一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法技术

一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法，属于半导体器件技术领域。本发明专利技术包括碳化硅N

Silicon carbide linear temperature sensor and temperature measuring method and manufacturing method thereof

A silicon carbide linear temperature sensor and a temperature measuring method and manufacturing method thereof belong to the semiconductor device technology field. The invention includes silicon carbide N

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法
本专利技术属于半导体器件
，特别涉及一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法。
技术介绍
宽禁带半导体材料——碳化硅(SiC)是制备高压电力电子器件的理想材料，相较于Si材料而言，SiC材料具有击穿电场强度高(4×106V/cm)、载流子饱和漂移速度高(2×107cm/s)、热导率高、热稳定性好等优点，因此特别适合用于大功率、高压、高温和抗辐射的电子器件中。SiCVDMOS器件是SiC功率器件中较为常用的一种器件，相对于双极型的器件，由于SiCVDMOS器件没有电荷存储效应，所以其拥有更好的频率特性以及更低的开关损耗。同时SIC材料的宽禁带可以使得SICVDMOS器件的工作温度可以高达300℃。然而，SiCVDMOS存在一个比较突出的问题，即器件表面载流子迁移率很低，这是因为SiC和SiO2的界面处存在大量不饱和键以及其它缺陷，使得SiC和SiO2的界面态严重，这将导致表面电阻(沟道电阻)的增大，在此影响下沟道上产生的功耗甚至可以与漂移区比拟。由于SiCVDMOS器件常常工作在大电流下，所以器件的发热势必会非常严重，而在过高的温度下会使得器件某些性能退化甚至造成功能失效，直到现在，限制SICVDMOS器件的主要因素是封装技术和对其安全工作区域温度信息的缺乏，特别是温度对长栅氧化层可靠性的影响。对器件温度的测量可以通过测量其封装温度来获得器件的温度信息，但是器件内部的温度和器件各部分的电阻紧密相关，这也将导致器件内部温度和封装温度存在差异。此外，还可以在封装中和主器件分开集成，但是该方法不能最直接快速的获得器件的温度信息，并且所测得的温度不具备针对性。如果沟道电阻Rch或者JFET区电阻RJFET大，则器件表面的功耗就大，表面温度就高，而表面的高温最容易造成器件栅氧化层可靠性的降低，因此对器件表面温度的监测变得尤为重要。目前，现有技术最为直接的温度监测方法便是将温度传感器集成在器件表面，由此可以获得最快速准确的温度信息。在众多的SiC器件中，碳化硅肖特基势垒二极管(SiCSBD)是目前最成熟且已经商用的SiC器件，具有工艺简单、高温特性好、可靠性高等优点，SiCSBD作为一种有源半导体器件，很容易集成到电路中，尤其是可以直接集成在即将有广泛应用的SiC器件和集成电路上，在节约电路成本的同时也不会增加电路的封装尺寸。故而，SiCSBD是用作温度传感器最为理想的SiC器件，在航空航天、化学工业、矿物开采加工等领域有着广泛的应用前景。现有SBD温度传感器的工作原理是：当温度传感器阳极加以恒定偏置电流ID时，肖特基势垒区上的正向压降VF与温度存在线性关系，借由此线性关系可实现温度测量。对于SiCSBD，其正向压降主要由两部分组成，肖特基势垒上的压降VF以及串联扩散电阻Rs上的压降，根据热电子发射理论，正向电流可以写成：从而其中R**(在4H-SiC中R**＝146Acm-2K-2)为Richardson常数，η为理想因子，为肖特基势垒高度，将(3)代入(2)中可以得到：当外加的恒定偏置电流ID较小时(即在热电子发射模型适用的电流跨度内)，SBD的压降主要降落在肖特基势垒上面，即VF成为主导，此时可忽略串联寄生电阻Rs的影响，VF＝f2+f3，即影响线性度的因素(与温度相关的系数)主要为和η。在低电流下(VF为主导时)，VD-T曲线具有较好的线性度(即近似为常数)，这是因为此时f1项忽略，f2和f3之间有较好的线性度补偿；但是，将其运用于较高的工作电流下，由于此时的正向压降以扩散电阻Rs上的压降为主，此时串联寄生电阻Rs的影响不能忽略，然而现有温度测量没有体现串联寄生电阻Rs的贡献，这导致传统SBD温度传感器自身的灵敏度较低，从而不利于其温度监测的反馈信号被外围电路提取。另外，传感器的集成会和主器件之间形成串扰，这将会影响主器件性能，或者使得主器件对传感器的工作造成影响。因此，如何克服现有技术存在的不足，发展得到一种能够提高温度监测灵敏度且避免与主器件集成串扰问题的碳化硅温度传感器成为了本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：针对碳化硅温度传感器进行温度监测时灵敏度较低，且与主器件集成串扰严重等问题，提供了一种采用双肖特基二极管结构的碳化硅温度传感器，通过引入扩散电阻Rs与温度的线性依赖关系，提高器件的灵敏度；同时本专利技术提出的器件结构为横向结构，相比现有纵向结构易于集成。本专利技术为解决上述技术问题，具体提供的技术方案如下所述：一方面本专利技术提供一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于：包括碳化硅N+衬底1，碳化硅N+衬底1上方具有碳化硅N-外延层2，所述碳化硅N-外延层2顶层中央具有P阱区3，P阱区3顶层中央具有N阱区4，所述N阱区4顶层两端上方具有与之相连的肖特基接触电极8，所述N阱区4顶层中间位置至少具有N型碳化硅欧姆接触区5，所述N型碳化硅欧姆接触区5上方设置有与之相连的欧姆接触电极7，所述欧姆接触电极7与肖特基接触电极8之间的碳化硅N-外延层2，以及位于所述肖特基接触电极8外侧的碳化硅N-外延层2上表面均设置有钝化层6。进一步地，所述N阱区4顶层中间位置还包括：位于欧姆接触电极7下方且介于N型碳化硅欧姆接触区5之间的P型碳化硅欧姆接触区9，所述P型碳化硅欧姆接触区9与两侧的N型碳化硅欧姆接触区5相接触。进一步地，本专利技术中P阱区的掺杂浓度为2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米。进一步地，本专利技术中N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5微米。进一步地，本专利技术中两个肖特基接触电极8与欧姆接触电极7三者相互独立。进一步地，本专利技术中N阱区4顶层两端的肖特基接触电极8对称设置在欧姆接触电极7两侧，并且两个肖特基接触电极8的结构尺寸相同，使得两个肖特基二极管的体电阻情况一致肖特基接触电极8肖特基接触电极8；根据本专利技术实施例，欧姆接触电极7与肖特基接触电极8的形状为条形。进一步地，欧姆接触电极的材料优选为镍。进一步地，肖特基接触电极8的材料优选为钛铝合金。另一方面本专利技术还提供一种碳化硅线性温度传感器的温度测量方法，其特征在于：在上述碳化硅线性温度传感器的两个肖特基接触电极8上分别施加不同的恒定电流ID1和ID2，调节ID1：ID2＝2～10，利用两个肖特基接触电极8分别相对欧姆接触电极的压降之差与温度的线性关系来实现温度测量。另外，本专利技术还提供一种碳化硅线性温度传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：提供N+掺杂SiC基片作为碳化硅N+衬底1；步骤2：在所述衬底上外延形成碳化硅N-外延层2；步骤3：在碳化硅N-外延层2的顶层通过离子注入受主杂质形成P阱区3，在P阱区3的顶层通过离子注入受主杂质形成N阱区4，再在N阱区4的顶层中央通过离子注入施主杂质形成N+掺杂的欧姆接触区域5，然后经过高温退火处理；步骤4：在器件表面形成钝化层6；步骤5：刻蚀欧姆接触区域5上方的钝化层形成欧姆接触窗口，并在欧姆接触窗口处制得欧姆接触电极7；步骤6：在欧姆接触电极7左右两侧分别刻蚀形成相互对称设置的肖特基接触窗口，并分别在肖特基接触窗口处制得肖特基接触电极8。进一步地，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于：包括碳化硅N+衬底(1)，碳化硅N+衬底(1)上方具有碳化硅N

