EP4706352A1 - Vertikaler iii-v hallsensor - Google Patents

Vertikaler iii-v hallsensor

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EP4706352A1
EP4706352A1 EP24711778.1A EP24711778A EP4706352A1 EP 4706352 A1 EP4706352 A1 EP 4706352A1 EP 24711778 A EP24711778 A EP 24711778A EP 4706352 A1 EP4706352 A1 EP 4706352A1
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EP
European Patent Office
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iii
hall sensor
semiconductor layer
vertical
hls
Prior art date
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Pending
Application number
EP24711778.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Cornils
Maria-Cristina Vecchi
Holger Eggers
Dag Behammer
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TDK Micronas GmbH
Original Assignee
TDK Micronas GmbH
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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Abstract

Vertikaler III-V Hallsensor, mit einer Substratschicht mit einer Oberseite und einer Unterseite und, einer auf der Substratschicht ausgebildeten ersten Isolationsschicht und einer auf der Isolationsschicht ausgebildeten III-V Halbleiterschicht und einer auf der III-V Halbleiterschicht ausgebildete zweiten Isolationsschicht, wobei die zweite Isolationsschicht strukturiert ist und wenigstens drei als Kontaktgebiete ausgebildete Öffnungen aufweist, und die III-V Halbleiterschicht eine in der X Richtung ausgebildete Länge und eine in der Y-Richtung ausgebildete Breite aufweist, und die wenigstens drei Kontaktgebiete entlang einer Geraden angeordnet sind, und die III-V Halbleiterschicht eine n-Dotierung aufweist, und die III-V Halbleiterschicht eine umlaufende Isolierung aufweist.

Description

Vertikaler III-V Hallsensor
Vertikale Hallsensoren sind in der Siliziumtechnologie lange bekannt. Jedoch sind aufgrund der völlig anderen III-V Materialeigenschaften und völlig unterschiedlichen technologischen Anforderungen und insbesondere wegen den zu Silizium völlig inkompatiblen Herstellungsverfahren derartige Hallsensoren unter Verwendung von III-V Materialien bisher nicht bekannt.
Aus der CN 102 520 376 A sind unterschiedliche III-V Hallsensoren für die Messung von den drei Komponenten eines Magnetfelds bekannt. Für die Messung parallel zu einer Substratoberfläche verlaufenden Magnetfelder ist eine säulenförmige senkrecht auf der Substratoberfläche angeordnete Hallsensorstruktur offenbart. Hierbei wird die säulenförmige Struktur u.a. an den beiden Stirnseiten kontaktiert.
Aus der EP 3 216 057 Bl ist ebenfalls ein III-V Hallsensor unter Verwendung einer 2DEG - Quanten-Well Struktur bekannt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch einen vertikaler III-V Hallsensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein vertikaler III-V Hallsensor, mit einer Substratschicht mit einer Oberseite und einer Unterseite bereitgestellt. Auf der Substratschicht ist eine erste Isolationsschicht und auf der Isolationsschicht eine III-V Halbleiterschicht und auf der III-V Halbleiterschicht eine zweite Isolationsschicht ausgebildet.
Die zweite Isolationsschicht ist strukturiert ausgebildet und weist wenigstens drei als Kontaktgebiete ausgebildete Öffnungen auf.
Die III-V Halbleiterschicht weist eine in der X-Richtung ausgebildete Länge und eine in der Y-Richtung ausgebildete Breite auf.
Die wenigstens drei Kontaktgebiete sind entlang einer Geraden auf einer in Richtung der zweiten Isolationsschicht ausgebildeten Oberseite der III-V Halbleiterschicht angeordnet. Die III-V Halbleiterschicht weist eine n- Dotierung auf.
Es sei angemerkt, dass der vertikale III-V Hallsensor eine Haupterstreckungsfläche parallel zu der Substratoberfläche aufweist.
Des Weiteren weist die III-V Halbleiterschicht eine umlaufende Isolierung auf.
