CN107957299B - 一种碳化硅线性温度传感器及其测温方法和制造方法 - Google Patents
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Abstract
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Rs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。
Description
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Rch或者JFET区电阻RJFET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ID时，肖特基势垒区上的正向压降VF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VF以及串联扩散电阻Rs上的压降，根据热电子发射理论，正向电流可以写成：
从而
其中R**(在4H-SiC中R**＝146Acm-2K-2)为Richardson常数，η为理想因子，为肖特基势垒高度，将(3)代入(2)中可以得到：
当外加的恒定偏置电流ID较小时(即在热电子发射模型适用的电流跨度内)，SBD的压降主要降落在肖特基势垒上面，即VF成为主导，此时可忽略串联寄生电阻Rs的影响，VF＝f2+f3，即影响线性度的因素(与温度相关的系数)主要为和η。在低电流下(VF为主导时)，VD-T曲线具有较好的线性度(即近似为常数)，这是因为此时f1项忽略，f2和f3之间有较好的线性度补偿；但是，将其运用于较高的工作电流下，由于此时的正向压降以扩散电阻Rs上的压降为主，此时串联寄生电阻Rs的影响不能忽略，然而现有温度测量没有体现串联寄生电阻 Rs的贡献，这导致传统SBD温度传感器自身的灵敏度较低，从而不利于其温度监测的反馈信号被外围电路提取。另外，传感器的集成会和主器件之间形成串扰，这将会影响主器件性能，或者使得主器件对传感器的工作造成影响。因此，如何克服现有技术存在的不足，发展得到一种能够提高温度监测灵敏度且避免与主器件集成串扰问题的碳化硅温度传感器成为了本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：针对碳化硅温度传感器进行温度监测时灵敏度较低，且与主器件集成串扰严重等问题，提供了一种采用双肖特基二极管结构的碳化硅温度传感器，通过引入扩散电阻Rs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。
本发明为解决上述技术问题，具体提供的技术方案如下所述：
一方面本发明提供一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于：包括碳化硅N+衬底1，碳化硅N+衬底1上方具有碳化硅N-外延层2，所述碳化硅N-外延层2顶层中央具有P阱区3，P阱区3顶层中央具有N阱区4，所述N阱区4顶层两端上方具有与之相连的肖特基接触电极8，所述N阱区4顶层中间位置至少具有N型碳化硅欧姆接触区5，所述N型碳化硅欧姆接触区5上方设置有与之相连的欧姆接触电极7，所述欧姆接触电极7与肖特基接触电极8 之间的碳化硅N-外延层2，以及位于所述肖特基接触电极8外侧的碳化硅N-外延层2上表面均设置有钝化层6。
进一步地，所述N阱区4顶层中间位置还包括：位于欧姆接触电极7下方且介于N型碳化硅欧姆接触区5之间的P型碳化硅欧姆接触区9，所述P型碳化硅欧姆接触区9与两侧的N型碳化硅欧姆接触区5相接触。进一步地，本发明中P阱区的掺杂浓度为 2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米。
进一步地，本发明中N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5 微米。
进一步地，本发明中两个肖特基接触电极8与欧姆接触电极7三者相互独立。
进一步地，本发明中N阱区4顶层两端的肖特基接触电极8对称设置在欧姆接触电极7 两侧，并且两个肖特基接触电极8的结构尺寸相同，使得两个肖特基二极管的体电阻情况一致肖特基接触电极8肖特基接触电极8；根据本发明实施例，欧姆接触电极7与肖特基接触电极8的形状为条形。
