DE102015103709A1 - Leistungshalbleitervorrichtung, elektronisches Leistungsmodul und Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung, elektronisches Leistungsmodul und Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung Download PDF

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Oliver Humbel
Angelika Koprowski
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (400) gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Folgendes enthalten: einen Halbleiterkörper (401); und eine Passivierungsschicht (402), die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers (401) angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht (402) ein organisches dielektrisches Material enthält, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist.

Description

  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Leistungshalbleitervorrichtung, ein elektronisches Leistungsmodul und ein Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung.
  • Leistungshalbleitervorrichtungen wie z. B. Leistungstransistoren (z. B. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, IGBTs) oder Dioden können in elektronischen Leistungsmodulen implementiert sein. Manchmal kann es vorkommen, dass Leistungsvorrichtungen oder -module unter harten Umgebungsbedingungen, wie z. B. Hitze, Feuchtigkeit oder Luftverschmutzung, betrieben werden müssen, was die Leistung beeinträchtigen kann oder sogar zum Ausfall der Vorrichtungen oder Module führen kann. Somit kann es wünschenswert sein, die Zuverlässigkeit der Vorrichtungen oder Module unter harten Umgebungsbedingungen zu verbessern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes enthalten: einen Halbleiterkörper; eine Passivierungsschicht, die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht ein organisches dielektrisches Material enthält, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist.
  • In einer Ausgestaltung kann das organische dielektrische Material eine Durchbruchspannung von größer als oder gleich 3 MV/cm aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das organische dielektrische Material eine Zugspannung von kleiner als oder gleich 100 MPa aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann organische dielektrische Material einen Youngschen Modul von kleiner als oder gleich 1 GPa aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht eine Dicke von kleiner als oder gleich 1 mm aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das organische dielektrische Material ein Silikonmaterial aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Silikonmaterial ein photostrukturierbares Silikonmaterial aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Silikonmaterial ein wärmeaushärtendes Silikonmaterial aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Silikonmaterial ein rotationsbeschichtungsfähiges Silikonmaterial und/oder ein laminierbares Silikonmaterial und/oder ein druckbares Silikonmaterial aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht über einer Struktur angeordnet sein, die an einem Grenzbereich des Halbleiterkörpers angeordnet ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Struktur einen Schutzring und/oder eine Feldplatte aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Leistungshalbleitervorrichtung als ein Nacktchip (Bare-Die) konfiguriert sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein elektronisches Leistungsmodul Folgendes enthalten: mehrere Leistungshalbleitervorrichtungen, von denen jede einen Halbleiterkörper und eine Passivierungsschicht, die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers angeordnet ist, enthält, wobei die Passivierungsschicht ein organisches dielektrisches Material enthält, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist; und wenigstens einen Kontakt, der mit den mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen verbunden ist.
  • In einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht ein Silikonmaterial aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die Passivierungsschicht eine Dicke von kleiner als oder gleich 1 mm aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann jede der Leistungshalbleitervorrichtungen als ein Nacktchip konfiguriert sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes enthalten: Aufbringen eines wärmeaushärtenden Silikonmaterials über einem Halbleiterkörper einer Leistungshalbleitervorrichtung; und Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials in einer inerten Atmosphäre, die einen Sauerstoffgehalt von weniger als oder gleich 1 ppm aufweist.
  • In einer Ausgestaltung kann das Aufbringen des Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper einen Rotationsbeschichtungsprozess und/oder einen Laminierungsprozess und/oder einen Druckprozess aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Strukturieren des Silikonmaterials, um eine Maske zu bilden, und das Ätzen wenigstens einer darunterliegenden Schicht der Leistungshalbleitervorrichtung unter Verwendung der Maske aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials Folgendes aufweisen: Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung in einer Prozesskammer, während die Prozesstemperatur bei einer ersten Temperatur ist; Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur; Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung in der Prozesskammer für eine vorbestimmbare Zeitspanne, während sich die Prozesskammer bei der zweiten Temperatur befindet; Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur; Entfernen der Leistungshalbleitervorrichtung aus der Prozesskammer, nachdem die Prozesskammer die dritte Temperatur erreicht hat. In noch einer Ausgestaltung kann die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C sein, wobei die zweite Temperatur in dem Bereich von etwa 250 °C bis etwa 400 °C ist und wobei die dritte Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist. In noch einer Ausgestaltung kann das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur und/oder das Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur das Ändern der Temperatur der Prozesskammer mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann die vorbestimmbare Zeitspanne im Bereich von etwa 30 Min. bis etwa 120 Min. sein. In noch einer Ausgestaltung kann die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C sein; wobei das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweist; wobei die zweite Temperatur etwa 380 °C ist; wobei die vorbestimmbare Zeitspanne etwa 30 Min. ist; wobei das Verrringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweist; und wobei die dritte Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Ausführen einer Spülung mit einem inerten Gas nach dem Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung in der Prozesskammer und vor dem Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer aufweisen.