Es sei angemerkt, dass die III-V Halbleiterschichten mittels eines Epitaxieprozesses im Allgemeinen unter Verwendung von metallorganischen Prä- kursatoren insbesondere mittels einer MOVPE oder einer MBE Anlage hergestellt werden.
Ein Vorteil ist, dass sich überraschender Weise vertikale Hallsensoren mit einer hohen Sensitivität auch mittels III-V Materialen zuverlässig herstellen lassen. Bisher hat der Fachmann, aufgrund der völlig unterschiedlichen technologischen Voraussetzungen von III-V Materialien im Vergleich zu Silizium angenommen, dass die Herstellung eines vertikalen III-V Hallsensors nicht realisierbar sei. Grund dafür ist unter anderem, dass eine Dotierung mittels einer Implantation in III-V sich verbietet. Auch sind thermische Passivierungen wie ein Oxidwachstum usw. nicht möglich. Ein anderer Vorteil ist, dass sich aufgrund des einfachen Aufbaus unter Verwendung von III-V Standardprozessen kostengünstige vertikale III-V Hallsensoren herstellen lassen.
In einer Ausführungsform sind die vorgenannten III-V Halbleiterschichten monolithisch und gitterangepasst zueinander gewachsen. Hierbei sei angemerkt, dass mit dem Begriff monolithisch ein Herstellungsprozess verstanden wird, bei dem die III-V Halbleiterschichten mittels eines zeitlich durchgängigen Epitaxieprozesses abgeschieden werden. Anders ausgedrückt, die III-V Halbleiterscheibe wird während der Schichtabscheidung nicht aus der Epitaxieanlage ausgeführt. Insbesondere ist zwischen den III-V Halbleiterschichten kein Halbleiterbond ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform sind alle Schichten mittels Gasphasenepitaxie in einer MOVPE Anlage, vorzugsweise gitterangepasst, hergestellt.
In einer Weiterbildung weist die Halbleiterscheibe, d.h. das Substrat, einen Durchmesser von 100 mm oder einen Durchmesser von 150 mm oder einen größeren Durchmesser auf.
In einer Weiterbildung weist die III-V Halbleiterschicht eine einheitliche Dicke auf. In einer anderen Weiterbildung weist die III-V Halbleiterschicht in dem gesamten Bereich des vertikalen III-V Hallsensors eine einheitliche Dicke auf.
In einer Ausführungsform weist die III-V-Halbleiterschicht wenigstens oder ausschließlich in dem Bereich des III-V Hallsensors eine einheitliche Dicke auf. Es versteht sich hierbei, dass die III-V Halbleiterschicht wenigstens zwischen den Kontaktgebieten und einschließlich der Kontaktgebiete eine einheitliche Dicke aufweist.
In einer Ausführungsform besteht die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht aus einem III-V Material. In einer alternativen Ausführungsform umfasst die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht ein III-V Material. In einer Weiterbildung ist die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht undotiert. Es sei angemerkt, dass mit dem Begriff ausschließlich eine absichtliche Dotierung verstanden wird. Hierzu sei angemerkt, dass bei Verwendung von metallorganischen Präkursatoren bei einer Herstellung der III-V Schichten mittels Gasphasenepitaxie in einer MOVPE Anlage grundsätzlich eine unabsichtliche Dotierung zumindest mit Kohlenstoff erfolgt. Es sei angemerkt, dass die unabsichtliche Dotierung im Allgemeinen in einem Bereich zwischen l*1014 N/cm3 und l*1015 N/cm3 liegt.
Des Weiteren sei angemerkt, dass es auch durch eine Wahl der Prozessparameter bei der Epitaxie unvermeidlich zu einer unabsichtlichen Dotierung kommen kann. Es sei hierbei angemerkt, dass durch die Wahl der Prozessparameter die Höhe der unabsichtlichen Dotierung oberhalb einer unabsichtlichen Kohlenstoff-Mindestdotierung in einem Bereich von größer als l*1014 N/cm3 beeinflussbar ist.