进一步地，欧姆接触电极的材料优选为镍。
进一步地，肖特基接触电极8的材料优选为钛铝合金。
另一方面本发明还提供一种碳化硅线性温度传感器的温度测量方法，其特征在于：在上述碳化硅线性温度传感器的两个肖特基接触电极8上分别施加不同的恒定电流ID1和ID2，调节ID1：ID2＝2～10，利用两个肖特基接触电极8分别相对欧姆接触电极的压降之差与温度的线性关系来实现温度测量。
另外，本发明还提供一种碳化硅线性温度传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供N+掺杂SiC基片作为碳化硅N+衬底1；
步骤2：在所述衬底上外延形成碳化硅N-外延层2；
步骤3：在碳化硅N-外延层2的顶层通过离子注入受主杂质形成P阱区3，在P阱区3的顶层通过离子注入受主杂质形成N阱区4，再在N阱区4的顶层中央通过离子注入施主杂质形成N+掺杂的欧姆接触区域5，然后经过高温退火处理；
步骤4：在器件表面形成钝化层6；
步骤5：刻蚀欧姆接触区域5上方的钝化层形成欧姆接触窗口，并在欧姆接触窗口处制得欧姆接触电极7；
步骤6：在欧姆接触电极7左右两侧分别刻蚀形成相互对称设置的肖特基接触窗口，并分别在肖特基接触窗口处制得肖特基接触电极8。
进一步地，本发明中钝化层的材料为二氧化硅(SiO2)，二氧化硅钝化层的制备操作具体如下：
首先采用干法牺牲氧化形成厚度为50～150nm的高致密二氧化硅钝化层，再通过等离子增强型化学气相淀积(PECVD)形成厚度为1微米～3微米的初级保护层。
进一步地，本发明步骤3中P阱区的掺杂浓度为2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米；进一步地，本发明步骤4中N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5微米；高温退火处理的条件为1600℃～2000℃的氩气环境。
进一步地，本发明中形成欧姆接触电极的操作具体是通过离子蒸镀法在欧姆接触窗口镀制金属材料，金属材料优选为镍，然后于900℃下进行高温退火处理。
进一步地，本发明中形成肖特基接触电极8的操作具体是通过离子蒸镀法在肖特基接触窗口镀制金属材料，金属材料优选为钛铝合金，然后于450℃下进行高温退火处理。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
1.本发明利用两个肖特基二极管并联形成碳化硅线性温度传感器，利用温度传感器输出的基于不同电流偏置的两个肖特基接触电极至欧姆接触电极的压降之差作为反馈信号进行温度监测。藉由这一技术手段一方面能够消除反向饱和电流对于传感器线性度的不利影响，使得集成温度传感器具有较大的测温范围，尤其适用于高温工作下的温度测量；另一方面可以引入N阱电阻的正温度系数，从而在一定程度上提高传感器的灵敏度，根据实施例可知，现有传统纵向SBD集成温度传感器或者纵向PN结集成温度传感器的测温灵敏度为通常为0.5～ 1.5mV/K，而本发明的集成温度传感器的测温灵敏度可达3mV/K以上。
2.本发明相较于传统的分立温度传感器而言，能够集成在功率器件有源区表面，从而准确快捷的测量器件表面的温度，并且可通过外部的过温保护电路对主器件进行有效保护。
3.本发明利用P阱进行一次隔离，从而降低传感器主器件之间的串扰，增加了传感器与N 型外延功率器件集成的可行性；而利用N阱进行二次隔离，降低了由于主器件工作时P阱反偏使得耗尽区向P阱一侧扩展造成测温精度所受到的影响。
4.本发明通过引入P+欧姆接触区域，使得传感器的纵向NPN三极管发射结短接，从而防止传感器提前于主器件发生穿通击穿。
5.本发明采用碳化硅作为温度传感器的材料，这样可以使得测温上限大幅度提升，其测温范围可以达到硅材料温度传感器的三倍以上。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种传统纵向结构SiC SBD温度传感器的结构示意图。
图2是本发明实施例1提供的SiC SBD温度传感器在偏置电流分别为5E-6A、1E-5A和 2E-5A时得到的V-T特性曲线族以及其线性拟合曲线族。
图3是本发明实施例2提供的一种传统纵向结构SiC PN结温度传感器的结构示意图。
图4是本发明实施例2提供的SiC PN结温度传感器在偏置电流分别为5E-5A、1E-4A和 2E-4A时的到的V-T特性曲线族以及其线性拟合曲线族。
