CN106098780A - 集成温度传感器的碳化硅vdmos器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件及其制作方法，器件包含金属漏电极、漏极欧姆接触区、碳化硅N+衬底、碳化硅N‑飘移区、第一Pbase区、第二Pbase区、第三Pbase区、N+源区、P+欧姆接触区、场氧化层、第二多晶硅栅、温度传感器P+离子注入区、金属源金极、第一栅介质、第一多晶硅栅、温度传感器阳极金属、温度传感器阴极金属，本发明利用肖特基二极管作为温度传感器，把温度传感器集成到碳化硅VDMOS的Pbase区中，并单独为传感器增加两个电极，通过利用碳化硅材料作为温度传器，实现了耐高温的温度传感器，工作温度0‑300℃，电流和温度有良好的线性，在实现了器件工作温度检测的同时，消除了传感器对于碳化硅VDMOS反向耐压的影响，最小化了版图开销。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOSFET)器件结构，尤其是一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件。
背景技术
碳化硅(Silicon Carbide)材料凭借临界击穿电场高、热导率高、热载流子饱和漂移速度高、抗辐照能力强等特点，极大地扩展了功率器件的能量处理能力，满足下一代电力电子装备对功率器件更大功率、更小体积和更恶劣条件下工作的要求，正逐步应用于各种功率电子系统领域。
碳化硅VDMOS常应用于高压大电流的工作条件，以及大功率功率模块的制作，在反复开启和关断时会产生大量的热量。如果缺乏及时的调控，热量的积累会使器件的工作性能退化，影响器件的可靠性。及时的探测并调控器件的工作温度，对于制作高可靠性的功率模块有着很重要的现实意义。现有的碳化硅VDMOS器件工作温度的检测，是通过外围的电路或是传感器探测来实现的。利用外围电路度检测增加了电路的开销同时检测不具有及时性；利用传感器探测是针对封装的温度检测，不能很好的反应封装内碳化硅器件的温度。碳化硅由于其优良的材料特性，能制作出工作温度高达300℃的温度传感器，因此可以将温度传感器集成到碳化硅VDMOS器件中，以实现碳化硅VDMOS器件温度的检测。
为了将温度传感器集成到碳化硅VDMOS中，本发明利用肖特基二极管作为温度传感器，把温度传感器集成到碳化硅VDMOS的Pbase区中，如图2所示，并单独为传感器增加两个电极。通过利用碳化硅材料作为温度传器，本发明实现了耐高温的温度传感器，工作温度0-300℃，电流和温度有良好的线性性。通过将传感器集成在Pbase区，本发明在实现了器件工作温度检测的同时，消除了传感器对于碳化硅VDMOS反向耐压的影响，最小化了版图开销，和现有的VDMOS制作工艺有良好的兼容性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于解决问题，提供一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件及其制作方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，技术方案如下：
一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，包含金属漏电极、金属漏电极上方的漏极欧姆接触区、漏极欧姆接触区上方的碳化硅N+衬底、碳化硅N+衬底上方的碳化硅N-飘移区，所述碳化硅N-漂移区的上层左端、上层中部、上层右端分别设有第一Pbase区、第二Pbase区、第三Pbase区；所述第一Pbase区中具有相互独立的N+源区和P+欧姆接触区；所述第二Pbase区上表面具有场氧化层；所述场氧化层上表面有第二多晶硅栅；所述第三Pbase区左端和金属形成肖特基接触区，所述第三Pbase区内部右端有温度传感器P+离子注入区；温度传感器P+离子注入区表面和金属形成第二欧姆接触区；所述N+源区和P+欧姆接触区上表面和金属形成第一欧姆接触区；所述第一欧姆接触区上具有金属源金极；所述N+源区上表面具有第一栅介质；所述栅介质上具有第一多晶硅栅；所述肖特基接触区上表面具有温度传感器阳极金属；所述第二欧姆接触区上表面具有温度传感器阴极金属；所述第二多晶硅栅上表面有第三欧姆接触区；所述第三欧姆接触区上方有金属栅电极；所述金属源金极和第一多晶硅栅之间、金属栅电极和第二多晶硅栅之间有层间介质；所述温度传感器阳极金属与第三Pbase区间有层间介质；所述温度传感器阴极金属与温度传感器P+离子注入区间有层间介质。
作为优选方式，所述温度传感器阳极金属和温度传感器阴极金属为独立的两个电极。
作为优选方式，所述第一欧姆接触区、第二欧姆接触区、第三欧姆接触区同时退火形成。
