具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

根据霍尔传感器的工作原理，霍尔电压的大小为：

其中G为形状因子，取决于霍尔传感器的几何形状；r_H为霍尔散射因子，由材料决定；q为电子电量，n为载流子浓度，t为垂直型霍尔传感器的宽度；I为输入电流(偏置电流)，B为磁场强度。

霍尔传感器的灵敏度为S_I，其与以下因素相关：

则

V_H＝S_IIB 式(3)

由式(2)可知，若要增大霍尔传感器的灵敏度，可增大形状因子G，或减小载流子浓度n，减小宽度t。然而减小n和t会增大器件的电阻，从而增加器件功耗，因此主要从增大形状因子G入手。

形状因子通常在0～1之间，由霍尔传感器的几何形状决定。通常形状因子受短路效应影响，短路效应越显著则G越小。对于垂直型霍尔传感器，减小短路效应的途径通常有两条：

第一，增加传感器的深度。随着深度的增加，电流会向纵深方向流动，相应减小了流向输出端的漏电流，从而增大形状因子G。

第二，采用窄接触孔，相等于增大了电极之间的距离，从而减小了短路效应。但采用窄接触孔的同时会增加接触电阻，从而增加了器件的功耗。

因此，为增大形状因子G，通常会选择增加传感器的深度。通常垂直型霍尔传感器采用CMOS工艺中的深N阱(Deep N-well，简写作DNW)制作。要增大DNW的深度，只能增大离子注入的深度或增加高温扩散的热预算，然而在现有的技术条件下，DNW的深度增加十分有限，并且为兼顾CMOS器件的性能，必须严格控制高温扩散的热预算，因此极大地限制了垂直型霍尔传感器的灵敏度。

为了获得更高灵敏度的垂直型霍尔传感器，本发明提出了一种在深沟槽中填充掺杂多晶硅的方式制造的垂直型霍尔传感器，即如图1和2所示的垂直型霍尔传感器。

具体地，本发明提供的垂直型霍尔传感器包括：

表面形成有深沟槽(DTI)的硅衬底1，该深沟槽定义了传感器的位置，可以根据传感器所需的性能或应用场景等情况调整深沟槽的尺寸(包括深度、宽度等)。硅衬底1可以是晶圆，或者绝缘体上硅等。

所述硅衬底1的表面形成有绝缘层6。绝缘层可以隔离保护有源区，其中深沟槽内的表面都覆盖有绝缘层，例如图2中所示。绝缘层材料通常是氧化硅SiO₂，其生长方式可以是任意的，例如干氧或湿氧氧化、化学气相沉积或原子层沉积等工艺。

所述深沟槽内填充有掺杂多晶硅层2，其覆盖所述深沟槽内的绝缘层6。由于该多晶硅为自掺杂，无需再离子注入，因此可以无限制地增加沟槽深度以增大形状因子，无需考虑离子注入工艺深度有限的问题，也无需考虑接触电阻增大的问题。掺杂的类型为N型或P型，具体的元素类型本发明不做限制。

所述掺杂多晶硅层2的表面形成有多个接触区7，所述接触区7的掺杂类型与所述掺杂多晶硅层2的掺杂类型相同。接触区7需要更高的掺杂浓度，可以在填充之后通过离子注入的方式实现。

所述接触区7上方形成有接触孔5，所述接触孔5之间形成金属互连结构，并且所述接触孔之间通过绝缘材料隔离。金属层可以设置一层或多层，例如图2所示的两层，包括金属层3和金属层4，相邻金属层之间通过通孔12连通，通孔12之间及接触孔5之间都用绝缘材料隔离。对于接触孔之间的绝缘材料类型，通常是氧化硅SiO₂，其生长方式可以是任意的，例如干氧或湿氧氧化、化学气相沉积或原子层沉积等工艺。