In einer anderen Ausführungsform ist die Bandlücke der ersten Isolationsschicht und / oder der zweiten Isolationsschicht jeweils größer als die Bandlücke der III-V Halbleiterschicht ausgebildet. Es versteht sich, dass sich durch die Verwendung von undotierten Hochbandmaterialien jeweils an der Grenzfläche zu der III-V Halbleiterschicht eine isolierende Raumladungszone ausbildet.
In einer Ausführungsform liegt die Dicke der ersten in einem III-V Material ausgebildeten Isolationsschicht und / oder die Dicke der zweiten in einem III- V Material ausgebildeten Isolationsschicht in einem Bereich zwischen 2 nm und 100 nm. In einer anderen Weiterbildung liegt die Dicke in einem Bereich zwischen 10 nm und 80 nm oder in einem Beriech zwischen 20 nm und 60 nm. In einer anderen Ausführungsform ist die Dicke der ersten Isolationsschicht und / oder die Dicke der zweiten Isolationsschicht größer als 10 nm und kleiner als 500 nm ausgebildet. In einer Ausführungsform umfasst die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht wenigstens die Elemente InGaP. Es versteht sich hierbei, dass die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht weitere III-V Elemente insbesondere AI oder P aufweisen kann.
In einer anderen Weiterbildung besteht die erste Isolationsschicht und / oder die zweite Isolationsschicht aus InGaP.
In einer Ausführungsform umfasst die zweite Isolationsschicht ein Siliziumoxid und / oder ein Siliziumnitrid.
In einer Weiterbildung ist eine n-dotierte strukturierte InGaP Schicht als metallisch leitfähige Schicht auf der Oberseite der III-V Halbleiterschicht angeordnet und stoffschlüssig mit der III-V Halbleiterschicht verbunden. Hierbei liegt die Dotierung der InGaP Schicht in einem Bereich zwischen l«1018 cm'3 bis l«102° cm'3. In einer anderen Weiterbildung ist die hochleitfähige InGaP- Schicht ausschließlich unterhalb eines in der Kontaktöffnung ausgebildeten Metallkontakts angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform ist die Dotierung über die Dicke der III-V Halbleiterschicht einheitlich oder unterschiedlich. In einer Weiterbildung weist die III-V Halbleiterschicht an der Grenzfläche zu der ersten Isolationsschicht eine geringere Dotierung als in der in Richtung zu der zweiten Isolationsschicht auf.
In einer Weiterbildung liegt die Dotierung der III-V Halbleiterschicht in einem Bereich zwischen l*1014 1/cm3 und 5*1017 1/cm3 oder in einem Bereich zwischen 5*1014 1/cm3 und l*1016 1/cm3 oder in einem Bereich zwischen l*1015 1/cm3 und 5«1015 1/cm3. Es versteht sich hierbei, dass um eine möglichst hohe Beweglichkeit zu erreichen, die Dotierung der III-V Halbleiterschicht zumindest in einem überwiegenden Teil der Dicke in einem Bereich unterhalb von 5*1016 1/cm3 liegen sollte. In einer anderen Weiterbildung weist die III-V Halbleiterschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,5 pm und 50 pm oder in einem Bereich zwischen 1,0 pm und 20 pm oder in einem Bereich zwischen 3,0 pm und 10 pm auf.
In einer Weiterbildung liegt bei der III-V Halbleiterschicht das Verhältnis von Länge zu Breite größer oder gleich 1 oder in einem Bereich zwischen 1 und 50.
In einer Weiterbildung umfasst oder besteht der vertikale III-V Hallsensor eine viereckig ausgebildete Geometrie. Es versteht sich, dass bei einem Verhältnis von 1 zwischen Länge und Breite, das Viereck als Quadrat ausgebildet ist.
In einer anderen Weiterbildung ist die Länge größer als die Breite, wobei die Länge wenigstens doppelt so groß als die Breite ist.
In einer anderen Weiterbildung umfasst der vertikale III-V Hallsensor eine mehr als viereckige Geometrie. Insbesondere weist der vertikale III-V Hallsensor eine sechseckige oder achteckige Geometrie auf.
In einer anderen Ausführungsform liegt die Breite der III-V Halbleiterschicht in einem Bereich zwischen 1 pm und 20 pm oder in einem Bereich zwischen 3 pm und 10 pm.
