[发明专利]用于垂直半导体器件的精度提高的器件体系结构和方法

说明书

通常在已知为分立半导体的器件类别中找到的垂直半导体器件的关键电气规格的改进对于这些器件在其中使用的系统的性能实现和功率效率有直接的影响。不精确的垂直器件规格使系统建构者或者针对他们需要的规格目标筛选进入的器件，或者以比所期望的更低的性能或更低的效率来设计他们的系统。公开了一种用于针对垂直半导体器件实现所期望目标规格的体系结构和方法。阈值电压的精确微调改进了导通电阻和开关时间两者的达到目标。栅极电阻的精确微调还改进了开关时间的达到目标。器件的有效宽度的精确微调改进了导通电阻和电流携载能力两者的达到目标。器件参数被微调以改进单个器件，或者达到参数规格的目标来匹配在两个或更多器件上的规格。

本申请是申请号为2013800712940、发明创造名称为“用于垂直半导体器件的精度提高的器件体系结构和方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般地涉及用于改进垂直半导体器件的规格的方法和技术。具体地，本发明详细说明了用于利用器件微调来改进垂直半导体器件的各种参数规格的新颖方法。

背景技术

半导体制造工艺必须平衡成本、产量和性能的竞争目标。当市场需求驱动制造商减少成本时，改进的系统性能驱动不断更紧密的元件公差。在许多应用中，系统性能要求超过了成本有效制造工艺中所能达到的地步。

类似的问题存在于供电元件的制造中，例如，诸如VDMOS、IGBT的分立元件以及垂直功率二极管的参数分布的变化限制了系统设计的效率和开关速度。

供电设计者感兴趣的两个主要设计参数是开关VDMOS器件的阈值电压（Vt）和栅极电阻。V_t和栅极电阻的变化确定了系统定时约束，其传播到对于利用该器件的电路的总体供电效率等级中。V_t和栅极电阻分布的更紧密和更精确的控制提供了许多优点。例如，这些优点中的一些包括更接近的系统定时、保护带的减小、更低的开关损耗以及增加的效率。存在若干这种性质的器件参数，其中参数的绝对值不如针对该参数所观测的变化宽度重要。这些分布的更紧密的控制将让设计者具有在系统设计中做出权衡的灵活性，从而改进如对于特别的应用所需要的特别的性能特性。

多年来已经采用了各种技术以收紧来自成本有效的制造工艺的参数分布，但是这些技术中的没有一个能令人完全满意。

现有技术的一个解决方案已经关注于低成本处理，测试所得到的元件，并且将所制造的器件分选为各种参数分布类别，并且仅仅选择处于可接受范围内的那些。然而，这方法提高了成本，因为来自总体产品中处于分布范围以外的大量部件必须被丢弃。

现有技术的另一方法已经略微修改了元件的设计以允许利用激光或其他后制造技术进行微调来使大量部件偏移进入期望的参数范围。然而，这一方法还未成功地应用于垂直半导体器件。微调技术难以应用于垂直半导体器件的原因在于，因为构成垂直器件的内部单元全部具有在晶片的底面上的公共连接。例如，用于VDMOS的晶片的底面是构成该器件的所有内部单元的公共漏极端子。用于IGBT的晶片的底面是构成该器件的所有内部单元的公共集电极端子。为了对类似具有公共端子的这些器件的器件实现微调，可以利用诸如在本发明中描述的那些技术的新颖技术。

发明内容

“垂直”半导体器件是其中电流流动的主方向是垂直的半导体器件。功率分立半导体器件常常被构建为垂直半导体器件。

根据优选实施例，提供了用于经由激光微调来确定使用至少两个并行器件组的VDMOS、IGBT、或垂直栅控二极管的特定阈值电压的目标的方法，其中每一组具有不同的阈值电压，这些不同的阈值电压留出（bracket）目标阈值电压。相同的方法可以用于匹配在相同或分开的管芯上的两个或更多VDMOS、IGBT或垂直栅控二极管的阈值电压。