图5是本发明实施例3提供的一种横向双SBD结构SiC温度传感器的结构示意图。
图6是本发明实施例3提供的一种横向双SBD结构SiC温度传感器的等效示意图。
图7是对本发明实施例3提供的温度传感器中体电阻的I-V特性图。
图8是对本发明实施例3提供的温度传感器中体电阻在10uA～70uA工作电流范围内的 V-T特性图。
图9是对本发明实施例3提供的温度传感器在不同温度下的I-V特性曲线族。
图10是本发明实施例3提供的一种横向双SBD结构SiC温度传感器在两个肖特基接触电极上的偏置电流的比值分别为3.33、5.56和7.78时得到的V-T特性曲线族以及其线性拟合曲线族。
图11是本发明实施例4提供的一种横向双SBD结构耐压型SiC温度传感器的结构示意图。
图12是本发明提供的如实施例3所示横向双SBD结构SiC温度传感器的制作流程图。
图13是基于本发明实施例5提供的制作步骤中的器件结构示意图。
图14是本发明提供的如实施例4所示横向双SBD结构SiC温度传感器的制作流程图
图15是基于本发明实施例6提供的制作步骤中的器件结构示意图。
图中：1为碳化硅N+衬底，2为碳化硅N-外延层，3为P阱区，4为N阱区，5为N型碳化硅欧姆接触区，6为钝化层，7为欧姆接触电极，8为肖特基接触电极，9为P型碳化硅欧姆接触区。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的原理和特性进行详细说明：
实施例1：
如图1所示为传统纵向结构的SiC SBD温度传感器，为了便于将其性能与本发明的温度传感器作对比，本实施例采用相同掺杂水平制作纵向SiC SBD温度传感器，具体如下：碳化硅N-外延层2的掺杂浓度为2E17cm-3的，碳化硅N-外延层2的厚度为10微米，采用金属Ti/Al合金作为肖特基接触电极8，采用金属Ni作为欧姆接触电极7。
本实施例采用TCAD软件Silvaco搭建如图1的器件结构，为了得到其V-T特性曲线，在其肖特基接触电极8上分别偏置以5E-6A、1E-5A和2E-5A的恒定电流，当通过SBD的电流为恒定时，其肖特基势垒上的正向压降会随温度作线性变化，利用这一原理，我们以25K 作为步长，利用仿真软件得到V-T特性曲线族如图2。从图2我们可以看出：传统的纵向SiC SBD温度传感器其灵敏度(V-T曲线斜率)随着偏置电流的减小略有上升，当偏置电流ID＝5E-6A时其灵敏度S＝1.15mV/K，此时该V-T曲线的COD值为0.99978，由此可以看出这一曲线的线性度极高(COD为1时完全线性)。
实施例2：
如图3所示为传统纵向结构的SiC PN结温度传感器，为了便于将其性能与本发明的温度传感器作对比，本实施例采用相同掺杂水平制作纵向SiC PN温度传感器，具体如下：碳化硅 N-外延层2的掺杂浓度为2E17cm-3的，碳化硅N-外延层2的厚度为10微米，采用金属Al 作为肖特基接触电极8，采用金属Ni作为欧姆接触电极7，P阱区3的掺杂浓度为2E17cm-3，P阱区3的厚度为2微米。
本实施例采用TCAD软件Silvaco搭建如图3的器件结构，为了得到其V-T特性曲线，在其欧姆接触电极7上分别偏置以5E-5A、1E-4A和2E-4A的恒定电流，当通过PN结的电流为恒定时，其PN结势垒上的正向压降会随温度作线性变化，利用这一原理，我们以25K 作为步长，利用仿真软件得到V-T特性曲线族如图4。从图4我们可以看出：传统的纵向SiC PN结温度传感器其灵敏度(V-T特性曲线的斜率)随着偏置电流的升高略有下降，当偏置电流 ID＝5E-5A时其灵敏度S＝0.74mV/K，此时该V-T特性曲线的COD值为0.99619，由此可以看出这一曲线的线性度极高(COD为1时完全线性)。
实施例3：
如图5所示为本发明提供的横向双SBD结构的SiC温度传感器的一个具体实施例，其特征在于：包括碳化硅N+衬底1，碳化硅N+衬底1上方具有碳化硅N-外延层2，所述碳化硅N-外延层2顶层中央具有P阱区3，P阱区3顶层中央具有N阱区4，所述N阱区4顶层中间位置具有N型碳化硅欧姆接触区5，所述N型碳化硅欧姆接触区5上方设置有与之相连的欧姆接触电极7，所述N阱区4顶层两端上方具有与之相连且对称设置的两个肖特基接触电极8，两个肖特基接触电极8及欧姆接触电极7三者相互独立，所述欧姆接触电极7与肖特基接触电极8之间的碳化硅N-外延层2，以及位于所述肖特基接触电极8外侧的碳化硅N-外延层2上表面均设置有钝化层6。
