專利名稱：碳化硅溫度傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種碳化硅溫度傳感器及其制造方法。
背景技術(shù)：
溫度傳感器是應(yīng)用最廣的傳感器之一，從家電、汽車電子、電力電子領(lǐng)域直至航天、地質(zhì)、資源領(lǐng)域等，都需要具有溫度傳感功能的器件。傳統(tǒng)的溫度傳感器類型有熱電偶、 熱敏電阻、電阻溫度檢測器和半導(dǎo)體溫度傳感器等。
在眾多的傳感器類型中，半導(dǎo)體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時間常數(shù)小、抗干擾能力強、易集成等諸多優(yōu)點，而成為溫度傳感器中的首選。但由于材料特性的限制，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料制作的溫度傳感器不能在高溫下工作，例如Si溫度傳感器有效測溫范圍為O 150°C ;而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域如航天、航空、軍事、石油勘探、核能、通訊等，微電子器件和電路需要工作在250°C 600°C的高溫環(huán)境下。這時傳統(tǒng)的硅基溫度傳感器已不能勝任。尋找一種新型的、能滿足高溫惡劣環(huán)境工作的具有獨特的物理性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)的半導(dǎo)體材料已經(jīng)成為半導(dǎo)體領(lǐng)域的一個熱點。近年來，第三代半導(dǎo)體材料中的一種材料——碳化硅(SiC)發(fā)展迅猛，成為高溫電子領(lǐng)域的研究熱點。
碳化娃(Silicon Carbide,簡稱SiC)是一種目前發(fā)展較為成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料，以其良好的物理和電學(xué)性能成為繼Si和GaAs之后新一代微電子器件和電路的半導(dǎo)體材料。與Si和GaAs為代表的傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比，SiC具有寬帶隙、高擊穿場強、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點，其優(yōu)越的性能可以滿足現(xiàn)代電子技術(shù)對高溫抗輻射和高頻大功率的要求。
在眾多的SiC器件中，SiC SBD是目前最成熟且已經(jīng)商用的SiC器件，具有工藝簡單、高溫特性好、可靠性高等優(yōu)點，是用作溫度傳感器最理想的SiC器件?；赟iC SBD的溫度傳感器測量溫度可達(dá)50(TC，比普通的Si基傳感器提高了近3倍。而且SiC肖特基勢壘二極管作為一種有源半導(dǎo)體器件，很容易集成到電路中；尤其是可以直接集成在即將有廣泛應(yīng)用的SiC器件和集成電路上。不但可以既節(jié)約了電路成本，又不會增加電路的封裝尺寸，在航空航天、化學(xué)工業(yè)、礦物開采加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
SiC高溫溫度傳感器的基本原理是SiC SBD的正向壓降與器件溫度變化之間存在線性關(guān)系。SiC SBD的正向1-V特性符合熱電子發(fā)射理論，即
權(quán)利要求
1.一種碳化硅溫度傳感器，其特征在于包括由N型SiC基片構(gòu)成的襯底(I)和設(shè)置在所述襯底(I)上部的N型SiC外延層(2)，所述N型SiC外延層(2)上部中間位置處設(shè)置有圓形的肖特基接觸電極(5)，所述N型SiC外延層(2)上位于所述肖特基接觸電極(5)的外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)形的N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)，所述N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)上部設(shè)置有圓環(huán)形的歐姆接觸電極(4)，所述N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)、歐姆接觸電極(4)和肖特基接觸電極(5 )同心設(shè)置，位于所述歐姆接觸電極(4 )與肖特基接觸電極(5 )之間的N型 SiC外延層(2)上部，以及位于所述歐姆接觸電極(4)外圍的N型SiC外延層(2)上部均設(shè)置有二氧化娃層(6 )。
2.按照權(quán)利要求1所述的碳化硅溫度傳感器，其特征在于所述N型SiC外延層(2)的厚度為I μ m 5 μ m0