  • In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Zeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile durchgehend durch die unterschiedlichen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, stattdessen ist im Allgemeinen die Darstellung der Prinzipien der Erfindung betont. In der folgenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 und 2 verschiedene Ansichten zeigen, die Korrosion an Feldplatten einer Feldplattenstruktur in einer herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung, die einem Hochspannungslangzeittest unter hoher Temperatur und Feuchtigkeit unterzogen wurde, darstellen;
  • 3 eine Ansicht von Chips eines Leistungsmoduls zeigt, die durch eine Passivierungsschicht gemäß einer Ausführungsform während des Langzeittests passiviert worden sind;
  • 4 eine Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
  • 5 eine weitere Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
  • 6 ein elektronisches Leistungsmodul gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt; und
  • 7 ein Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.
  • Die folgende genaue Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die durch Darstellung spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann, zeigen. Diese Ausführungsformen sind mit ausreichender Genauigkeit beschrieben, um Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren. Andere Ausführungsformen können benutzt werden, und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden. Verschiedene Ausführungsformen sind in Verbindung mit Verfahren beschrieben, und verschiedene Ausführungsformen sind in Verbindung mit Vorrichtungen beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass Ausführungsformen, die in Verbindung mit Verfahren beschrieben sind, auf ähnliche Weise für die Vorrichtungen gelten können, und umgekehrt.
  • Das Wort "beispielhaft" wird hier verwendet, so dass es "als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Darstellung dienend" bedeutet. Jede Ausführungsform oder jeder Entwurf, die/der hier als "beispielhaft" beschrieben ist, soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Entwürfen gedeutet werden.
  • Die Begriffe "wenigstens ein" und "ein oder mehrere" können so verstanden werden, dass sie jede ganze Zahl größer oder gleich eins enthalten, d. h. eins, zwei, drei, vier, ... usw. Der Begriff "mehrere" kann so verstanden werden, dass er jede ganze Zahl größer oder gleich zwei enthält, d. h. zwei, drei, vier, fünf, ... usw.
  • Das Wort "über", das hier verwendet wird, um das Bilden eines Merkmals, z. B. einer Schicht, "über" einer Seite oder Oberfläche, zu beschreiben, kann so verwendet sein, dass es bedeutete, dass das Merkmal, z. B. die Schicht, "direkt auf", z. B. in direktem Kontakt mit, der implizierten Seite oder Oberfläche gebildet sein kann. Das Wort "über", das hier verwendet wird, um das Bilden eines Merkmals, z. B. einer Schicht "über" einer Seite oder Oberfläche, zu beschreiben, kann so verwendet sein, dass es bedeutet, dass das Merkmal, z. B. die Schicht, "indirekt auf" der implizierten Seite oder Oberfläche mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und der gebildeten Schicht angeordnet sind, gebildet sein kann.
  • Auf dieselbe Weise kann das Wort "bedecken", das hier verwendet ist, um ein Merkmal zu beschreiben, das über einem anderen angeordnet ist, z. B. eine Schicht, die eine Seite oder Oberfläche "bedeckt", so verwendet sein, dass es bedeutet, dass das Merkmal, z. B. die Schicht, über und in direktem Kontakt mit der implizierten Seite oder Oberfläche angeordnet sein kann. Das Wort "bedecken", das hier verwendet wird, um ein Merkmal zu beschreiben, das über einem anderen angeordnet ist, z. B. eine Schicht, die eine Seite oder Oberfläche "bedeckt", kann so verwendet sein, dass es bedeutet, dass das Merkmal, z. B. die Schicht, über und in indirektem Kontakt mit der implizierten Seite oder Oberfläche mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der implizierten Seite oder Oberfläche und der bedeckenden Schicht angeordnet sind, angeordnet sein kann.
  • Die Begriffe "Kopplung" und "Verbindung" können so verstanden werden, dass sie sowohl den Fall einer direkten "Kopplung" oder "Verbindung" und den Fall einer indirekten "Kopplung" oder "Verbindung" enthalten.
  • Für die folgende Beschreibung wird die Anwendung einer Leistungshalbleitervorrichtung wie z. B. eines Leistungstransistors (z. B. eines IGBT-Leistungstransistors) oder einer Leistungsdiode in der Anwendung "Traktion" (z. B. Eisenbahntechnologie) als ein Beispiel an verschiedenen Orten verwendet. Diese Anwendung ist durch extrem harte Bedingungen in Bezug auf Temperatur/Luftfeuchtigkeit und Lebensdauer (> 20 Jahre) gekennzeichnet. Der typischerweise bekannte Fehler in diesem Fall ist Korrosion, die durch das hier beschriebene Passivierungsschema vermieden werden kann. Korrosion ist jedoch nur ein Beispiel.