本实施例中两个肖特基接触电极8和欧姆接触电极7的形状均设置为条形，并且两个肖特基二极管的体电阻情况一致。本实施例中碳化硅N-外延层2的掺杂浓度为2E17cm-3的，碳化硅N-外延层2的厚度为10微米，采用金属Al作为肖特基接触电极8，采用金属Ni作为欧姆接触电极7，P阱区3的掺杂浓度为1E17cm-3，P阱区3的厚度为1微米，N阱区4的掺杂浓度为2E17cm-3，N阱区4的厚度为0.2微米，N型碳化硅欧姆接触区域5的掺杂浓度为1E19cm-3，二氧化硅钝化层的厚度为2.1微米。
本实施例采用TCAD软件Silvaco搭建如图5的器件结构，图5示出的器件的等效示意图如图6所示，因为该传感器采用的是对称结构，所以图6中的两个肖特基二极管D1和D2是完全一致的。本发明提出的双肖特基二极管结构集成温度传感器从本质上就是两个共阴极接法的SBD温度传感器，当两个SBD上分别加上偏置电流ID1和ID2时，利用其压降之差 VD1-VD2与温度T的线性关系进行测温：
运用本发明的接法可以使得灵敏度的表达式中的第一项为常数，从而消除Is对VF-T曲线线性度的不利影响，提高线性度。
理论上可以通过调节的值来调整灵敏度S，但是实际上由于r是对数函数中的变量，所以r对灵敏度S的影响并不大。
从灵敏度的公式中可以看出：采用本发明设计的温度传感器进行温度测量所得灵敏度S 为两项微分的叠加，由于引入扩散电阻Rs的贡献，所以可以在一定程度上能够提高灵敏度。而且，由于现有温度传感器在较高的工作电流下的正向压降以扩散电阻Rs上的压降为主，而 Rs随温度变化的线性度相对较低，因此，Rs-T曲线的线性度成为了决定该温度传感器线性度的唯一因素。
从下式可知，在适当的掺杂浓度下N型半导体的电阻率主要和迁移率有关；
式中：ρ为N型半导体的电阻率，q为电子电荷(q＝1.602e-19C)，n为自由电子浓度，μn为电子迁移率。
随着温度的升高，载流子迁移率下降主要受到晶格散射的影响，而随着温度升高晶格散射加剧，串联寄生电阻的阻值在一定温度范围内随温度升高，研究表明4H-SiC中的电子迁移率在300K到600K存在一定的线性关系，因此，N型4H-SiC的电阻率与温度之间也存在一定的线性关系，由此推得串联寄生电阻的阻值与温度之间存在一定线性关系。
如图7所示为本发明采用除了将两个肖特基电极替换为欧姆接触以外，其余均与实施例 3结构相同的温度传感器进行I-V特性测试得到的结果，从图中可以看出：在不同温度下的I-V特性曲线拥有不同的斜率，该图反映了N型SiC体电阻的温度特性，随着温度升高其体电阻增大。当保持电流恒定时，体电阻上的压降随温度的升高而增大，从图7采集温度传感器工作电流范围内(10uA～70uA)的V-T曲线我们可以的得到图8的结果，图8中纵坐标为体电阻上的压降，横坐标为温度，不同曲线代表不同的偏置电流下的线性拟合结果。通过图8 我们可以看到：在传感器工作电流范围内体电阻上的压降随温度有较好的线性关系，这将成为双SBD温度传感器得以正常工作的基础。因此，在实际测试中，通过给定偏置电流可以得到如图9所示意的SBD温度传感器上的V-T特性，根据不同偏置电流下的压降差即可得到双 SBD温度传感器的输出。
本实施例为了得到其V-T特性曲线，在两个肖特基接触电极8上分别偏置以恒定电流ID1和ID2，利用两个肖特基势垒二极管上的压降之差与温度的线性关系来对温度进行测量。ID1和ID2的选值均围绕在D1(或者D2)的I-V-T特性曲线族的交点上下，假设r＝ID2/ID1，设置ID1和ID2使得r分别等于3.33、5.56和7.78，得到横向双SBD结构SiC温度传感器的V-T特性曲线族如图10所示，当r＝3.33时得到的温度传感器灵敏度S＝1.61mV/K，随着r的升高S也随之增大，当r＝7.78时S＝5.35mV/K，而此时V-T特性曲线的COD值为0.98601，这表示此时曲线仍然具有较高的线性度。这相较于如图1和3提出的传统纵向结构温度传感器而言灵敏度达到了极大的提升。由此可知，本发明通过这种结构设计引入N阱扩散电阻的温度系数，将两种机制下的温度变化率进行叠加，在一定程度上提高传感器的测温灵敏度。
实施例5：
如图12所示，本实施例提供了实施例3示出的温度传感器的具体制作流程，图13给出了制作过程中每一工艺步骤的结构示意图：
步骤1：提供碳化硅N+衬底1；