Ist die Länge doppelt so groß als die Breite, versteht es sich, dass die Länge größer gleich von 2 pm oder größer gleich von 6 pm oder größer gleich von 20 pm oder größer gleich von 40 pm ist.
In einer anderen Weiterbildung ist die Länge kleiner als 100 pm oder kleiner als 50 pm oder kleiner als 30 pm oder kleiner als 20 pm.
In einer Ausführungsform weist die III-V Halbleiterschicht eine einheitliche Stöchiometrie auf. In einer Weiterbildung umfasst die III-V Halbleiterschicht GaAs oder InGaAs oder die III-V Halbleiterschicht besteht aus GaAs oder aus InGaAs oder aus InSb oder aus InAs oder aus GaSb.
In einer Ausführungsform weist die III-V Halbleiterschicht des vertikalen III-V Hallsensors als Isolierung einen mittels einer Wasserstoffimplantation hergestellten umlaufenden Bereich auf.
In einer Weiterbildung ist die mittels der Wasserstoffimplantation hergestellte Isolierung derart ausgebildet, dass die gesamte III-V Halbleiterschicht innerhalb des umlaufenden Bereichs von den umliegenden Bereichen der III-V Halbleiterschicht vollständig elektrisch isoliert ist.
In einer anderen Weiterbildung weist die III-V Halbleiterschicht als Isolierung einen Graben auf. Vorzugsweise ist der Graben mittels einer Mesaätzung hergestellt. In einer Weiterbildung sind die Seitenwände, d.h. die senkrechten oder nahezu senkrechten Wände des III-V vertikalen Hallsensors passiviert und / oder mit einer Isolationsschicht bedeckt. Es versteht sich, dass der der Begriff „umlaufend ausgebildet" eine ringförmige geschlossene Struktur bezeichnet.
In einer Ausführungsform wird mit dem Graben die III-V Halbleiterschicht vollständig durchtrennt. Anders ausgedrückt, in dem Bodenbereich des Grabens ist die ersten Isolationsschicht ausgebildet. Hierdurch entsteht ein erstes Gebiet in der III-V Halbleiterschicht das von den weiteren Gebieten der III-V Halbleiterschicht elektrisch isoliert ist, indem an der Unterseite der III-V Halbleiterschicht die erste Isolationsschicht ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung ist der Graben mit einem isolierenden Material vorzugsweise mit einem Dielektrikum, beispielsweise mit einem PECVD Oxid und / oder einem Siliziumnitrid gefüllt. In einer Ausführungsform sind die Abstände zwischen zwei jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Kontaktgebieten gleich oder unterschiedlich ausgebildet.
In einer Weiterbildung umfasst der vertikale III-V Hallsensor genau drei Kontaktgebiete oder genau vier oder genau fünf oder genau sechs oder genau sieben Kontaktgebiete. Vorzugsweise sind die Kontaktgebiete entlang einer Geraden angeordnet.
In einer anderen Weiterbildung sind bei dem vertikalen Hallsensor mit genau fünf Kontaktgebieten alle Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kontaktgebieten genau gleich oder die Abstände zwischen den drei in der Mitte liegenden Kontaktgebieten gleich und die Abstände zu den beiden äußeren Kontaktgebieten kleiner oder größer als die beiden in der Mitte ausgebildeten Abstände.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen die
Figur 1 eine Querschnittsansicht auf einen vertikalen III-V Hallsensor,
Figur 2 die Draufsicht auf eine Ausführungsform der Figur 1,
Figur 3a-f Draufsichten auf weitere unterschiedliche Ausführungsformen.
Die Abbildung der Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht auf einen vertikalen III-V Hallsensor Hl. Der Hallsensor Hl weist eine Substratschicht SUB mit einer Oberseite OS und einer Unterseite US auf. Auf der Substratschicht SUB ist eine erste Isolationsschicht IS1 angeordnet.
Auf der ersten Isolationsschicht IS1 ist eine III-V Halbleiterschicht HLS ausgebildet. Auf der III-V Halbleiterschicht HLS ist eine zweite Isolationsschicht IS2 angeordnet.
