本發(fā)明涉及傳感領(lǐng)域，具體涉及一種化合物半導(dǎo)體線(xiàn)性霍爾集成器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，一般用于檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化?；魻栐撵`敏度和材料的遷移率密切相關(guān)。為了進(jìn)一步提升霍爾元件的靈敏度，人們采用化合物半導(dǎo)體替代硅，獲得了高靈敏度、高線(xiàn)性度以及溫度穩(wěn)定性高的化合物半導(dǎo)體霍爾元件。

目前，常用的化合物半導(dǎo)體霍爾元件包括砷化鎵霍爾元件、砷化銦霍爾元件、銻化銦霍爾元件等，都有廣闊的市場(chǎng)。

然而，霍爾元件本身輸出的信號(hào)較弱，在實(shí)際應(yīng)用中，需要與后端放大電路匹配使用。為了減小霍爾元件產(chǎn)品的尺寸，人們開(kāi)發(fā)了將霍爾元件與硅放大器封裝在一起的結(jié)構(gòu)。但這種方式較為繁瑣，工藝不具有兼容性，而且因?yàn)閮煞N材料具有不同的溫度、壓力特性等，在使用過(guò)程中，存在穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題。

目前，已經(jīng)報(bào)道的霍爾元件與硅放大器集成方式主要為：采用離子注入工藝，在砷化鎵襯底上形成霍爾元件功能區(qū)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管功能區(qū)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行信號(hào)放大。然而，這種方式存在的問(wèn)題在于，只能用于制造砷化鎵霍爾器件產(chǎn)品，如果制造類(lèi)似于砷化銦霍爾器件產(chǎn)品，襯底需更換成砷化銦，則無(wú)法制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有霍爾集成器件產(chǎn)品單一、制備成本高的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種霍爾集成器件，包括化合物半導(dǎo)體霍爾元件以及形成在所述霍爾元件上方的信號(hào)放大元件，用于所述霍爾元件的信號(hào)放大；

所述信號(hào)放大元件為化合物半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)晶體管或化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)晶體管。

可選地，所述信號(hào)放大元件為異質(zhì)結(jié)晶體管。

可選地，所述霍爾元件包括層疊設(shè)置的襯底、功能層和第一電極。

可選地，所述異質(zhì)結(jié)晶體管包括層疊設(shè)置的亞集電區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、接觸層和第二電極，以及分別形成在所述亞集電區(qū)和所述集電區(qū)上的第三電極和第四電極。

可選地，所述基區(qū)面積小于所述集電區(qū)面積，所述第四電極直接形成在所述集電區(qū)與所述基區(qū)形成的平臺(tái)上；所述集電區(qū)面積小于所述亞集電區(qū)面積，所述第三電極直接形成在所述集電區(qū)與所述亞集電區(qū)形成的平臺(tái)上。

可選地，所述信號(hào)放大元件在所述霍爾元件上的投影面積小于所述霍爾元件靠近所述信號(hào)放大元件的表面面積，所述第一電極直接形成在所述信號(hào)放大元件與所述霍爾元件形成的平臺(tái)上；

還包括形成在所述霍爾元件和所述信號(hào)放大元件之間的腐蝕阻擋層。

可選地，還包括形成在所述功能層與所述腐蝕阻擋層之間的晶格漸變層。

可選地，所述霍爾元件為砷化鎵霍爾元件、砷化銦霍爾元件或銻化銦霍爾元件中的一種。

本發(fā)明還提供所述的霍爾集成器件的制備方法，包括如下步驟：

形成霍爾元件和信號(hào)放大元件中的化合物結(jié)構(gòu)；

形成電極結(jié)構(gòu)。

可選地，所述形成霍爾元件和信號(hào)放大元件中的化合物結(jié)構(gòu)步驟包括：

在襯底上依次形成疊置的功能層、亞集電區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)、接觸層；

對(duì)所述亞集電區(qū)、所述集電區(qū)、所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)、所述接觸層進(jìn)行圖案化，形成外延結(jié)構(gòu)圖案；