步骤2：通过CVD在所述碳化硅N+衬底1上外延形成碳化硅N-外延层2，该外延层厚度和掺杂浓度取决于被集成的SiC VDMOS的性能要求；
步骤3：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀打开P阱注入窗口，通过在所述外延层2上注入Al离子形成P阱区3，Al离子的掺杂浓度为5E16～2E17cm-3，P阱区3的深度在0.5um～1.5um，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤4：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀形成N阱的注入窗口，通过在所述P阱区3上注入P离子形成N阱区4，P离子的掺杂浓度为1E17cm-3～4E17cm-3，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤5：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀形成N型碳化硅欧姆接触区的注入窗口，通过在所述N阱区4上离子注入P离子形成N型碳化硅欧姆接触区5，P离子的掺杂浓度在1E20cm-3以上，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤6：待上述离子注入操作全部完成后于1600℃～2000℃的氩气环境下进行高温退火处理；
待离子注入完成后于1600℃～2000℃的氩气环境下进行高温退火处理；
步骤7：在所述碳化硅N-外延层2、P阱区3和N阱区4共同构成的碳化硅区域上表面分别通过干氧氧化和等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)依次形成厚度为100纳米和2微米的二氧化硅薄膜作为钝化层6；
步骤8：涂光刻胶曝光显影，等离子体刻蚀在所述钝化层6上形成欧姆接触窗口，去除光刻胶，涂剥离胶，曝光显影，离子蒸镀金属Ni，去除剥离胶，形成条形欧姆接触电极7，而后在950℃的温度下进行退火处理；
步骤9：涂光刻胶曝光显影，等离子体刻蚀在所述钝化层6上形成肖特基接触窗口，去除光刻胶，涂剥离胶，曝光显影，离子蒸镀金属Ti/Al合金，去除剥离胶，形成条形肖特基接触电极8和9，而后在450℃的温度下进行退火处理.。实施例6：
如图14所示，本实施例提供了实施例4示出的温度传感器的具体制作流程，图15给出了制作过程中每一工艺步骤的结构示意图：
步骤1：提供碳化硅N+衬底1；
步骤2：通过CVD在所述碳化硅N+衬底1上外延形成碳化硅N-外延层2，该外延层厚度和掺杂浓度取决于被集成的SiC VDMOS的性能要求；
步骤3：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀打开P阱注入窗口，通过在所述外延层2上注入Al离子形成P阱区3，Al离子的掺杂浓度为5E16～2E17cm-3，P阱区3的深度在0.5um～1.5um，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤4：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀形成N阱的注入窗口，通过在所述P阱区3上注入P离子形成N阱区4，P离子的掺杂浓度为1E17cm-3～4E17cm-3，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤5：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀形成P型碳化硅欧姆接触区的注入窗口，通过在所述N阱区4上离子注入Al离子形成P型碳化硅欧姆接触区9，Al离子的掺杂浓度为1E20cm-3以上，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤6：通过淀积二氧化硅形成掩膜层，涂胶曝光显影，刻蚀形成N型碳化硅欧姆接触区的注入窗口，通过在所述P型碳化硅欧姆接触区9两侧注入P离子形成N型碳化硅欧姆接触区5， P离子的掺杂浓度在1E20cm-3以上，离子注入完成后去除光刻胶和掩膜层并进行清洗；
步骤7：待上述离子注入操作全部完成后于1600℃～2000℃的氩气环境下进行高温退火处理；