Im Unterschied zu der ersten Isolationsschicht IS1 ist die zweite Isolationsschicht IS2 strukturiert ausgebildet. Insbesondere weist die zweite Isolationsschicht IS2 wenigstens drei als Kontaktgebiete Kl, K2, K3 ausgebildete Öffnungen auf.
Die wenigstens drei Kontaktgebiete Kl, K2, K3 sind entlang einer Geraden angeordnet. Es sei angemerkt, dass die III-V Halbleiterschicht HLS eine n- Dotierung aufweist.
Des Weiteren weist die III-V Halbleiterschicht HLS bzw. der vertikale III-V Hallsensor Hl eine nicht dargestellte umlaufende Isolierung auf.
In der Abbildung der Figur 2 ist die Draufsicht auf eine Ausführungsform der Figur 1 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der Figur 1 erläutert.
Der vertikale Hallsensor Hl weist eine umlaufende Isolierung ISR in Form eines Rechtecks auf. Die entlang der X-Achse angeordneten Kontakte Kl, K2, K3 sind vollständig innerhalb der Ausdehnung in der X-Richtung und der Y-Richtung angeordnet.
Es sei angemerkt, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit der äußere rechteckförmig ausgebildete Isolationsbereich ISR nicht dargestellt ist. Zwischen dem ersten Kontakt Kl und dem zweiten Kontakt K2 ist ein Abstand al und zwischen dem zweiten Kontakt K2 und dem dritten Kontakt K3 ist ebenfalls der Abstand al ausgebildet. Anders ausgedrückt, jeweils zwei aufeinanderfolgende Kontakte Kl, K2 bzw. K2, K3 sind zueinander äquidistant angeordnet.
Die III-V Halbleiterschicht HLS bzw. die zweite Isolationsschicht IS2 weist eine in der X Richtung ausgebildete Länge L und eine in der Y-Richtung ausgebildete Breite B auf.
In der Figur 3a-f sind weitere Draufsichten unterschiedlicher Ausführungsformen eines vertikalen Hallsensors H2 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den vorangegangenen Abbildungen erläutert.
In Unterschied zu der rechteckigen Ausführungsform der Figur 2, weist die Ausführungsform der Figur 3a eine fliegenförmige bzw. schmetterlingsförmige Erstreckung in der X-Richtung mit einem umlaufenden äußeren Rand auf. Der äußere Rand wird aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Geradenstücken gebildet. Vorliegend wird der Rand aus insgesamt zwölf Ge- radenstücken gebildet.
Der III-V Halbleiterbereich HLS weist in dem Bereich des zweiten Kontakts K2 eine geringere Breite als im Bereich um den ersten Kontakt Kl und den dritten Kontakt K3 auf. Die Breite des III-V Halbleiterbereichs bei dem ersten Kontakt Kl entspricht oder ist gleich groß wie die Breite des III-V Halb- leiterbreichs um den dritten Kontakt K3. Alle drei Kontakte Kl, K2, K3 weisen eine rechteckige Form auf, wobei die Breite der jeweiligen Kontakte Kl, K2, K3 größer ist als die in der X-Richtung ausgebildete Länge.
Es versteht sich, dass die Randbereiche der Kontakte Kl, K2, K3 in den dargestellten Ausführungsformen von dem Rand des III-V Halbleiterbereichs beabstandet sind. In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind die Kontakte bis an den Rand des III-V Halbleiterbereichs oder darüber hinaus ausgebildet.
Der erste Kontakt Kl und der dritte Kontakt K3 sind in der Y- Richtung gleich breit und wesentlich breiter als der zweite Kontakt K2 ausgebildet. Alle drei Kontakte Kl, K2, K3 weisen in der dargestellten Draufsicht eine rechteckige Erstreckung auf. Das III-V Hallsensorgebiet weist eine Spiegelsymmetrie hinsichtlich einer in Y-Richtung verlaufenden Spiegelachse die durch eine Mitte des zweiten Kontaktes verläuft, auf.