  • Das hier beschriebene Schema kann für alle Halbleitersysteme angepasst werden, die unter extremer Umgebungsbelastung (z. B. auch chemischen Auswirkungen) verwendet werden sollen. Hochspannungsleistungshalbleitervorrichtungen oder -komponenten können einen geeigneten Hochspannungsgrenzabschluss benötigen, um Sperrfähigkeit aufzuweisen. Verschiedene Konstruktionen, wie z. B. Feldplattenkonstruktionen, p-Schutzring-Konstruktionen, manchmal auch kombiniert mit Feldplatten, und außerdem VLD-Konzepte (Konzepte mit Variation lateraler Dotierung) können in diesem Kontext eingesetzt sein. Ein wichtiges Element dieser Konstruktionen kann eine Passivierungsschicht sein, die gegebenenfalls auch aus mehreren Schichten bestehen kann. Diese Passivierungsschicht kann dazu dienen, die Komponente gegen Eindringen von Feuchtigkeit und ionischen Verunreinigungen während des Betriebs zu schützen. Auf der Chip-Ebene werden herkömmlich Imide als letzte Abschlussschutzschicht in Hochspannungskomponenten verwendet.
  • Das Eindringen von Feuchtigkeit in den Grenzbereich des Chips kann zu Veränderungen in der Sperrfähigkeit des Chips führen. Korrosionsprobleme werden häufig an den Metallplatten und weiteren Grenzkonzepten in sehr aggressiven und umfangreichen Langzeittests unter Feuchtigkeit beobachtet (z. B. in einem Hochspannungs-H3TRB-Test (HV-H3TRB-Test), d. h. einem Test basierend auf dem sogenannten H3TRB-Test (Test mit hoher Feuchtigkeit, hoher Temperatur, umgekehrter Vorspannung), der in dem internationalen Standard IEC 60749 definiert ist, jedoch ohne Spannungsgrenze des H3TRB-Tests). Typischerweise bestehen diese Metallplatten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen (z. B. Aluminium mit Zugabe von Cu und/oder Si, d. h. AlSi, AlSiCu, AlCu). In modernen Technologien werden hauptsächlich Zugaben von Si und insbesondere Cu verwendet. Beide Elemente, und insbesondere Cu, sind Elemente, die Korrosion fördern, da sie Abscheidungen bilden, die lokale Zellen erzeugen, und darüber hinaus das Bilden einer nativen Aluminiumoxidschicht stören. Das ermöglicht einen Austausch freier Elektronen, der für die Redoxreaktion der Aluminiumkorrosion erforderlich ist. Als eine Konsequenz der Volumenerweiterung (Bildung von Aluminiumhydroxid Al(OH)3) können die Korrosionen an den Metallfeldplatten oder anderen Metallkontakten zu einer weitere Zerstörung der Passivierung und Verlust der Sperrfähigkeit der Hochspannungsgrenzkonstruktion führen.
  • Darüber hinaus kann die Feuchtigkeit, die in das Passivierungssystem während der Langzeitbelastungstest eingebracht wird, zu einer Oxidation der Passivierungsschichten (z. B. Nitrid, diamantartiger Kohlenstoff (DLC)) führen.
  • Die vorstehend genannte Passivierung (in Hochspannungsvorrichtungen typischerweise photostrukturierbare Polyimide) muss feuchtigkeitsbeständig sein, um das Auftreten von Korrosion oder Oxidation der Passivierungsschichten zu verhindern. Zunächst ist die Stabilität gegen Feuchtigkeit durch niedrige Bindung von Umgebungsfeuchtigkeit in einem Material gekennzeichnet (meistens in Form von Wasserdampf aus der Luftfeuchtigkeit), auch bekannt als und im Nachstehenden beschrieben als Zerfließen. Wenn Wasser-/Feuchtigkeitsaufnahme einer Passivierung groß ist, kann das zu Korrosion führen, wie vorstehend beschrieben.
  • Zusätzlich kann Adhäsion der Passivierung ein wichtiges Kriterium sein. In dem Fall, wenn Delaminierungen aufgrund von nicht angepasster mechanischer Belastung auftreten, kann sich ein Feuchtigkeitsfilm zwischen Passivierung und Metall/Isolator entwickeln, der wiederum die vorstehend genannte Korrosion oder den unmittelbaren Ausfall des Hochspannungsgrenzabschlusses beschleunigen kann. Ausreichende Adhäsion kann eine Schicht erfordern, die frei oder im Wesentlichen frei von mechanischer Belastung ist. Polyimide, die aktuell verwendet werden, können vergleichsweise hohe Zugspannung im GPa-Bereich zeigen.