3.按照權(quán)利要求1所述的碳化硅溫度傳感器，其特征在于所述肖特基接觸電極(5)的半徑為O. 5 μ m 2 μ m,所述歐姆接觸電極(4)的內(nèi)半徑與外半徑的差為O. 5 μ m 2 μ m, 所述歐姆接觸電極(4)的內(nèi)半徑與所述肖特基接觸電極(5)的半徑的差為Iym 2μπι。
4.按照權(quán)利要求1所述的碳化硅溫度傳感器，其特征在于所述歐姆接觸電極(4)由依次從下到上的Ni層、第一 Pt層和第一 Au層構(gòu)成,所述Ni層的厚度為200nm 400nm,所述第一 Pt層的厚度為50nm 200nm,所述第一 Au層的厚度為200nm lOOOnm。
5.按照權(quán)利要求1所述的碳化硅溫度傳感器，其特征在于所述肖特基接觸電極(5)由依次從下到上的第二 Pt層和第二 Au層構(gòu)成,所述第二 Pt層的厚度為200nm 500nm,所述第二 Au層的厚度為200nm lOOOnm。
6.按照權(quán)利要求1所述的碳化硅溫度傳感器，其特征在于所述二氧化硅層(6)的厚度為 IOnm 50nm。
7.—種制造權(quán)利要求1所述碳化硅溫度傳感器的方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟一、提供襯底(I )，所述襯底由N型SiC基片構(gòu)成；步驟二、采用低壓熱壁化學(xué)氣相沉積法在所述襯底(I)的上表面上外延生長摻雜濃度為I X IO15CnT3 I X IO16Cm'厚度為I μ m 5 μ m的N型SiC外延層(2)，外延生長的溫度為1570°C，外延生長的壓力為lOOmbar，外延生長的氣體為體積比為2:1:4的C3H8' SiH4和 H2的混合氣體；步驟三、采用離子注入方法在所述N型SiC外延層(2)上形成圓環(huán)形的摻雜濃度為 IXlO18Cnr3 IXlO19Cnr3的N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)，并在Ar氣氛下進(jìn)行溫度為 1550°C 1650°C的熱退火10分鐘；步驟四、在1150°C的溫度下通過干氧氧化方法在所述N型SiC外延層(2)上部形成厚度為IOnm 50nm的二氧化娃層(6)；步驟五、腐蝕去除位于所述N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)上方的二氧化硅層(6)，形成一個暴露出所述N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)的環(huán)形窗口，首先在所述環(huán)形窗口內(nèi)采用電子束依次蒸發(fā)金屬Ni和Pt，并在N2氣氛下進(jìn)行溫度為950°C 1050°C的熱退火2分鐘，然后再采用電子束蒸發(fā)金屬Au，在所述N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)(3)的上部形成由Ni層、第一 Pt層和第一 Au層構(gòu)成的歐姆接觸電極(4);其中，所述Ni層的厚度為200nm400nm， 所述第一 Pt層的厚度為50nm 200nm,所述第一 Au層的厚度為200nm IOOOnm ；步驟六、腐蝕去除位于所述N型SiC外延層(2)中間位置處上方的二氧化硅層(6)，形成一個暴露出所述N型SiC外延層(2)中間位置的圓形窗口，在所述圓形窗口內(nèi)依次濺射金屬Pt和Au，形成由第二 Pt層和第二 Au層構(gòu)成的肖特基接觸電極(5);其中，所述第二 Pt 層的厚度為200nm 500nm,所述第二 Au層的厚度為200nm IOOOnm ；步 驟七、在N2氣氛下進(jìn)行溫度為450°C 500°C的熱退火2分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳化硅溫度傳感器及其制造方法，其傳感器包括襯底和設(shè)在襯底上部的N型SiC外延層，N型SiC外延層上部設(shè)有圓形肖特基接觸電極，N型SiC外延層上位于肖特基接觸電極的外側(cè)設(shè)有圓環(huán)形N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)，N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)上部設(shè)有歐姆接觸電極，位于歐姆接觸電極與肖特基接觸電極之間以及歐姆接觸電極外圍的N型SiC外延層上部均設(shè)有二氧化硅層；其制造方法包括步驟一、提供襯底，二、外延生長N型SiC外延層，三、形成N型SiC歐姆接觸摻雜區(qū)，四、形成二氧化硅層，五、形成歐姆接觸電極，六、形成肖特基接觸電極，七、熱退火。本發(fā)明設(shè)計合理，線性度和封裝密度好，有利于集成，推廣應(yīng)用價值高。
文檔編號H01L29/47GK103033276SQ20121058021
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者張 林, 李演明, 邱彥章, 巨永鋒 申請人:長安大學(xué)