所述形成電極結(jié)構(gòu)步驟包括：

在所述功能層上形成第一電極，在所述接觸層上形成第二電極，在所述亞集電區(qū)和所述集電區(qū)上分別形成第三電極和第四電極。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種霍爾集成器件，包括化合物半導(dǎo)體霍爾元件以及形成在所述霍爾元件上方的信號(hào)放大元件，用于所述霍爾元件的信號(hào)放大；所述信號(hào)放大元件為化合物半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)晶體管或化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)晶體管。信號(hào)放大元件設(shè)置在霍爾元件上方，不但集成度高、利于霍爾集成器件在狹小空間內(nèi)傳感、探測(cè)，而且避免了襯底種類(lèi)對(duì)信號(hào)放大元件的影響，可適用霍爾元件種類(lèi)范圍廣，有效降低了制造成本。

2、本發(fā)明實(shí)施例所述的一種霍爾集成器件的制備方法，工藝成熟且工藝兼容性高，制備成本低，產(chǎn)品良率高。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中

圖1是本發(fā)明實(shí)施例所述的霍爾集成器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述的霍爾集成器件外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中附圖標(biāo)記表示為：1-襯底、2-功能層、3-腐蝕阻擋層、4-亞集電區(qū)、5-集電區(qū)、6-基區(qū)、7-發(fā)射區(qū)、8-接觸層、91-第一電極、92-第二電極、93-第三電極、94-第四電極。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開(kāi)將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來(lái)限定。在附圖中，為了清晰起見(jiàn)，會(huì)夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)元件例如層、區(qū)域或基板被稱(chēng)作“形成在”或“設(shè)置在”另一元件“上”時(shí)，該元件可以直接設(shè)置在所述另一元件上，或者也可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱(chēng)作“直接形成在”或“直接設(shè)置在”另一元件上時(shí)，不存在中間元件。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種霍爾集成器件，如圖1所示，包括化合物半導(dǎo)體霍爾元件以及形成在霍爾元件上方的信號(hào)放大元件，用于霍爾元件的信號(hào)放大；還包括形成在霍爾元件和信號(hào)放大元件之間的腐蝕阻擋層3；信號(hào)放大元件為化合物半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)晶體管或化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)晶體管。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，信號(hào)放大元件為化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)晶體管；異質(zhì)結(jié)晶體管包括層疊設(shè)置的亞集電區(qū)4、集電區(qū)5、基區(qū)6、發(fā)射區(qū)7、接觸層8和第二電極92，以及分別形成在亞集電區(qū)4和集電區(qū)5上的第三電極93和第四電極94。

具體的，亞集電區(qū)4為砷化鎵層，厚度為500nm；集電區(qū)5為砷化鎵層，厚度為500nm；基區(qū)6為砷化鎵層，厚度為90nm；發(fā)射區(qū)7為銦鎵磷層，厚度為50nm；接觸層8為砷化鎵層，厚度為300nm；第三電極93、第四電極94均為Mo電極。

基區(qū)6面積小于集電區(qū)5面積，第四電極94直接形成在集電區(qū)5與基區(qū)6形成的平臺(tái)上；集電區(qū)5面積小于亞集電區(qū)4面積，第三電極93直接形成在集電區(qū)5與亞集電區(qū)4形成的平臺(tái)上。

作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，信號(hào)放大元件還可以為其他化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)晶體管、薄膜場(chǎng)效應(yīng)管(TFT)等化合物半導(dǎo)體同質(zhì)結(jié)晶體管，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)施例中，霍爾元件包括層疊設(shè)置的襯底1、功能層2和第一電極91。信號(hào)放大元件在霍爾元件上的投影面積小于霍爾元件靠近信號(hào)放大元件的表面面積，第一電極91直接形成在信號(hào)放大元件與霍爾元件形成的平臺(tái)上。

具體的，襯底1為砷化鎵襯底，功能層2為砷化鎵層，厚度為1μm。

作為本發(fā)明的可變換實(shí)施例，霍爾元件可以為砷化鎵霍爾元件、砷化銦霍爾元件或銻化銦霍爾元件中的一種，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本實(shí)施例中，信號(hào)放大元件設(shè)置在霍爾元件上方，不但集成度高、利于霍爾集成器件在狹小空間內(nèi)傳感、探測(cè)，而且避免了襯底種類(lèi)對(duì)信號(hào)放大元件的影響，可適用霍爾元件種類(lèi)范圍廣，有效降低了制造成本。同時(shí)，采用同種材料進(jìn)行加工，物理化學(xué)性質(zhì)相同或相似，能夠有效提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。