  • Adhäsion oder belastungsfreie Passivierung kann nicht nur in Bezug auf Korrosion wichtig sein. Schlechte Adhäsion oder Delaminierung kann außerdem andere Umgebungsauswirkungen (z. B. chemische Auswirkungen) beschleunigen.
  • Bisher sind Passivierungssysteme mit etwas verbesserter Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit entwickelt worden. Diese verbesserten Passivierungssysteme erreichten erweiterte Lebensdauern, so dass ein H3TRB-Test (Test bei hoher Feuchtigkeit, hoher Temperatur, umgekehrter Vorspannung) bei 80 V Sperrspannung sicher bestanden werden kann.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Passivierungssysteme allein nicht ausreichend sein können für zukünftige Anforderungen an Feuchtigkeitsrobustheit. Abhängig von der Anwendung ist es Sperrstabilität für > 1000 h (mehr als 1000 Stunden) z. B. in einem HV-H3TRB-Test, die für zukünftige Technologien erforderlich sein kann. Unter diesen verschärften Bedingungen des H3TRB-Tests können manchmal nur Lebensdauern von < 1000 h erreicht werden. Fehleranalysen dieser Vorrichtungen zeigen vorherrschend Korrosionsprobleme an der Aluminiummetallisierung in der Hochspannungsgrenze sowohl an der Anodenseite als auch an der Kathodenseite.
  • Oftmals können einfache Metallisierungen, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, in Leistungshalbleitern in dem Grenzbereich, der sperren kann, verwendet werden. Außerdem können neue Technologien vergrabene VLD-Implementierungen bereitstellen, die die typischen Hochspannungsgrenzen ersetzen können. Si3N4-Deckschichten oder übereinander gelagerte Schichten aus SiO2 und Si3N4 können gewöhnlich zur Passivierung verwendet werden. Diese Passivierungen können typischerweise mit einem photostrukturierbaren Polyimid abgeschlossen sein.
  • Es hat sich gezeigt, dass dieses Passivierungssystem in Bezug auf die Hochspannungs-H3TRB-Robustheit unzureichend ist. Bis jetzt wurde kein Passivierungssystem präsentiert, das imstande ist, sowohl für Aluminium in den Hochspannungsgrenzabschlüssen als auch für vergrabene VLD-Schichten, die einen Isolator enthalten, Korrosionsprozesse an der HV-Grenze sicher zu verhindern.
  • Gründe dafür können in der schlechten Undurchlässigkeit der Passivierung (insbesondere der Si3N4- und SiO2-Schichten, die unter dem Imid angeordnet sind) an Topographiestufen (Wachstumsfugen) oder möglichen Defekten (Nadelstichporosität oder Partikel) gesehen werden.
  • Das Grundproblem kann jedoch in erster Linie darin gesehen werden, dass Feuchtigkeit durch die abschließende Polyimidschicht bis zu solchen Dünnschichtdefekten eindringen kann.
  • Die unzureichende Passivierung in Bezug auf HV-H3TRB wurde in einer großen Anzahl von Untersuchungen in Systemen mit unterschiedlichen Passivierungen unterschiedlicher Technologien detektiert. Fehleranalysen haben wiederholt gezeigt, dass lokale Korrosionsprobleme an Aluminium einerseits und an dem VLD-Stapel andererseits zum Ausfall der Vorrichtung führen können.
  • Zur Veranschaulichung zeigen die 1 und 2 Beispiele für Korrosionen. Es wird darauf hingewiesen, dass an den Enden der Feldplatten lokal erhöhte Feldstärken vorhanden sein können, die den elektrochemischen Korrosionsprozess beschleunigen können.
  • 1 zeigt in einer Ansicht 100 die Entwicklung der Korrosion (in den Bereichen 102) in einem Hochspannungs-H3TRB-Test an Aluminiumfeldplatten 101 einer Leistungshalbleiterfeldplattenstruktur.
  • 2 zeigt in einer Ansicht 200 das Einsetzen der Korrosion an den Kontakten 203 zu Polysilizium aufgrund schlechter Kantenabdeckung der Passivierung (ausgelöst durch eine gesputterte Aluminiumschicht auf einem tiefen steilen Kontaktloch).
  • Aktuelle Passivierungssysteme können vorgesehen sein, um die Chips auch gegen andere Umgebungsauswirkungen zu passivieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, können herkömmlich verwendete Passivierungen (z. B. Polyimide) durch eine belastungsfreie und wenig hygroskopische Passivierung wie z. B. eine Silikonpassivierung ersetzt oder gegen sie ausgetauscht werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Silikonpassivierung rotationsbeschichtungsfähiges Silikon (auch als Aufschleuder-Silikon bezeichnet, mit anderen Worten Silikon, das mit Hilfe eines Rotationsbeschichtungsprozesses (Aufschleuderprozesses) aufgebracht werden kann) enthalten oder daraus hergestellt sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Silikonpassivierung laminierbares Silikon, mit anderen Worten Silikon, das durch Folienlaminierung aufgebracht werden kann, enthalten oder daraus hergestellt sein. Beispielsweise kann die Silikonpassivierung in einer oder mehreren Ausführungsformen eine Silikonfolie enthalten oder sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Silikonpassivierung ein druckbares Silikon, mit anderen Worten Silikon, das durch einen Druckprozess, z. B. Schablonendruck, Siebdruck, Tintenstrahldruck oder Ähnliches, aufgebracht werden kann, enthalten oder daraus hergestellt sein.