作为优选方式，形成所述第一欧姆接触区、第二欧姆接触区、第三欧姆接触区、漏极欧姆接触区的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
作为优选方式，所述肖特基接触区在欧姆合金形成后形成，形成所述肖特基接触区的退火温度低于欧姆合金退火温度。
作为优选方式，形成所述肖特基接触区的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
作为优选方式，所述温度传感器的P+离子注入区和P+欧姆接触区在同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e19cm-3，深度为0.3um。
作为优选方式，所述温度传感器肖特基接触区和P+离子注入区位于器件元胞区内。
作为优选方式，所述温度传感器的第三Pbase区、第二Pbase区和第一Pbase区同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e18cm-3，深度为0.6～0.7um。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种所述集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件的制作方法，包括以下步骤：
a.碳化硅外延片清洗；
b.在碳化硅N-外延层上通过离子注入形成Pbase区；
c.在Pbase区中通过离子注入形成P+欧姆接触区和温度传感器P+离子注入区；
d.在Pbase区中通过离子注入形成N+源区；
e.在半导体表面生长一层场氧化层并图形化；
f.在半导体表面高温热氧生长一层栅介质二氧化硅
g.在半导体表面淀积多晶硅，刻蚀多晶硅形成栅极形状；
h.淀积介质层并开孔；
i.形成正面、背面欧姆合金；
j.肖特基接触窗口开孔；
k.形成温度传感器肖特基接触；
l.正反面金属加厚，金属图形化形成电极。
本发明的有益效果为：本发明利用肖特基二极管作为温度传感器，把温度传感器集成到碳化硅VDMOS的Pbase区中，并单独为传感器增加两个电极。通过利用碳化硅材料作为温度传器，本发明实现了耐高温的温度传感器，工作温度0-300℃，电流和温度有良好的线性。通过将传感器集成在Pbase区，本发明在实现了器件工作温度检测的同时，消除了传感器对于碳化硅VDMOS反向耐压的影响，最小化了版图开销，和现有的VDMOS制作工艺有良好的兼容性。
附图说明
图1是传统碳化硅VDMOS器件结构示意图；
图2是本发明提供的一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件结构示意图；
图3是本发明提供的一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件制作方法工艺流程图；
图4-1至图4-12是本发明提供的一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件制作的各步骤结构示意图；
1是金属源电极，2是层间介质，3是第一多晶硅栅，31是第二多晶硅栅，4是第一栅介质，41是第二栅介质，42是第三栅介质，5是碳化硅N-飘移区，6是碳化硅N+衬底，7是金属漏电极，8是第一Pbase区，9是N+源区，10是P+欧姆接触区，11是场氧化层，12是金属栅电极，13是第一欧姆接触区，131是第二欧姆接触区，132是第三欧姆接触区，14是温度传感器阳极金属，15是温度传感器阴极金属，16是温度传感器P+离子注入区，17是肖特基接触区，18是漏极欧姆接触区，81是第二Pbase区，82是第三Pbase区。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，包含金属漏电极7、金属漏电极7上方的漏极欧姆接触区18、漏极欧姆接触区18上方的碳化硅N+衬底6、碳化硅N+衬底6上方的碳化硅N-飘移区5，所述碳化硅N-漂移区5的上层左端、上层中部、上层右端分别设有第一Pbase区8、第二Pbase区81、第三Pbase区82；所述第一Pbase区8中具有相互独立的N+源区9和P+欧姆接触区10；所述第二Pbase区81上表面具有场氧化层11；所述场氧化层11上表面有第二多晶硅栅31；所述第三Pbase区82左端和金属形成肖特基接触区17，所述第三Pbase区82内部右端有温度传感器P+离子注入区16；温度传感器P+离子注入区16表面和金属形成第二欧姆接触区131；所述N+源区9和P+欧姆接触区10上表面和金属形成第一欧姆接触区13；所述第一欧姆接触区13上具有金属源金极1；所述N+源区9上表面具有第一栅介质4；所述栅介质4上具有第一多晶硅栅3；所述肖特基接触区17上表面具有温度传感器阳极金属14；所述第二欧姆接触区131上表面具有温度传感器阴极金属15；所述第二多晶硅栅31上表面有第三欧姆接触区132；所述第三欧姆接触区132上方有金属栅电极12；所述金属源金极1和第一多晶硅栅3之间、金属栅电极12和第二多晶硅栅31之间有层间介质2；所述温度传感器阳极金属14与第三Pbase区82件有层间介质2；所述温度传感器阴极金属15与温度传感器P+离子注入区16间有层间介质2。
