[發明專利]用于垂直半導體器件的精度提高的器件體系結構和方法

在審

• 申請號: 201810153423.5
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN108389807A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: T.E.哈林頓三世
• 申請（專利權）人: D3半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L23/525;H01L27/06;H01L27/088;H01L27/112;H01L29/66;H01L29/739;H01L29/78;H01L49/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 申屠偉進

通常在已知為分立半導體的器件類別中找到的垂直半導體器件的關鍵電氣規格的改進對于這些器件在其中使用的系統的性能實現和功率效率有直接的影響。不精確的垂直器件規格使系統建構者或者針對他們需要的規格目標篩選進入的器件，或者以比所期望的更低的性能或更低的效率來設計他們的系統。公開了一種用于針對垂直半導體器件實現所期望目標規格的體系結構和方法。閾值電壓的精確微調改進了導通電阻和開關時間兩者的達到目標。柵極電阻的精確微調還改進了開關時間的達到目標。器件的有效寬度的精確微調改進了導通電阻和電流攜載能力兩者的達到目標。器件參數被微調以改進單個器件，或者達到參數規格的目標來匹配在兩個或更多器件上的規格。

本申請是申請號為2013800712940、發明創造名稱為“用于垂直半導體器件的精度提高的器件體系結構和方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明一般地涉及用于改進垂直半導體器件的規格的方法和技術。具體地，本發明詳細說明了用于利用器件微調來改進垂直半導體器件的各種參數規格的新穎方法。

背景技術

半導體制造工藝必須平衡成本、產量和性能的競爭目標。當市場需求驅動制造商減少成本時，改進的系統性能驅動不斷更緊密的元件公差。在許多應用中，系統性能要求超過了成本有效制造工藝中所能達到的地步。

類似的問題存在于供電元件的制造中，例如，諸如VDMOS、IGBT的分立元件以及垂直功率二極管的參數分布的變化限制了系統設計的效率和開關速度。

供電設計者感興趣的兩個主要設計參數是開關VDMOS器件的閾值電壓（Vt）和柵極電阻。V_t和柵極電阻的變化確定了系統定時約束，其傳播到對于利用該器件的電路的總體供電效率等級中。V_t和柵極電阻分布的更緊密和更精確的控制提供了許多優點。例如，這些優點中的一些包括更接近的系統定時、保護帶的減小、更低的開關損耗以及增加的效率。存在若干這種性質的器件參數，其中參數的絕對值不如針對該參數所觀測的變化寬度重要。這些分布的更緊密的控制將讓設計者具有在系統設計中做出權衡的靈活性，從而改進如對于特別的應用所需要的特別的性能特性。

多年來已經采用了各種技術以收緊來自成本有效的制造工藝的參數分布，但是這些技術中的沒有一個能令人完全滿意。

現有技術的一個解決方案已經關注于低成本處理，測試所得到的元件，并且將所制造的器件分選為各種參數分布類別，并且僅僅選擇處于可接受范圍內的那些。然而，這方法提高了成本，因為來自總體產品中處于分布范圍以外的大量部件必須被丟棄。

現有技術的另一方法已經略微修改了元件的設計以允許利用激光或其他后制造技術進行微調來使大量部件偏移進入期望的參數范圍。然而，這一方法還未成功地應用于垂直半導體器件。微調技術難以應用于垂直半導體器件的原因在于，因為構成垂直器件的內部單元全部具有在晶片的底面上的公共連接。例如，用于VDMOS的晶片的底面是構成該器件的所有內部單元的公共漏極端子。用于IGBT的晶片的底面是構成該器件的所有內部單元的公共集電極端子。為了對類似具有公共端子的這些器件的器件實現微調，可以利用諸如在本發明中描述的那些技術的新穎技術。

發明內容

“垂直”半導體器件是其中電流流動的主方向是垂直的半導體器件。功率分立半導體器件常常被構建為垂直半導體器件。

根據優選實施例，提供了用于經由激光微調來確定使用至少兩個并行器件組的VDMOS、IGBT、或垂直柵控二極管的特定閾值電壓的目標的方法，其中每一組具有不同的閾值電壓，這些不同的閾值電壓留出（bracket）目標閾值電壓。相同的方法可以用于匹配在相同或分開的管芯上的兩個或更多VDMOS、IGBT或垂直柵控二極管的閾值電壓。