  • Die neue Passivierung (z. B. Silikon, z. B. Aufschleuder-Silikon) kann in aktuellen Hochspannungstechnologien ohne Änderung des vorhandenen Prozessablaufs implementiert sein (außer einem IMID-Block (dielektrischer Zwischenmetallisolations-Block)).
  • Experimente auf existierenden Leistungshalbleitertechnologien mit Silikon als einen Ersatz für Imide zeigten eine signifikante Verbesserung des verschärften HV-H3TRB-Testes. Insbesondere überschritten fünf von fünf hergestellten Modulen (von denen jedes 32 IGBT-Chips mit Silikon aufweist) die 1000-h-Belastungsgrenze.
  • Ein analysiertes Modul zeigte keine Anzeichen von Korrosion der Aluminiummetallisierung nach 1000 h Belastung in dem HV-H3TRB-Test. Im Gegensatz dazu können Module mit Polyimid Zeichen von Korrosion an typischen Orten vor 1000 h in demselben Test zeigen (siehe z. B. 1 und 2).
  • 3 zeigt in einer Ansicht 300 Abschnitte von IGBT-Chips eines Leistungsmoduls, die mit einer Schicht aus Aufschleuder-Silikon gemäß einer Ausführungsform passiviert worden sind. Die Chips sind vollständig frei von Korrosion. Das gilt sogar für typische Orte, die aufgrund der Konstruktion anfällig für Korrosion sein können. Beispielsweise zeigt die Ansicht 300, dass die Feldplatten 101 des Moduls frei von Korrosion sind. Die Rückstände 301, die in der Ansicht 300 zu erkennen sind, sind Rückstände der sehr gut anhaftenden Aufschleuder-Silikon-Passivierung (die Aufschleuder-Silikon-Passivierung wurde im Wesentlichen von den Chips entfernt, bevor die in 3 gezeigten Bilder aufgenommen wurden).
  • Verschiedene Ausführungsformen stellen ein Passivierungsmaterial oder eine Passivierungsschicht mit verbesserter Feuchtigkeitsstabilität bereit, die auf der signifikant niedrigeren Bindung von Feuchtigkeit aus der Umgebung beruhen kann, mit anderen Worten auf signifikant niedrigerem Zerfließen.
  • Verschiedene Ausführungsformen stellen ein Passivierungsmaterial oder eine Passivierungsschicht bereit, die nahezu frei von mechanischer Belastung sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Passivierungsmaterial ein organisches dielektrisches Material sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Passivierungsmaterial eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Passivierungsmaterial ein Silikonmaterial sein, z. B. ein rotationsbeschichtungsfähiges Silikonmaterial (Aufschleuder-Silikonmaterial), z. B. ein rotationsbeschichtungsfähiges und photostrukturierbares Silikonmaterial.
  • Aufgrund der vorstehend genannten Materialeigenschaften kann die Widerstandsfähigkeit einer Vorrichtung gegen äußere Einflüsse wie z. B. Korrosion signifikant verbessert sein. Das verbesserte (d. h. reduzierte) Zerfließen kann den Effekt aufweisen, dass weniger H2O für einen Korrosionsprozess verfügbar sein kann.
  • Die reduzierte mechanische Belastung kann zu einer verbesserten Adhäsion der Passivierung (z. B. an eine darunter liegende Schicht, z. B. einer Metallschicht oder einer Oxidschicht oder einer Halbleiterschicht, z. B. einer Siliziumschicht) führen und kann Delaminierung der Passivierung verhindern. Somit kann beispielsweise verhindert werden, dass H2O oder weitere Feuchtigkeitsfilme zwischen Passivierung und Metall erzeugt werden.
