具有过热保护结构的SiC功率器件制备方法和SiC功率器件

本发明涉及半导体，具体涉及一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法和sic功率器件。

背景技术：

1、现有sic功率器件尤其是mosfet的制备过程中，往往采用已经成熟的sic热氧化工艺以制备sio2氧化绝缘层，但是对于热氧生长的sio2氧化绝缘层，由于不充分的化学反应，其界面处往往会不可避免地出现很多如si-si、c-c等界面缺陷，这些缺陷随着温度的上升容易进一步发展生长扩大。此时，一方面在栅压作用下，电子跨过势垒，产生较大隧穿电流，造成较大的能量损耗；另一方面缺陷的生长扩大不可逆，会对器件造成破坏。因此为了提升器件可靠性，在温度上升过程中需要快速感知，自动关断降温。

2、传统方法关断器件的方法是通过温度传感器感知温度变化，设置温度阈值，采用外加的温度关断设备实现器件的关断。其不光过程响应速度慢，而且还会额外增加器件体积，在实际应用中存在诸多弊端。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法和sic功率器件，突破了传统sic功率器件的栅氧结构在使用过程中因漏电流引发器件过热从而导致可靠性下降的瓶颈。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

3、一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，包括以下步骤：

4、通过热氧化方法在sic衬底层上生长sio2薄膜栅介质层；

5、在所述sio2薄膜栅介质层上高温生长单斜相vo2层，且高温生长的气体氛围为氧化性气体；

6、在所述单斜相vo2层上生成第一电极层，在所述sic衬底层上沉积第二电极层；

7、其中，所述第一电极层为低熔点金属材料。

8、可选的，在所述单斜相vo2层上生成第一电极层，包括以下步骤：

9、通过磁控溅射法在所述单斜相vo2层上生长低熔点金属薄膜；

10、通过旋涂法在所述低熔点金属薄膜上涂覆光刻胶，得到光刻胶层；

11、将所述光刻胶层进行光刻处理，形成光刻图形；

12、通过刻蚀法，在光刻处理的低熔点金属薄膜上形成由若干个图形化结构组成的第一电极层。

13、可选的，高温生长单斜相vo2层的方法为磁控溅射法、激光脉冲沉积法、分子沉积法中的任意一种。

14、可选的，生长所述单斜相vo2层的靶材为vo2或v2o3。

15、可选的，所述氧化性气体为o2与ar的混合气体，且o2与ar的气体比例范围控制在1:1～1:3。

16、可选的，所述氧化性气体的气体压力控制在1.5～2.5pa。

17、可选的，还包括以下步骤：

18、对所述第一电极层上的光刻胶进行清洗处理。

19、一种具有过热保护结构的sic功率器件，所述具有过热保护结构的sic功率器件使用如上述任意一项所述的sic功率器件制备方法制得，包括sic衬底层、sio2薄膜栅介质层、单斜相vo2层、第一电极层和第二电极层，所述sio2薄膜栅介质层设置在sic衬底层上，所述单斜相vo2层设置在所述sio2薄膜栅介质层远离sic衬底层的一端面上，所述第一电极层设置在所述单斜相vo2层远离sio2薄膜栅介质层的一端，所述第二电极层设置在所述sic衬底层远离sio2薄膜栅介质层的一端。

20、可选的，所述第一电极层由若干个图形化结构组成，且所述图形化结构的面积直径为25～100nm，图形化结构之间的间隔为100～300nm。

21、可选的，所述第一电极层为低熔点金属材料，所述第二电极层为高熔点金属材料。

22、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

23、通过制备单斜相vo2层，使得器件在工作中实现自动关断效果，具体地，由于单斜相的vo2可以在高温下发生快速的相变，实现从绝缘相至金属相的快速相变，其响应速度可达皮秒级别；同时在加电压的环境下，伴随着绝缘相-金属相的发生，其漏电流会产生一定的热量，可以达到栅金属电极的熔点，从而迅速关断器件，达到过热保护的目的。

技术特征：

1.一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，在所述单斜相vo2层上生成第一电极层，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，高温生长单斜相vo2层的方法为磁控溅射法、激光脉冲沉积法、分子沉积法中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，生长所述单斜相vo2层的靶材为vo2或v2o3。

5.根据权利要求1所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，所述氧化性气体为o2与ar的混合气体，且o2与ar的气体比例范围控制在1:1～1:3。

6.根据权利要求5所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，所述氧化性气体的气体压力控制在1.5～2.5pa。

7.根据权利要求2所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

8.一种具有过热保护结构的sic功率器件，其特征在于，所述具有过热保护结构的sic功率器件使用如权利要求1-7任意一项所述的sic功率器件制备方法制得，包括sic衬底层、sio2薄膜栅介质层、单斜相vo2层、第一电极层和第二电极层，所述sio2薄膜栅介质层设置在sic衬底层上，所述单斜相vo2层设置在所述sio2薄膜栅介质层远离sic衬底层的一端面上，所述第一电极层设置在所述单斜相vo2层远离sio2薄膜栅介质层的一端，所述第二电极层设置在所述sic衬底层远离sio2薄膜栅介质层的一端。

9.根据权利要求8所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件，其特征在于，所述第一电极层由若干个图形化结构组成，且所述图形化结构的面积直径为25～100nm，图形化结构之间的间隔为100～300nm。

10.根据权利要求8所述的一种具有过热保护结构的sic功率器件，其特征在于，所述第一电极层为低熔点金属材料，所述第二电极层为高熔点金属材料。

技术总结
本发明涉及半导体技术领域中的一种具有过热保护结构的SiC功率器件制备方法和SiC功率器件，包括以下步骤：通过热氧化方法在SiC衬底层上生长SiO<subgt;2</subgt;薄膜栅介质层；在SiO<subgt;2</subgt;薄膜栅介质层上高温生长单斜相VO<subgt;2</subgt;层，且高温生长的气体氛围为氧化性气体；在单斜相VO<subgt;2</subgt;层上生成第一电极层，在SiC衬底层上沉积第二电极层；其中，第一电极层为低熔点金属材料，突破了传统SiC功率器件的栅氧结构在使用过程中因漏电流引发器件过热从而导致可靠性下降的瓶颈。

技术研发人员：王珩宇,邵泽伟,盛况,任娜
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13