[发明专利]一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法

说明书

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。本发明包括碳化硅N^‑外延层顶层的P阱，P阱顶层中央结深较浅的N阱，位于N阱中央的N型碳化硅欧姆接触区，位于N型碳化硅欧姆接触区上表面的欧姆接触电极，位于N阱两端的N型肖特基接触电极和位于器件表面的钝化层。本发明采用横向设计得到一种基于双肖特基二极管结构的碳化硅温度传感器，一方面可以消除反向饱和电流对传感器线性度的影响，提高其线性度，另一方面引入扩散电阻R_s与温度的线性依赖关系，提高器件的灵敏度；同时本发明提出的器件结构为横向结构，相比现有纵向结构易于集成，并且藉由P阱的隔离作用，能够降低传感器主器件之间的串扰，增加了其与N型外延功率器件集成的可行性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，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。

背景技术

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。

SiC VDMOS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 SiC VDMOS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SIC VDMOS器件的工作温度可以高达300℃。

然而，SiC VDMOS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SiC VDMOS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SIC VDMOS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R_ch或者JFET区电阻R_JFET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(SiC SBD)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，SiC SBD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，SiC SBD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I_D时，肖特基势垒区上的正向压降V_F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SiC SBD，其正向压降主要由两部分组成，肖特基势垒上的压降V_F以及串联扩散电阻R_s上的压降，根据热电子发射理论，正向电流可以写成：

从而