埋入式磁傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及埋入式磁傳感器，更詳細(xì)地，涉及在半導(dǎo)體基板的內(nèi)部以埋設(shè)的形態(tài)形成磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)，并在上述磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的上部設(shè)有模擬及數(shù)字電路部的磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及磁傳感器(或霍爾傳感器)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)為利用霍爾效應(yīng)來(lái)掌握磁場(chǎng)的方向和大小的元件，若向通有電流的導(dǎo)體施加磁場(chǎng)，則在與電流和磁場(chǎng)垂直的方向產(chǎn)生電壓的效應(yīng)。即，在磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)中，在施加磁場(chǎng)(magnetic field)的狀態(tài)下，四個(gè)電極中的兩個(gè)相向的電極提供電流，剩余兩個(gè)相向的電極提供沿著與電流垂直的方向產(chǎn)生的霍爾電壓，從而檢測(cè)霍爾電壓，來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的方向和大小。
[0003]并且，這種磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)適用于通過(guò)檢測(cè)地球的磁場(chǎng)來(lái)提供方向信息的數(shù)字羅盤(pán)或電子羅盤(pán)之類(lèi)的磁傳感器(或霍爾傳感器)。
[0004]這種磁傳感器(或霍爾傳感器)利用磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的霍爾效應(yīng)，來(lái)提供使使用者了解地球的北和南、東和西的方位的功能，并且，近年來(lái)搭載于智能手機(jī)等便攜式數(shù)字設(shè)備而使用。在使用于便攜式數(shù)字設(shè)備的情況下，利用移動(dòng)應(yīng)用程序(App)，不僅能夠使用于地球的方位方面的用途，而且還能使用于位置信息方面的用途，因而能夠有用地使用于地圖應(yīng)用程序中。
[0005]但是，磁傳感器(或霍爾傳感器)為了處理磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的檢測(cè)結(jié)果而必須一同使用模擬及數(shù)字電路。模擬及數(shù)字電路是指用于處理由磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)所檢測(cè)的信號(hào)的各種電路，例如有低噪聲放大器(LNA)、自動(dòng)增益控制器(AGC)、模數(shù)變換器(ADC)、主控制器(main controller)等。
[0006]像這樣，磁傳感器(或霍爾傳感器)與模擬及數(shù)字電路一同使用，但到目前為止，上述模擬及數(shù)字電路通常以與磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)在水平方向相鄰的方式設(shè)計(jì)。例如，構(gòu)成磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)，并在上述磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的側(cè)面方向設(shè)置模擬及數(shù)字電路。并且，還需要在磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)和上述電路之間構(gòu)成絕緣膜等，而電路之間也需要用于絕緣等的各種結(jié)構(gòu)。
[0007]結(jié)果，存在無(wú)法縮小磁傳感器(或霍爾傳感器)本身的尺寸的問(wèn)題，而這最終導(dǎo)致了用于構(gòu)成磁傳感器(或霍爾傳感器)的IC芯片(chip)的整個(gè)大小也無(wú)法縮小的問(wèn)題。
[0008]這使得最近欲制造更小尺寸的便攜式數(shù)字設(shè)備的研發(fā)變得更難。即，如果不縮小磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及各種電路本身的大小，則如上所述，由于磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)和模擬/數(shù)字電路的設(shè)計(jì)位置而難以縮小便攜式數(shù)字設(shè)備的尺寸。并且，若縮小磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的大小，則會(huì)降低對(duì)地球磁場(chǎng)或磁力的靈敏度(sensitivity),因而難以繼續(xù)縮小。
[0009]因此，有必要通過(guò)磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及各種電路的位置變更，來(lái)改善磁傳感器(或霍爾傳感器)的結(jié)構(gòu)，以盡可能地確保磁傳感器(或霍爾傳感器)的面積，又能檢測(cè)磁場(chǎng)。
[0010](專(zhuān)利文獻(xiàn)0001)美國(guó)授權(quán)專(zhuān)利US4965517號(hào)(1"0年10月23日)
[0011](專(zhuān)利文獻(xiàn)0002)美國(guó)授權(quán)專(zhuān)利US6278271號(hào)(2001年08月21日)
[0012](專(zhuān)利文獻(xiàn)0003)美國(guó)授權(quán)專(zhuān)利US6545462號(hào)(2003年04月08日)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明用于解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供為了最大限度地確保磁傳感器的面積而使磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)埋入于利用絕緣體上硅(SOI)基板的半導(dǎo)體基板的內(nèi)部，并在上述磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的上方設(shè)置模擬及數(shù)字元件的電路結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及其磁傳感器(或霍爾傳感器)。
[0014]S卩，基本上，當(dāng)從上方觀察半導(dǎo)體基板時(shí)，本發(fā)明防止磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)向外部露出，并與磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)隔著層間絕緣膜在上側(cè)設(shè)置各種電路結(jié)構(gòu)。