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于：包括碳化硅N+衬底(1)，碳化硅N+衬底(1)上方具有碳化硅N-外延层(2)，所述碳化硅N-外延层(2)顶层中央具有P阱区(3)，P阱区(3)顶层中央具有N阱区(4)，所述N阱区(4)顶层两端上方具有与之相连的肖特基接触电极，所述N阱区(4)顶层中间位置至少具有N型碳化硅欧姆接触区(5)，所述N型碳化硅欧姆接触区(5)上方设置有与之相连的欧姆接触电极(7)，所述欧姆接触电极(7)与肖特基接触电极之间的碳化硅N-外延层(2)，以及位于所述肖特基接触电极外侧的碳化硅N-外延层(2)上表面均设置有钝化层(6)。2.根据权利要求1所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述N阱区(4)顶层中间位置还包括：位于欧姆接触电极(7)下方且介于N型碳化硅欧姆接触区(5)之间的P型碳化硅欧姆接触区(9)，所述P型碳化硅欧姆接触区(9)与两侧的N型碳化硅欧姆接触区(5)相接触。3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述P阱区的掺杂浓度为2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米。4.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5微米。5.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，两个肖特基接触电极与欧姆接触电极(7)三者相互独立。6.根据权利要求5所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，N阱区(4)顶层两端的肖特基接触电极对称设置在欧姆接触电极(7)两侧，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有润，顾航，陈航，路统霄，胡刚毅，李俊焘，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51