所述温度传感器阳极金属14和温度传感器阴极金属15为独立的两个电极。
所述第一欧姆接触区13、第二欧姆接触区131、第三欧姆接触区132同时退火形成。
形成所述第一欧姆接触区13、第二欧姆接触区131、第三欧姆接触区132、漏极欧姆接触区18的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
所述肖特基接触区17在欧姆合金形成后形成，形成所述肖特基接触区17的退火温度低于欧姆合金退火温度。
形成所述肖特基接触区17的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
所述温度传感器的P+离子注入区12和P+欧姆接触区10在同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e19cm-3，深度为0.3um。
所述温度传感器肖特基接触区17和P+离子注入区12位于器件元胞区内。
所述温度传感器的第三Pbase区82、第二Pbase区81和第一Pbase区8同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e18cm-3，深度为0.6～0.7um。
上述集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件的制作方法，包括以下步骤：
a.碳化硅外延片清洗；
b.在碳化硅N-外延层上通过离子注入形成Pbase区；
c.在Pbase区中通过离子注入形成P+欧姆接触区和温度传感器P+离子注入区；
d.在Pbase区中通过离子注入形成N+源区；
e.在半导体表面生长一层场氧化层并图形化；
f.在半导体表面高温热氧生长一层栅介质二氧化硅
g在半导体表面淀积多晶硅，刻蚀多晶硅形成栅极形状；
h.淀积介质层并开孔；
i.形成正面、背面欧姆合金；
j.肖特基接触窗口开孔；
k.形成温度传感器肖特基接触；
l.正反面金属加厚，金属图形化形成电极。
本实施例通过把碳化硅肖特基二极管作为温度传感器，并将其集成至碳化硅VDMOS的Pbase区，实现了碳化硅器件内部温度的即时检测，并且可以应用于高温时的温度检测，消除了传感器对于碳化硅VDMOS反向耐压的影响，最小化了版图开销，和现有的VDMOS制作工艺有良好的兼容性。本实施例中的温度传感器，电流和温度之间在20℃至300℃之间有良好的线性关系，能用检测碳化硅VDMOS的温度变化。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：包含金属漏电极(7)、金属漏电极(7)上方的漏极欧姆接触区(18)、漏极欧姆接触区(18)上方的碳化硅N+衬底(6)、碳化硅N+衬底(6)上方的碳化硅N-飘移区(5)，所述碳化硅N-漂移区(5)的上层左端、上层中部、上层右端分别设有第一Pbase区(8)、第二Pbase区(81)、第三Pbase区(82)；所述第一Pbase区(8)中具有相互独立的N+源区(9)和P+欧姆接触区(10)；所述第二Pbase区(81)上表面具有场氧化层(11)；所述场氧化层(11)上表面有第二多晶硅栅(31)；所述第三Pbase区(82)左端和金属形成肖特基接触区(17)，所述第三Pbase区(82)内部右端有温度传感器P+离子注入区(16)；温度传感器P+离子注入区(16)表面和金属形成第二欧姆接触区(131)；所述N+源区(9)和P+欧姆接触区(10)上表面和金属形成第一欧姆接触区(13)；所述第一欧姆接触区13上具有金属源金极(1)；所述N+源区(9)上表面具有第一栅介质(4)；所述栅介质4上具有第一多晶硅栅(3)；所述肖特基接触区(17)上表面具有温度传感器阳极金属(14)；所述第二欧姆接触区(131)上表面具有温度传感器阴极金属(15)；所述第二多晶硅栅(31)上表面有第三欧姆接触区(132)；所述第三欧姆接触区132上方有金属栅电极(12)；所述金属源金极(1)和第一多晶硅栅(3)之间、金属栅电极(12)和第二多晶硅栅(31)之间有层间介质(2)；所述温度传感器阳极金属(14)与第三Pbase区(82)间有层间介质(2)；所述温度传感器阴极金属(15)与温度传感器P+离子注入区(16)间有层间介质(2)。