  • Zusätzlich zu einem verbesserten Korrosionsverhalten kann ein Qualitätsverlust weiterer Passivierungsschichten (falls vorhanden) verhindert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist es auch möglich, nicht nur herkömmlich verwendete Passivierungsmaterialien (z. B. Polyimide) durch das neue Passivierungsmaterial, das hier beschrieben ist, zu ersetzen, sondern das neue Passivierungsmaterial zusätzlich zu Standardpassivierungen, z. B. oberhalb oder unterhalb der Standardpassivierungungen, zu verwenden. Im Fall eines photostrukturierbaren Passivierungsmaterials wie z. B. photostrukturierbarem Aufschleuder-Silikon, kann eine antireflexive Beschichtung zur Photostrukturierung gemäß einigen Ausführungsformen vorgesehen sein, wenn das photostrukturierbare Passivierungsmaterial (z. B. Aufschleuder-Silikon) über einem reflektierenden Material, z. B. einem Metall wie z. B. Aluminium, aufgebracht wird. Die antireflexive Beschichtung kann z. B. Siliziumnitrid (SixNy, z. B. Si3N4), PVD-Si, Siliziumoxid (z. B. SiO2), Ta, Ti, WTi, TiN, TaN, WTiN oder Ähnliches oder Kombinationen davon enthalten oder daraus hergestellt sein, obwohl andere Materialien auch möglich sein können. Die antireflexive Beschichtung kann beispielsweise eine Schichtdicke von mehreren hundert Nanometern aufweisen, z. B. etwa 800 nm in einer oder mehreren Ausführungsformen, obwohl andere Dicken auch möglich sein können.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung, z. B. nach dem Bilden einer Vorderseitenmetallisierung und einer Passivierung der Vorrichtung, das Aufbringen einer Aufschleuder-Silikonschicht (mit Hilfe von Aufschleuder-Aufbringen (Rotationsbeschichtung)), nachfolgendes Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung auf etwa 100 °C bis 120 °C, z. B. auf etwa 110 °C, für etwa 120 s (Soft-Bake), nachfolgende Maskenfreilegung mit einer Dosis von etwa 600 mJ bis 1200 mJ, z. B. einer Dosis von etwa 1000 mJ bis 1200 mJ, nachfolgendes Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung bei etwa 120 °C bis etwa 145 °C, z. B. bei etwa 140 °C, für etwa 120 s (Bake nach Exposition), nachfolgendes Entwickeln, Spülen und Rückseitenreinigen (beides z. B. mit Butylacetat oder anderen Lösungsmitteln), nachfolgendes Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung bei mehr als oder gleich etwa 200 °C, z. B. bei etwa 250 °C, für mehr als oder gleich etwa 100 Min., zum Beispiel für etwa 120 Min., unter einer inerten Gasatmosphäre, z. B. N2-oder H2N2-Umgebung (Hard-Bake), nachfolgendes Ätzen eines antireflexiven Films enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen können Ionenimplantierung (Rückseitenimplantierung)/Rückseitenmetallablagerung, Rückseitenmetalltempern und/oder andere Prozesse nachfolgend ausgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine belastungsfreie oder im Wesentlichen belastungsfreie und wenig hygroskopische Chippassivierung wie z. B. rotationsbeschichtungsfähiges und photostrukturierbares Aufschleuder-Silikon für das Halbleitersystem, z. B. Leistungshalbleitervorrichtungen, verwendet werden. Diese Passivierung (z. B. Aufschleuder-Silikon) kann durch eine niedrige Aufnahme / Bindung von Feuchtigkeit aus der Umgebung (Zerfließen) gekennzeichnet sein und kann frei oder im Wesentlichen frei von mechanischer Belastung sein. Ein Effekt des Verwendens der neuen Passivierung kann eine gesteigerte Robustheit der Leistungshalbleitervorrichtungen gegen Umgebungseinflüsse wie z. B. Korrosion sein. Somit können Halbleitervorrichtungen oder Module gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter harten Umgebungsbedingungen wie z. B. Wärme, hohe Luftfeuchtigkeit, Luftverschmutzung oder Ähnlichem zuverlässiger arbeiten.