上述霍爾集成器件的制備方法，如圖2所示，包括如下步驟：

S1、在襯底1上依次形成疊置的功能層2、腐蝕阻擋層3、亞集電區(qū)4、集電區(qū)5、基區(qū)6、發(fā)射區(qū)7、接觸層8。

功能層2的制備方法為：以砷烷(AsH₃)為砷源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源、硅烷(SiH₄)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

腐蝕阻擋層3的制備方法為以磷烷(PH₃)為磷源、三甲基銦(TMIn)為銦源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)得到銦鎵磷層。腐蝕阻擋層3能夠?qū)⒒魻栐δ軐?和信號(hào)放大元件的各功能層(亞集電區(qū)4等)隔開(kāi)，對(duì)信號(hào)放大元件進(jìn)行工藝制備時(shí)，腐蝕阻擋層3可以有效保護(hù)霍爾元件的功能層2，當(dāng)信號(hào)放大元件工藝完成后，去除腐蝕阻擋層，再對(duì)霍爾元件的功能層2進(jìn)行加工，保證信號(hào)放大元件制備工藝和霍爾元件制備工藝互不受影響。

亞集電區(qū)4的制備方法為：以砷烷(AsH₃)為砷源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，硅烷(SiH₄)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

集電區(qū)5的制備方法為：以砷烷(AsH₃)為砷源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，硅烷(SiH₄)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

基區(qū)6的制備方法為：以砷烷(AsH₃)為砷源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，四溴化碳(CBr₄)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

發(fā)射區(qū)7的制備方法為：以磷烷(PH₃)為磷源、三甲基銦(TMIn)為銦源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，硅烷(SiH4)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

接觸層8的制備方法為：以砷烷(AsH₃)為砷源、三甲基鎵(TMGa)為鎵源，硅烷(SiH₄)為摻雜源，氫氣(H₂)為載氣，生長(zhǎng)溫度為650℃，壓力為100mbar，Ⅴ/Ⅲ比為100，進(jìn)行生長(zhǎng)。

S2、通過(guò)光刻和刻蝕工藝對(duì)基區(qū)6、發(fā)射區(qū)7、接觸層8進(jìn)行圖案化，形成集電區(qū)5平臺(tái)；

通過(guò)光刻和刻蝕工藝對(duì)亞集電區(qū)4、集電區(qū)5進(jìn)行圖案化，形成集電區(qū)5平臺(tái)；

通過(guò)選擇性腐蝕，去除腐蝕阻擋層3，形成功能層2平臺(tái)，從而形成外延結(jié)構(gòu)圖案。

S3、在功能層2上形成第一電極91，在接觸層8上形成第二電極92，在亞集電區(qū)4和集電區(qū)5上分別形成第三電極93和第四電極94。

上述霍爾集成器件的制備方法，還包括：

S4、連接芯片內(nèi)部電路；

S5、對(duì)襯底1進(jìn)行減薄、劃片，通過(guò)金線(xiàn)打線(xiàn)拉出引腳；進(jìn)行芯片封裝。

步驟S4、S5均同現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例不再贅述。

上述霍爾集成器件的制備方法，工藝成熟且同種材料工藝兼容性高，制備成本低，產(chǎn)品良率高。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種霍爾集成器件，其結(jié)構(gòu)和制備方法同實(shí)施例1，不同的是：功能層2為砷化銦層，厚度500nm。功能層2與腐蝕阻擋層3之間還設(shè)置有晶格漸變層。

由于砷化銦與砷化鎵及其基材銦鎵磷層的晶格存在失配，如果直接在砷化銦上生長(zhǎng)信號(hào)放大元件中的砷化鎵層或銦鎵磷層，則器件性能會(huì)因?yàn)榫Ц袷涠笫苡绊?，因此，本?shí)施例中加入晶格漸變層，使材料的晶格常數(shù)互相匹配，有效提高了器件的靈敏度。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。