻对的终端区域通过所述多个第二隔离区域中的一个而彼此电性隔离。
19.根据权利要求18所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述第一隔离区域完全包围所述霍尔板区域的侧面。
20.根据权利要求18所述的霍尔效应感测器装置，其中，所述多个第二隔离区域在所述霍尔板区域的宽度延伸，使得所述多个第二隔离区域中的至少一个第二隔离区域在所述宽度的一端或两端接触所述第一隔离区域。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8426936B2 (en) * 2009-03-24 2013-04-23 Austriamicrosystems Ag Vertical Hall sensor and method of producing a vertical Hall sensor
US20130342194A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-26 Infineon Technologies Ag Vertical hall sensor with series-connected hall effect regions
US20140070795A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 Infineon Technologies Ag Hall Effect Device
CN203630326U (zh) * 2012-06-27 2014-06-04 英飞凌科技股份有限公司 垂直霍尔效应器件以及垂直霍尔效应传感器
US20160111631A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-21 Melexis Technologies Nv Vertical hall sensors with reduced offset error
US10050082B1 (en) * 2017-08-16 2018-08-14 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Hall element for 3-D sensing using integrated planar and vertical elements and method for producing the same

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6492697B1 (en) 2000-04-04 2002-12-10 Honeywell International Inc. Hall-effect element with integrated offset control and method for operating hall-effect element to reduce null offset
FR2820211A1 (fr) 2001-02-01 2002-08-02 Schlumberger Ind Sa Cellule a effet hall pour la mesure de courant efficace
US8135560B2 (en) 2009-01-30 2012-03-13 Applied Materials, Inc. Sensor system for semiconductor manufacturing apparatus
DE102011107767A1 (de) 2011-07-15 2013-01-17 Micronas Gmbh Hallsensor
TWI595518B (zh) 2015-11-04 2017-08-11 財團法人工業技術研究院 電隔離器構裝結構及電隔離器的製造方法
US9893119B2 (en) * 2016-03-15 2018-02-13 Texas Instruments Incorporated Integrated circuit with hall effect and anisotropic magnetoresistive (AMR) sensors
DE102016114174B4 (de) * 2016-08-01 2019-10-10 Infineon Technologies Ag Hall-sensor-bauelemente und verfahren zum betreiben derselben
US10534045B2 (en) 2017-09-20 2020-01-14 Texas Instruments Incorporated Vertical hall-effect sensor for detecting two-dimensional in-plane magnetic fields

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8426936B2 (en) * 2009-03-24 2013-04-23 Austriamicrosystems Ag Vertical Hall sensor and method of producing a vertical Hall sensor
US20130342194A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-26 Infineon Technologies Ag Vertical hall sensor with series-connected hall effect regions
CN203630326U (zh) * 2012-06-27 2014-06-04 英飞凌科技股份有限公司 垂直霍尔效应器件以及垂直霍尔效应传感器
US20140070795A1 (en) * 2012-09-13 2014-03-13 Infineon Technologies Ag Hall Effect Device
US20160111631A1 (en) * 2014-10-21 2016-04-21 Melexis Technologies Nv Vertical hall sensors with reduced offset error
US10050082B1 (en) * 2017-08-16 2018-08-14 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Hall element for 3-D sensing using integrated planar and vertical elements and method for producing the same

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