[0015]根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的特征，提供埋入式磁傳感器，上述埋入式磁傳感器包括:絕緣體上硅基板，包括半導(dǎo)體基板、埋入絕緣層及絕緣體上硅層；傳感區(qū)域，形成于上述半導(dǎo)體基板；傳感器接觸部，貫通上述埋入絕緣層，并與上述傳感區(qū)域相連接；以及電路部，形成于上述絕緣體上硅層。
[0016]上述傳感區(qū)域包括:N型摻雜區(qū)域；以及P型摻雜區(qū)域，比上述N型摻雜區(qū)域形成得深。
[0017]上述傳感器接觸部貫通上述絕緣體上硅層而形成，并與金屬線相連接，上述金屬線與上述電路部相連接。
[0018]上述P型摻雜區(qū)域的長(zhǎng)度等于或長(zhǎng)于上述N型摻雜區(qū)域的長(zhǎng)度。
[0019]本發(fā)明還包括隔離(isolat1n)區(qū)域，上述隔離區(qū)域形成于上述傳感器接觸部的周邊。
[0020]本發(fā)明還包括:層間絕緣膜，形成于上述絕緣體上硅層上；以及磁集極，形成于上述層間絕緣膜上。
[0021]上述磁集極包括表面彎折的面。
[0022]上述磁集極與上述層間絕緣膜相接，并與上述埋入絕緣層直接接觸。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一特征，提供磁傳感器，上述磁傳感器包括:半導(dǎo)體基板，傳感區(qū)域，形成于上述半導(dǎo)體基板，多個(gè)傳感器接觸部，與上述傳感區(qū)域相連接，以及電路部，形成于上述傳感區(qū)域上；上述傳感區(qū)域包括:N型摻雜區(qū)域，以及P型摻雜區(qū)域，比上述N型摻雜區(qū)域更深地?fù)诫s而形成。
[0024]本發(fā)明還包括:層間絕緣膜，形成于上述傳感器接觸部上；以及磁集極，形成于上述層間絕緣膜上。
[0025]在上述傳感器接觸部的周邊還形成深溝區(qū)域(DTI)。
[0026]根據(jù)以如上所述的方式構(gòu)成的本發(fā)明的磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及其磁傳感器(或霍爾傳感器)，具有如下效果。
[0027]首先，本發(fā)明在半導(dǎo)體基板內(nèi)形成N型摻雜區(qū)域，來(lái)形成磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)，并在上述磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的上部設(shè)置模擬及數(shù)字電路，從而具有能夠制造大小比以往更小的磁傳感器(或霍爾傳感器)的效果。
[0028]并且，本發(fā)明在半導(dǎo)體基板的N型摻雜區(qū)域形成P型上部摻雜區(qū)域和P型下部摻雜區(qū)域，從而提供與半導(dǎo)體基板的表面平行且狹窄的電流途徑。因此，由于能夠相對(duì)應(yīng)地防止電流的擴(kuò)散而提高電流檢測(cè)的敏感度。并且，能夠因P型上部摻雜區(qū)域而能夠與生成在半導(dǎo)體基板的表面的各種缺陷無(wú)關(guān)地提高在電極之間流動(dòng)的電流的流動(dòng)。
[0029]并且，本發(fā)明由于在填充有用于連接磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)和電路部的導(dǎo)電體的傳感器接觸部的末端形成有高濃度摻雜區(qū)域，因而還可以期待能夠降低從磁傳感器(或霍爾傳感器)中產(chǎn)生的噪音(noise)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1a為本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器(或霍爾傳感器)的剖視圖。
[0031]圖1b為本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器(或霍爾傳感器)的俯視圖。
[0032]圖2至圖9為本發(fā)明其他實(shí)施例的磁傳感器(或霍爾傳感器)的剖視圖。
[0033]附圖標(biāo)記的說(shuō)明
[0034]100:S0I 基板101:P 型基板
[0035]102:埋入絕緣層或圖層(BOX layer)
[0036]104:S0I 層106:Si 外延層
[0037]108:第一層間絕緣膜110:第二層間絕緣膜
[0038]112:第三層間絕緣膜120:N型導(dǎo)電層
[0039]122:高濃度N型摻雜區(qū)域 130:P型上部摻雜區(qū)域
[0040]140:P型下部摻雜區(qū)域150:模擬數(shù)字電路部
[0041]160:第一深溝區(qū)域162:第二深溝區(qū)域
[0042]164:第三深溝區(qū)域I7O:隔離區(qū)域(Isolat1n)
[0043]190:傳感區(qū)域
【具體實(shí)施方式】
[0044]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]其中，本發(fā)明公開(kāi)磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)及磁傳感器(或霍爾傳感器)結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)基于多種結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成磁傳感器(或霍爾傳感器)。即，分別基于絕緣體上娃(SOI:Silicon on insulator)基板結(jié)構(gòu)，絕緣體上娃和磁集極(IMC:1ntegrated magnetic concentrator)的并行結(jié)構(gòu)，外延層(Epi)和埋設(shè)層(NBL)的并行結(jié)構(gòu)，夕卜延層、埋設(shè)層及深溝絕緣(DTI:Deep Trench Isolat1n)結(jié)構(gòu)一同被使用的結(jié)構(gòu),夕卜延層、埋設(shè)層及磁集極一同存在的結(jié)構(gòu)，來(lái)構(gòu)成磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)，模擬/數(shù)字電路位于上述磁場(chǎng)傳感元件(或霍爾元件)的上方，從而提供磁傳感器(或霍爾傳感器)。對(duì)這些各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體觀察。
[0046]圖1a為本發(fā)明第一實(shí)施例的磁傳感器(或霍爾傳感器)的剖視圖。
[0047]第一實(shí)施例的磁傳感器(或霍爾傳感器)為以利用厚的SOI層的SOI基板為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。眾所周知，SOI基板是指在娃處理基板(Silicon handler substrate)和器件用硅基板之間由預(yù)定厚度的埋入絕緣層以?shī)A層結(jié)構(gòu)層疊的基板。這