专利名称：碳化硅温度传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件以及半导体工艺技术领域，尤其是涉及一种碳化硅温度传感器及其制造方法。
背景技术：
温度传感器是应用最广的传感器之一，从家电、汽车电子、电力电子领域直至航天、地质、资源领域等，都需要具有温度传感功能的器件。传统的温度传感器类型有热电偶、 热敏电阻、电阻温度检测器和半导体温度传感器等。
在众多的传感器类型中，半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、抗干扰能力强、易集成等诸多优点，而成为温度传感器中的首选。但由于材料特性的限制，传统的半导体材料制作的温度传感器不能在高温下工作，例如Si温度传感器有效测温范围为O 150°C ;而随着科学技术的发展，越来越多的领域如航天、航空、军事、石油勘探、核能、通讯等，微电子器件和电路需要工作在250°C 600°C的高温环境下。这时传统的硅基温度传感器已不能胜任。寻找一种新型的、能满足高温恶劣环境工作的具有独特的物理性质和电学性质的半导体材料已经成为半导体领域的一个热点。近年来，第三代半导体材料中的一种材料——碳化硅(SiC)发展迅猛，成为高温电子领域的研究热点。
碳化娃(Silicon Carbide,简称SiC)是一种目前发展较为成熟的宽带隙半导体材料，以其良好的物理和电学性能成为继Si和GaAs之后新一代微电子器件和电路的半导体材料。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC具有宽带隙、高击穿场强、高热导率等优点，其优越的性能可以满足现代电子技术对高温抗辐射和高频大功率的要求。
在众多的SiC器件中，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，是用作温度传感器最理想的SiC器件。基于SiC SBD的温度传感器测量温度可达50(TC，比普通的Si基传感器提高了近3倍。而且SiC肖特基势垒二极管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。不但可以既节约了电路成本，又不会增加电路的封装尺寸，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。
SiC高温温度传感器的基本原理是SiC SBD的正向压降与器件温度变化之间存在线性关系。SiC SBD的正向1-V特性符合热电子发射理论，即
权利要求
1.一种碳化硅温度传感器，其特征在于包括由N型SiC基片构成的衬底(I)和设置在所述衬底(I)上部的N型SiC外延层(2)，所述N型SiC外延层(2)上部中间位置处设置有圆形的肖特基接触电极(5)，所述N型SiC外延层(2)上位于所述肖特基接触电极(5)的外侧设置有圆环形的N型SiC欧姆接触掺杂区(3)，所述N型SiC欧姆接触掺杂区(3)上部设置有圆环形的欧姆接触电极(4)，所述N型SiC欧姆接触掺杂区(3)、欧姆接触电极(4)和肖特基接触电极(5 )同心设置，位于所述欧姆接触电极(4 )与肖特基接触电极(5 )之间的N型 SiC外延层(2)上部，以及位于所述欧姆接触电极(4)外围的N型SiC外延层(2)上部均设置有二氧化娃层(6 )。
2.按照权利要求1所述的碳化硅温度传感器，其特征在于所述N型SiC外延层(2)的厚度为I μ m 5 μ m0
3.按照权利要求1所述的碳化硅温度传感器，其特征在于所述肖特基接触电极(5)的半径为O. 5 μ m 2 μ m,所述欧姆接触电极(4)的内半径与外半径的差为O. 5 μ m 2 μ m, 所述欧姆接触电极(4)的内半径与所述肖特基接触电极(5)的半径的差为Iym 2μπι。
4.按照权利要求1所述的碳化硅温度传感器，其特征在于所述欧姆接触电极(4)由依次从下到上的Ni层、第一 Pt层和第一 Au层构成,所述Ni层的厚度为200nm 400nm,所述第一 Pt层的厚度为50nm 200nm,所述第一 Au层的厚度为200nm lOOOnm。
5.按照权利要求1所述的碳化硅温度传感器，其特征在于所述肖特基接触电极(5)由依次从下到上的第二 Pt层和第二 Au层构成,所述第二 Pt层的厚度为200nm 500nm,所述第二 Au层的厚度为200nm lOOOnm。
6.按照权利要求1所述的碳化硅温度传感器，其特征在于所述二氧化硅层(6)的厚度为 IOnm 50nm。
7.—种制造权利要求1所述碳化硅温度传感器的方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、提供衬底(I )，所述衬底由N型SiC基片构成；步骤二、采用低压热壁化学气相沉积法在所述衬底(I)的上表面上外延生长掺杂浓度为I X IO15CnT3 I X IO16Cm'厚度为I μ m 5 μ m的N型SiC外延层(2)，外延生长的温度为1570°C，外延生长的压力为lOOmbar，外延生长的气体为体积比为2:1:4的C3H8' SiH4和 H2的混合气体；步骤三、采用离子注入方法在所述N型SiC外延层(2)上形成圆环形的掺杂浓度为 IXlO18Cnr3 IXlO19Cnr3的N型SiC欧姆接触掺杂区(3)，并在Ar气氛下进行温度为 1550°C 1650°C的热退火10分钟；步骤四、在1150°C的温度下通过干氧氧化方法在所述N型SiC外延层(2)上部形成厚度为IOnm 50nm的二氧化娃层(6)；步骤五、腐蚀去除位于所述N型SiC欧姆接触掺杂区(3)上方的二氧化硅层(6)，形成一个暴露出所述N型SiC欧姆接触掺杂区(3)的环形窗口，首先在所述环形窗口内采用电子束依次蒸发金属Ni和Pt，并在N2气氛下进行温度为950°C 1050°C的热退火2分钟，然后再采用电子束蒸发金属Au，在所述N型SiC欧姆接触掺杂区(3)的上部形成由Ni层、第一 Pt层和第一 Au层构成的欧姆接触电极(4);其中，所述Ni层的厚度为200nm400nm， 所述第一 Pt层的厚度为50nm 200nm,所述第一 Au层的厚度为200nm IOOOnm ；步骤六、腐蚀去除位于所述N型SiC外延层(2)中间位置处上方的二氧化硅层(6)，形成一个暴露出所述N型SiC外延层(2)中间位置的圆形窗口，在所述圆形窗口内依次溅射金属Pt和Au，形成由第二 Pt层和第二 Au层构成的肖特基接触电极(5);其中，所述第二 Pt 层的厚度为200nm 500nm,所述第二 Au层的厚度为200nm IOOOnm ；步 骤七、在N2气氛下进行温度为450°C 500°C的热退火2分钟。
全文摘要
本发明公开了一种碳化硅温度传感器及其制造方法，其传感器包括衬底和设在衬底上部的N型SiC外延层，N型SiC外延层上部设有圆形肖特基接触电极，N型SiC外延层上位于肖特基接触电极的外侧设有圆环形N型SiC欧姆接触掺杂区，N型SiC欧姆接触掺杂区上部设有欧姆接触电极，位于欧姆接触电极与肖特基接触电极之间以及欧姆接触电极外围的N型SiC外延层上部均设有二氧化硅层；其制造方法包括步骤一、提供衬底，二、外延生长N型SiC外延层，三、形成N型SiC欧姆接触掺杂区，四、形成二氧化硅层，五、形成欧姆接触电极，六、形成肖特基接触电极，七、热退火。本发明设计合理，线性度和封装密度好，有利于集成，推广应用价值高。
文档编号H01L29/47GK103033276SQ20121058021
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者张 林, 李演明, 邱彦章, 巨永锋 申请人:长安大学