[發明專利]3D霍爾磁傳感器及其制造方法

在審

• 申請號: 202110902648.8
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113764575A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 何淵
• 申請（專利權）人: 蘇州矩陣光電有限公司
• 主分類號: H01L43/04
• 分類號: H01L43/04;H01L43/06;H01L43/14;G01R33/07
• 代理公司: 北京畢科銳森知識產權代理事務所(普通合伙) 11877
• 代理人: 王靜;陶濤

本發明的實施例公開了3D霍爾磁傳感器及其制造方法。所述3D霍爾磁傳感器包括3D框架結構，所述3D框架結構至少包括彼此正交連接的3個表面，其中所述3D框架結構的3個表面由可彎折基板形成；3個霍爾元件芯片，分別設置在所述3個表面上；粘結層，所述粘結層將所述3個霍爾元件芯片分別鍵合到3個表面上。所述3個霍爾元件芯片的電極部彼此并聯連接并以引腳的形式在3個表面上的一個表面上引出。本發明屬于半導體技術領域。所述3D霍爾磁傳感器能夠進行3D空間檢測、占用空間小、集成度高。

技術領域

本申請公開內容涉及半導體技術領域，尤其涉及一種用于三維(3D)磁場檢測的3D霍爾磁傳感器及其制造方法。

背景技術

由霍爾元件構成的磁傳感器(或霍爾磁傳感器)在很多領域發揮著重要作用，例如在消費電子、工業自動化、汽車電子、醫生衛生系統等。隨著應用技術的發展，對于霍爾磁傳感器也提出了更高的要求，不再是傳統的在一維方向上進行磁場檢測，而是期望能在三維方向上進行磁場檢測，也就是同時在空間的三個相互正交的方向上檢測磁場，從而確定該磁場的大小和方向。

一種實現在三維空間中檢測磁場的霍爾磁傳感器是采用三塊霍爾元件單元在感應單元外部進行正交的拼裝，其中霍爾元件是以GaAs為基底的霍爾傳感器，由此實現在XYZ三個正交方向上進行磁場感測。然而，這樣的組件在結構上存在體積較大的不足，不利于實現集成化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決占用空間大、集成度低的3D霍爾磁傳感器。

進一步地期望該3D霍爾磁傳感器包括具有高遷移率并且同時具有較高的方塊電阻的化合物半導體材料膜。

在本發明的至少一個技術方案中，本發明實施例通過將化合物半導體薄膜轉移至可彎折的例如Cu基板或柔性基板上后完成霍爾元件的制作及相應的電路布置，再制作3D框架并將布置在3個正交方向上的3顆霍爾元件打線連接后直接注塑，大幅改善原先磁場感應集成化弱及工藝復雜問題，將3個不同方向上的霍爾元件芯片集成于一個塑封體中，可適用于空間更小應用領域。

期望地，該霍爾元件包括化合物半導體材料膜，其不但具有高的遷移率而且同時也具有高的方塊電阻。

根據本發明的一個方面，提供了一種3D霍爾磁傳感器，包括：

3D框架結構，所述3D框架結構至少包括彼此正交連接的3個表面，其中所述3D框架結構的3個表面由可彎折基板形成；

3個霍爾元件芯片，分別設置在所述3個表面上；

粘結層，所述粘結層將所述3個霍爾元件芯片分別鍵合到3個表面上；

其中，所述3個霍爾元件芯片的電極部彼此并聯連接并以引腳的形式在3個表面上的一個表面上引出。

在一個示例中，所述基板包括Cu基板、柔性基板或可彎折的基板。

在一個示例中，所述霍爾元件芯片包括磁感應部和電極部，所述磁感應部通過粘結層鍵合到基板上，所述電極部位于磁感應部的周邊并且與磁感應部形成歐姆接觸。

在一個示例中，所述磁感應部由以下步驟制備得到：

在半導體單晶襯底上外延生長化合物半導體材料膜，作為化合物半導體霍爾的磁感應功能層；

在化合物半導體材料膜和基板的至少一個上涂覆粘結層，并且通過粘結層將化合物半導體材料膜與基板面對面鍵合在一起；

選擇性移除半導體單晶襯底和化合物半導體材料膜的一部分，并且通過圖形化工藝來形成所述磁感應部；

其中，所述半導體單晶襯底包括GaAs、InP、GaN或Si單晶襯底，所述磁感應部包括InSb、GaAs、InAs、InGaAs或InGaP。