  • 4 zeigt eine Leistungshalbleitervorrichtung 400 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Leistungshalbleitervorrichtung 400 kann Folgendes enthalten: einen Halbleiterkörper 401; und eine Passivierungsschicht 402, die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers 401 angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht 402 ein organisches dielektrisches Material enthält, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann sich der Begriff "Wasseraufnahme" auf eine maximale Menge von Wasser oder Feuchtigkeit, die ein Material aufnimmt (mit anderen Worten absorbiert), beziehen oder sie enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das organische dielektrische Material eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,4 Gew.-% in Sättigung aufweisen, z. B. weniger als oder gleich 0,3 Gew.-% in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. etwa 0,25 Gew.-% in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das organische dielektrische Material eine Durchbruchspannung aufweisen, die größer als oder gleich 3 MV/cm ist, z. B. größer als oder gleich 3,5 MV/cm in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. größer als oder gleich 4 MV/cm in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. etwa 4 MV/cm.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das organische dielektrische Material eine Zugfestigkeit von weniger als oder gleich 100 MPa, z. B. weniger als oder gleich 50 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. weniger als oder gleich 20 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. weniger als oder gleich 10 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. etwa 5 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das organische dielektrische Material einen Youngschen Modul (manchmal auch als Zugmodul oder Elastizitätsmodul bezeichnet) von weniger als oder gleich 1 GPa, z. B. weniger als oder gleich 500 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. weniger als oder gleich 100 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. weniger als oder gleich 50 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. weniger oder gleich 20 MPa in einer oder mehreren Ausführungsformen aufweisen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 eine Dicke von weniger als oder gleich 1 mm, z. B. weniger als oder gleich 500 µm, z. B. weniger als oder gleich 200 µm, z. B. weniger als oder gleich 100 µm, z. B. weniger als oder gleich 50 µm, z. B. weniger als oder gleich 20 µm, z. B. weniger als oder gleich 10 µm, z. B. in dem Bereich von 0,1 µm bis 200 µm, z. B. in dem Bereich von 1 µm bis 50 µm, z. B. in dem Bereich von 5 µm bis 50 µm, z. B. in dem Bereich von 5 µm bis 20 µm, z. B. in dem Bereich von 5 µm bis 10 µm, z. B. in dem Bereich von 20 µm bis 40 µm, z. B. etwa 40 µm, z. B. etwa 20 µm, z. B. etwa 10 µm, z. B. etwa 5 µm aufweisen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das organische dielektrische Material ein Silikonmaterial enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Silikonmaterial ein photostrukturierbares Silikonmaterial enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 ferner eine antireflexive Beschichtung zwischen dem Halbleiterkörper 401 und der Passivierungsschicht 402 aufweisen (nicht gezeigt). Die antireflexive Beschichtung kann beispielsweise eines der hier vorstehend beschriebenen Materialen enthalten oder daraus hergestellt sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Silikonmaterial ein wärmeaushärtendes Silikonmaterial enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Silikonmaterial ein rotationsbeschichtungsfähiges Silikonmaterial enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Silikonmaterial ein Silikonmaterial enthalten oder sein, das durch Folienlaminierung aufgebracht sein kann, z. B. eine Silikonfolie oder ein Silikonfilm.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Silikonmaterial ein Silikonmaterial enthalten oder sein, das durch einen Druckprozess, z. B. Schablonendruck, Siebdruck, Tintenstrahldruck oder Ähnliches, aufgebracht werden kann.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 durch ein Verfahren gebildet sein, das Folgendes enthält: Aufbringen eines wärmeaushärtenden Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper 401; Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials in einer inerten Atmosphäre, die einen Sauerstoffgehalt von weniger als oder gleich 1 ppm (Teile pro Million) aufweist.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Sauerstoffgehalt kleiner als oder gleich 500 ppb (Teile pro Milliarde) aufweisen, z. B. kleiner als oder gleich 200 ppb, z. B. kleiner als oder gleich 100 ppb, z. B. kleiner als oder gleich 50 ppb.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials Folgendes enthalten: Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung 400 in einer Prozesskammer, wobei die Prozesskammer an einer ersten Temperatur von weniger als oder gleich 120 °C ist; Ausführen einer Spülung mit einem inerten Gas; Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur von etwa 380 °C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min.; Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung 400 in der Prozesskammer für etwa 30 Minuten, während sich die Prozesskammer an der zweiten Temperatur befindet; Erniedrigen der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur zu einer dritten Temperatur von kleiner als oder gleich 120 °C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 in einem Frontend-Prozess gebildet sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 als ein Chip konfiguriert sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 als ein Nacktchip (auch bezeichnet als Bare-Die) konfiguriert sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Begriff "Nacktchip" einen Chip, der frei von einer Formmasse ist, enthalten oder sich darauf beziehen. Mit anderen Worten kann in einer oder mehreren Ausführungsformen die Leistungshalbleitervorrichtung 400 keine Formmasse enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 als eine Chip-Endpassivierungsschicht konfiguriert sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Begriff "Chip-Endpassivierungsschicht" eine letzte Abschlusspassivierungsschicht, z. B. eine oberste Passivierungsschicht eines Chips, enthalten oder sich darauf beziehen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Halbleiterkörper 401 wenigstens ein Halbleitermaterial enthalten oder daraus hergestellt sein, z. B. Silizium, obwohl andere Halbleitermaterialen, die Verbindungshalbleitermaterialien wie z. B. Germanium, Silizium-Germanium, Siliziumcarbid, Indiumphosphid, Indium-Gallium-Arsenid enthalten, um nur einige wenige zu nennen, auch möglich sein können.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Halbleiterkörper 401 mehrere Schichten enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen können die mehreren Schichten wenigstens eine Halbleiterschicht und/oder wenigstens eine Isolationsschicht und/oder wenigstens eine leitende Schicht enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 direkt auf einer Halbleiter- oder halbleiterbasierten Oberfläche, z. B. auf einer Silizium- oder siliziumbasierten Oberfläche, z. B. einer Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid-Oberfläche, des Halbleiterkörpers 401 angeordnet sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 ein(en) Leistungstransistor, z. B. ein(en) Leistungs-IGBT, enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 eine Leistungsdiode enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 400 eine Hochspannungsvorrichtung enthalten oder sein.
