[发明专利]一种高灵敏度的碳化硅可集成温度传感器

说明书

本发明涉及一种高灵敏度的碳化硅可集成温度传感器，属于功率半导体器件技术领域。本发明的温度传感器由于碳化硅的N型和P型半导体上的压降分别是正温度系数和负温度系数，因此两个电极上的压降差随温度的变化率将被放大。本发明的温度传感器具有较大的测温范围，测温灵敏度高，并且可以单片集成于碳化硅功率半导体中，工艺兼容。该温度传感器通过P型区与主器件进行电学隔离，温度传感器和主器件之间的工作状态互相不受到影响。此外，由于P型或N型半导体中的电流较小，因此N型和P型半导体中的电流不会相互影响。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，具体涉及一种高灵敏度的碳化硅可集成温度传感器。

背景技术

宽禁带半导体材料SiC是制备高压电力电子器件的理想材料，相对于Si材料，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SiCVDMOS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材料的宽禁带使得SiC VDMOS的工作温度可以高达300℃。

但是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常常工作在大电流下，所以器件的发热势必会非常严重，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，特别是温度对栅氧化层可靠性的影响。

技术人员可以通过测量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。在器件温度的监测中可以将温度传感器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R_ch或者JFET区电阻R_JFET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，因此亟需一种新的对器件表面温度进行监测的方式，以便可以获得最快速准确的温度信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，针对功率半导体结温的测试需求，以及在传统温度传感器测温不准确灵敏度较低的背景下，提供一种高灵敏度的碳化硅可集成温度传感器。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种高灵敏度的碳化硅可集成温度传感器，包括第一PAD区域1、第二PAD区域2、第三PAD区域3、P型阱区4、N型阱区5、第一金属6、第二金属7、第三金属8、第一欧姆接触区域9、第二欧姆接触区域10和第三欧姆接触区域11；

所述N型阱区5和所述第二欧姆接触区域10间隔位于所述P型阱区4中；所述欧姆接触区域9位于所述N型阱区5中；所述第三欧姆接触区域11位于所述P型阱区4中，且连接所述P型阱区4和N型阱区5；

所述第三欧姆接触区域11由第一金属6引伸到第一PAD区域1，所述第一欧姆接触区域9由第二金属7引伸到第二PAD区域2，所述第二欧姆接触区域10由第三金属8引伸到第三PAD区域3。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述P型阱区4采用铝离子注入形成。

进一步的，所述N型阱区5采用磷离子注入形成。