另外，接触孔的数量及布局也是任意的，可以采用本领域典型的设计，例如图2的传感器采用5个电极，其工作状态如图3所示，包括C1、C2、C3、C4、C5电极，其中C1和C5通过金属层短接在一起，也就是C1和C5始终为等电位。工作时，偏置电流I_bias从C1和C5端流入、从C3端流出，或者反过来；C2和C4为输出电极，输出电压值(即霍尔电压)。图3以其中一个方向的电流为例说明垂直型霍尔传感器的工作原理。当外界没有磁场时，由于传感器的结构完全对称，C2和C4端为等电位，亦即输出电压为0；当施加一个平行于传感器表面的磁场时，电流在洛伦兹力的作用下会发生偏转，在C2一侧，负电荷向传感器的下表面聚集，相应的在上表面留下正电荷，在C4一侧的情况正好相反，于是在C2和C4之间形成一个电势差，该电势差即为霍尔电压V_H。对于这种结构的传感器，形状因子G受短路效应影响，短路效应越显著则G越小。所谓短路效应即在非理想情况下，输入端的电流会有一部分从输出端流走，即电流从C1/C5端流入，到C3端流出的过程中，由于器件电阻是有限的，会有一部分漏电流从C2/C4端流走。因此要增大形状因子，必须抑制短路效应的产生。本发明正是通过刻蚀深沟槽，在深沟槽内填入掺杂多晶硅来增加传感器的深度，随着深度的增加，电流会向纵深方向流动，相应减小了流向输出端的漏电流，从而增大形状因子G。

对于本发明提供的上文所述的垂直型霍尔传感器结构，可以采用任意制备方法，下文列举了其中一种。

如图4所示的流程，首先提供硅衬底1，在该硅衬底1上形成缓冲氧化层9，得到如图5所示的形貌。缓冲氧化层9的形成手段是任意的，其形成手段包括但不限于蒸镀、热氧化(干氧或湿氧)工艺、化学气相沉积(LPCVD、RTCVD、PECVD)、原子层沉积等工艺，本发明优选采用高温氧化法。

接下来在所述缓冲氧化层9上方形成氮化硅层10，得到如图6所示的形貌；氮化硅层10作为牺牲层，主要作为掩膜层，同时能保护下方的衬底不被损伤产生缺陷。氮化硅层10的形成手段包括但不限于LPCVD、RTCVD、PECVD、原子层沉积等工艺，本发明优选LPCVD。

之后穿过所述缓冲氧化层9、所述氮化硅层10，在所述硅衬底1内刻蚀出深沟槽11，得到如图7所示的形貌。这一步的刻蚀通常采用典型的流程，即包括涂胶、曝光、显影、刻蚀，以及其后的去除光刻胶工艺等。对于不同的材料，可以采用不同腐蚀剂分步刻蚀。

接下来在所述深沟槽11的表面覆盖一层绝缘层6，得到如图8所示的形貌。绝缘层6的材料通常是氧化硅SiO₂，其生长方式可以是任意的，例如干氧或湿氧氧化、化学气相沉积或原子层沉积等工艺。本发明优选采用高温氧化法在深沟槽的表面形成氧化硅，作为绝缘层。

然后在所述深沟槽11内填充掺杂的多晶硅，形成掺杂多晶硅层2，覆盖所述绝缘层6，得到如图9所示的形貌。掺杂多晶硅层2的形成方式可以是化学气相沉积(LPCVD、PECVD等)或原子层沉积等工艺。本发明优先采用LPCVD的方式形成多晶硅。这一步同时要以自掺杂的方式完成N型或P型掺杂，即在LPCVD的前驱气体中加入含需要掺杂元素的气体，包括但不限于B₂H₆、PH₃、AsH₃等前驱气体。掺杂的浓度优选控制在10¹⁵～10¹⁶cm^-3范围。

在上一步为了保证多晶硅完全填充深沟槽，通常会过量填充，导致多晶硅覆盖了氮化硅层10，此时需要对所述掺杂多晶硅层2进行平坦化和减薄，使氮化硅裸露。减薄的手段是任意的，例如化学机械平坦化(CMP)、湿法腐蚀或者二者的结合。例如图4流程所示的方式，先CMP停止在氮化硅层表面，得到如图10所示的形貌；之后湿法腐蚀至多晶硅与衬底表面基本齐平，得到如图11所示的形貌。

之后去除所述氮化硅层10，得到如图12所示的形貌，去除手段是任意的，例如典型的磷酸溶液腐蚀法。

对所述掺杂多晶硅层2的表面进行离子注入，形成多个接触区7，得到如图13所示的形貌，包括5个接触区。接触区7的掺杂浓度达到10²⁰cm^-3以上水平。这一步离子注入类型与所述掺杂多晶硅的掺杂类型相同。

在所述接触区7上方依次沉积绝缘层、形成接触孔、形成金属互连。金属互连的结构是多样的，例如如图2所示的两层金属层，金属层3和金属层4，相邻金属层之间通过通孔12连通，接触孔5之间也用绝缘材料隔离。这一步采用的工序包括但不限于典型的沉积、溅射、图案化等。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。