2.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述温度传感器阳极金属(14)和温度传感器阴极金属(15)为独立的两个电极。
3.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述第一欧姆接触区(13)、第二欧姆接触区(131)、第三欧姆接触区(132)同时退火形成。
4.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：形成所述第一欧姆接触区(13)、第二欧姆接触区(131)、第三欧姆接触区(132)、漏极欧姆接触区(18)的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
5.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述肖特基接触区(17)在欧姆合金形成后形成，形成所述肖特基接触区(17)的退火温度低于欧姆合金退火温度。
6.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：形成所述肖特基接触区(17)的金属为镍、钛、铝的一种或其合金。
7.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述温度传感器的P+离子注入区(12)和P+欧姆接触区(10)在同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e19cm-3，深度为0.3um。
8.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述温度传感器肖特基接触区(17)和P+离子注入区(12)位于器件元胞区内。
9.根据权利要求1所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件，其特征在于：所述温度传感器的第三Pbase区(82)、第二Pbase区(81)和第一Pbase区(8)同时由多次离子注入形成，峰值浓度1e18cm-3，深度为0.6～0.7um。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的集成温度传感器的碳化硅VDMOS器件的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
a.碳化硅外延片清洗；
b.在碳化硅N-外延层上通过离子注入形成Pbase区；
c.在Pbase区中通过离子注入形成P+欧姆接触区和温度传感器P+离子注入区；
d.在Pbase区中通过离子注入形成N+源区；
e.在半导体表面生长一层场氧化层并图形化；
f.在半导体表面高温热氧生长一层栅介质二氧化硅
g.在半导体表面淀积多晶硅，刻蚀多晶硅形成栅极形状；
h.淀积介质层并开孔；
i.形成正面、背面欧姆合金；
j.肖特基接触窗口开孔；
k.形成温度传感器肖特基接触；
l.正反面金属加厚，金属图形化形成电极。
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|---|---|---|---|---|
| CN106783621A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-31 | 中国电子科技集团公司第四十七研究所 | 一种vdmos器件的制造方法 |
| CN107994009A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-04 | 北京世纪金光半导体有限公司 | 一种集成温度感应器的SiCMOSFET器件 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20050012143A1 (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Hideaki Tanaka | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN101540321A (zh) * | 2008-02-06 | 2009-09-23 | 富士电机电子技术株式会社 | 半导体器件 |
| CN103489917A (zh) * | 2013-10-22 | 2014-01-01 | 东南大学 | 一种高雪崩耐量能力的纵向双扩散金属氧化物半导体结构 |
-
2016
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