步骤8：在所述碳化硅N-外延层2、P阱区3和N阱区4共同构成的碳化硅区域上表面分别通过干氧氧化和等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)依次形成厚度为100纳米和2微米的二氧化硅薄膜作为钝化层6；
步骤9：涂光刻胶曝光显影，等离子体刻蚀在所述钝化层6上形成欧姆接触窗口，去除光刻胶，涂剥离胶，曝光显影，离子蒸镀金属Ni，去除剥离胶，形成条形欧姆接触电极7，而后在950℃的温度下进行退火处理；
步骤10：涂光刻胶曝光显影，等离子体刻蚀在所述钝化层6上形成肖特基接触窗口，去除光刻胶，涂剥离胶，曝光显影，离子蒸镀金属Ti/Al合金，去除剥离胶，形成条形肖特基接触电极8和9，而后在450℃的温度下进行退火处理.。
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 (8)
1.一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于：包括碳化硅N+衬底(1)，碳化硅N+衬底(1)上方具有碳化硅N-外延层(2)，所述碳化硅N-外延层(2)顶层中央具有P阱区(3)，P阱区(3)顶层中央具有N阱区(4)，所述N阱区(4)顶层两端上方具有与之相连的肖特基接触电极，所述N阱区(4)顶层中间位置至少具有N型碳化硅欧姆接触区(5)，所述N型碳化硅欧姆接触区(5)上方设置有与之相连的欧姆接触电极(7)，所述欧姆接触电极(7)与肖特基接触电极之间的碳化硅N-外延层(2)，以及位于所述肖特基接触电极外侧的碳化硅N-外延层(2)上表面均设置有钝化层(6)；两个肖特基接触电极与欧姆接触电极(7)三者相互独立，N阱区(4)顶层两端的肖特基接触电极对称设置在欧姆接触电极(7)两侧，并且两个肖特基接触电极(8)的结构尺寸相同，使得两个肖特基二极管的体电阻情况一致。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述N阱区(4)顶层中间位置还包括：位于欧姆接触电极(7)下方且介于N型碳化硅欧姆接触区(5)之间的P型碳化硅欧姆接触区(9)，所述P型碳化硅欧姆接触区(9)与两侧的N型碳化硅欧姆接触区(5)相接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述P阱区的掺杂浓度为2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，所述N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5微米。
5.根据权利要求1或2所述的一种碳化硅线性温度传感器，其特征在于，欧姆接触电极的材料为金属镍；肖特基接触电极的材料为钛铝合金。
6.一种碳化硅线性温度传感器的温度测量方法，其特征在于：在权利要求1-5任一项所述的碳化硅线性温度传感器的两个肖特基接触电极上分别施加不同的恒定电流ID1和ID2，调节ID1：ID2＝2～10，利用两个肖特基接触电极分别相对欧姆接触电极的压降之差与温度的线性关系来实现温度测量。
7.一种碳化硅线性温度传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：提供N+掺杂SiC基片作为碳化硅N+衬底(1)；
步骤2：在所述衬底上外延形成碳化硅N-外延层(2)；
步骤3：在碳化硅N-外延层(2)的顶层通过离子注入受主杂质形成P阱区(3)，在P阱区(3)的顶层通过离子注入受主杂质形成N阱区(4)，再在N阱区(4)的顶层中央通过离子注入施主杂质形成N+掺杂的欧姆接触区域(5)，然后经过高温退火处理；
步骤4：在器件表面形成钝化层(6)；
步骤5：刻蚀欧姆接触区域(5)上方的钝化层形成欧姆接触窗口，并在欧姆接触窗口处制得欧姆接触电极(7)；
步骤6：在欧姆接触电极(7)左右两侧分别刻蚀形成相互对称设置的肖特基接触窗口，并分别在肖特基接触窗口处制得肖特基接触电极。
8.根据权利要求7所述的一种碳化硅线性温度传感器的制造方法，其特征在于，所述P阱区的掺杂浓度为2E16cm-3～4E18cm-3，结深为0.5微米～1.5微米；所述N阱区的掺杂浓度为1E17cm-3～5E17cm-3，结深为0.1微米～0.5微米。
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