In der Abbildung der Figur 3b ist ebenfalls eine schmetterlingsförmige Erstreckung mit zwei Flügeln dargestellt, wobei eine in Y-Richtung ausgebildete Spiegelachse durch die Mitte des zweiten Kontaktes K2 verläuft.
Die beiden Flügel sind jeweils sichelförmig ausgebildet. Anders ausgedrückt, der äußere Rand des gesamten III-V Halbleitergebiets weist keine Geraden auf, sondern wird von bogenförmigen Segmenten gebildet.
Der erste Kontakt Kl und der dritte Kontakt K3 sind im Unterschied zu dem zweiten Kontakt K2 nicht rechteckig, sondern als Kreissegmente ausgebildet.
Im Unterschied zu der Ausführungsform des III-V Halbleiterbereichs der Figur 2, umfasst die Ausführungsform der Figur 3c nunmehr insgesamt fünf ebenfalls in einer Geraden entlang der X-Richtung ausgebildete Kontakt Kl- K5.
Der vierte Kontakt K4 und der fünfte Kontakt K5 sind als äußere Kontakte an den beiden kopfseitigen Ende des III-V Halbleiterbereichs HLS ausgebildet. Zwischen den Kontakten K1-K5 ist jeweils der Abstand al ausgebildet. Alle fünf Kontakte K1-K5 weisen eine rechteckige Form auf und sind zueinander äquidistant angeordnet. Im Unterschied zu der Ausführungsform des III-V Halbleiterbereichs der Figur 3c, sind bei der Ausführungsform der Figur 3d die beiden äußeren Kontakte K4 und K5 zu den jeweils unmittelbar benachbarten Kontakten K3 bzw. Kl mit einem Abstand a2 angeordnet. Der Abstand a2 ist größer als der Abstand al ausgebildet. Zwar sind alle fünf Kontakte K1-K5 rechteckig ausgebildet, jedoch weist das Rechteck des zweiten Kontakts K2 die in der X-Richtung ausgebildete kleinste Länge aller fünf Kontakte K1-K5 auf.
Die beiden Kontakte Kl und K3 weisen die gleiche Länge auf, wobei die Länge der beiden Kontakte Kl, K3 größer ist als die Länge des zweiten Kontakts K2. Die Länge der beiden äußeren Kontakte K4, K5 ist gleich groß und jeweils größer als die Länge des ersten Kontakts Kl und dritten Kontakts K3.
In der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung 3e sind insgesamt vier einzelne III-V Hallsensoren H1-H4 mit jeweils drei Kontakten Kl, K2, K3 entlang einer in der X-Richtung ausgebildeten Geraden angeordnet und untereinander verschaltet, wobei nachfolgend nur die Unterschiede zu der Ausführungsform der Figur 2 erläutert werden. Mittels der Verschaltung wird erreicht, dass die III-V Hallsensor Hl - H4 als ein einziger großer vier Kontakt-Hallsensor HFS1 ausgebildet ist.
Die jeweils äußeren Kontakte Kl, K3 jedes der vier III-V Hallsensoren Hl - H4 sind mit den jeweils äußeren Kontakten Kl, K3 der benachbarten III-V Hallsensoren H1-H4 zu einem Ring verschaltet. Anders ausgedrückt, der erste Kontakt Kl des ersten III-V Hallsensors Hl ist mit dem dritten Kontakt K3 des vierten Hallsensors H4 verschaltet.
In der Ausführungsform, dargestellt in Zusammenhang mit der Abbildung 3f sind wiederum vier große vier Kontakt Hallensoren HFS1, HFS2, HFS3, HFS4, jeweils bestehend aus vier ringförmig verschalteten einzelnen III-V Hallsensoren H1-H4 mit jeweils drei Kontakten Kl, K2, K3 entlang einer in der X-Richtung ausgebildeten Geraden, dargestellt, wobei nachfolgend nur die Unterschiede zu der Ausführungsform der Figur 3e erläutert werden. Insgesamt sind die vier großen vier Kontakt-III-V Hallsensoren HFS1 - HFS4 in vier Reihen angeordnet. Die jeweils mittleren Kontakte Kl, sind jeweils mit den mittleren Kontakten in einer benachbarten Reihe verschaltet. Anders ausgedrückt, die vier großen vier Kontakt Hallsensoren sind miteinander parallel verschaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Vertikaler III-V Hallsensor (Hl), mit
- einer Substratschicht (SUB) mit einer Oberseite (OS) und einer Unterseite (US),
- einer auf der Substratschicht (SUB) ausgebildeten ersten Isolationsschicht (IS1),
- einer auf der ersten Isolationsschicht (IS1) ausgebildeten III-V Halbleiterschicht (HLS),
- einer auf der III-V Halbleiterschicht (HLS) ausgebildeten zweiten Isolationsschicht (IS2), wobei die zweite Isolationsschicht (IS2) strukturiert ist und wenigstens drei als Kontaktgebiete (Kl, K2, K3) ausgebildete Öffnungen aufweist,
- die III-V Halbleiterschicht (HLS) eine in der X Richtung ausgebildete Länge (L) und eine in der Y-Richtung ausgebildete Breite (B) aufweist,
- die wenigstens drei Kontaktgebiete (Kl, K2, K3) entlang einer Geraden angeordnet sind,
- die III-V Halbleiterschicht (HLS) eine n-Dotierung aufweist,
- die III-V Halbleiterschicht (HLS) eine umlaufende Isolierung (ISR) aufweist.
2. Vertikaler III-V Hallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolationsschicht (IS1) und / oder die zweite Isolationsschicht (IS2) aus einem III-V Material besteht oder ein III-V Material umfasst und jeweils undotiert ist.
3. Vertikaler III-V Hallsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandlücke der ersten Isolationsschicht (IS1) und oder der zweiten Isolationsschicht (IS2) jeweils größer als die Bandlücke der III-V Halbleiterschicht (HLS) ausgebildet ist.
4. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der ersten in einem III-V Material ausgebildeten Isolationsschicht (IS1) und / oder die Dicke der zweiten in einem III-V Material ausgebildeten Isolationsschicht (IS2) in einem Bereich zwischen 2 nm und 100 nm liegt.
5. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolationsschicht (IS1) und / oder die zweite Isolationsschicht (IS2) wenigstens die Elemente In, Ga, und / oder P umfasst oder aus InGaP besteht.
6. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolationsschicht (IS2) ein Siliziumoxid und / oder ein Siliziumnitrid umfasst.
7. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung über die Dicke der III-V Halbleiterschicht (HLS) einheitlich oder unterschiedlich ist.
8. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der III-V Halbleiterschicht (HLS) in einem Bereich zwischen l*1014 1/cm3 und 5*1017 1/cm3 oder in einem Bereich zwischen 5*1014 1/cm3 und l*1016 1/cm3 oder in einem Bereich zwischen l*1015 1/cm3 und 5*1015 1/cm3 liegt.
9. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V Halbleiterschicht (HLS) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,5 pm und 50 pm oder in einem Bereich zwischen 1,0 pm und 20 pm oder in einem Bereich zwischen 3,0 pm und 10 pm aufweist.
10. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der III-V Halbleiterschicht (HLS) das Verhältnis von Länge zu Breite größer oder gleich 1 ist oder in einem Bereich zwischen 1 und 50 liegt.
11. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der III-V Halbleiterschicht (HLS) in einem Bereich zwischen 1 m und 20 pm oder in einem Bereich zwischen 3 pm und 10 pm liegt.
12. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V Halbleiterschicht (HLS) eine einheitliche Stöchiometrie aufweist.
13. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V Halbleiterschicht (HLS) GaAs oder InGaAs umfasst oder aus GaAs oder InGaAs oder aus InSb oder InAs oder GaSb besteht.
14. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V Halbleiterschicht (HLS) als Isolierung (ISR) einen Graben aufweist.
15. Vertikaler III-V Hallsensor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen zwei jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Kontaktgebieten (Kl - K5) gleich oder unterschiedlich sind.
EP24711778.1A 2023-06-09 2024-02-19 Vertikaler iii-v hallsensor Pending EP4706352A1 (de)

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