  • 5 zeigt eine weitere Leistungshalbleitervorrichtung 500 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 kann zu einem gewissen Grad ähnlich der Halbleitervorrichtung 400 sein. Insbesondere können Bezugszeichen, die dieselben wie in 4 sind, dieselben oder ähnliche Elemente wie in 4 bezeichnen. Die Halbleitervorrichtung 500 kann wenigstens eine Struktur enthalten, die geschützt sein soll. Die Passivierungsschicht 402 kann über der wenigstens einen Struktur, die geschützt sein soll, angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 in einer oder mehreren Ausführungsformen eine erste Struktur 403a, die geschützt sein soll, und eine zweite Struktur 403b, die geschützt sein soll, enthalten, wie in 5 gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung 500 nur eine Struktur, die geschützt sein soll, enthalten, z. B. die erste Struktur 403a oder die zweite Struktur 403b oder eine weitere Struktur. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung 500 drei oder mehr Strukturen, die geschützt sein sollen, enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur in oder auf dem Halbleiterkörper 401 angeordnet sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur an einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 401 angeordnet sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die erste Struktur 403a) an einem Grenzbereich des Halbleiterkörpers 401 angeordnet sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Grenzbereich des Halbleiterkörpers 401 einer Grenze eines Chips entsprechen. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Grenzbereich ein Bereich sein, in dem hohe elektrische Felder auftreten können, und/oder in dem hohe elektrische Felder reduziert sein können. Aufgrund des Auftretens hoher elektrischer Felder kann dieser Bereich besonders anfällig für Korrosion sein. Somit kann es wünschenswert sein zu verhindern, dass Feuchtigkeit oder korrosionsfördernde Ionen in diesen Bereich eindringen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die erste Struktur 403a) ein(en) Schutzring enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die erste Struktur 403a) mehrere Schutzringe enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die erste Struktur 403a) eine Feldplatte enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die erste Struktur 403a) mehrere Feldplatten enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung 500 einen aktiven Bereich enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der aktive Bereich einen elektrischen Kontakt 404 enthalten. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der elektrische Kontakt 404 ein Emitterkontakt eines IGBT sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Emitterkontakt 404 eine Kontaktstelle, z. B. eine Metallkontaktstelle, die zum Bonden konfiguriert ist, enthalten oder sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine Bondingstruktur 405, z. B. ein Bonddraht, an die Kontaktstelle 404 gebondet sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine Struktur (z. B. die zweite Struktur 403b) einen elektrischen Kontakt der Leistungshalbleitervorrichtung 500 enthalten oder ein solcher sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der elektrische Kontakt ein Gatekontakt eines IGBT sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 402 über dem Gatekontakt angeordnet sein und kann verhindern, dass der Gate- und der Emitterkontakt des IGBT kurzgeschlossen werden.
  • 6 zeigt als eine Draufsicht ein elektronisches Leistungsmodul 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das elektronische Leistungsmodul 600 kann Folgendes enthalten: mehrere Leistungshalbleitervorrichtungen 610, von denen jede einen Halbleiterkörper und eine Passivierungsschicht, die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers angeordnet ist, enthält, wobei die Passivierungsschicht ein organisches dielektrisches Material enthält, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist; und wenigstens einen Kontakt 620, der mit den mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen verbunden ist.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht ein Silikonmaterial enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht eine Dicke von weniger als oder gleich 1 mm aufweisen.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann jede der Leistungshalbleitervorrichtungen 610 einen Nacktchip enthalten oder ein Nacktchip sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen können die Leistungshalbleitervorrichtungen 610 elektrisch miteinander verbunden sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 als ein Hochspannungsmodul konfiguriert sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 als ein IGBT-Modul konfiguriert sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 als ein Diodenmodul konfiguriert sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 so konfiguriert sein, dass es mit Spannungen in dem kV-Bereich (Kilovolt-Bereich) arbeitet, z. B. Spannungen von mehreren Kilovolt, z. B. Spannungen von bis zu etwa 6,5 kV in einer oder mehreren Ausführungsformen, z. B. Spannungen von etwa 3 kV bis 6 kV in einer oder mehreren Ausführungsformen, obwohl andere Spannungen oder Spannungsbereiche gemäß anderen Ausführungsformen ebenfalls möglich sein können.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 konfiguriert sein, mit Stromstärken von bis zu mehreren hundert Ampere zu arbeiten, z. B. mit Stromstärken bis zu etwa 200 A in einer oder mehreren Ausführungsformen, oder bis zu etwa 400 A in einer oder mehreren Ausführungsformen, oder bis zu etwa 600 A in einer oder mehreren Ausführungsformen, obwohl andere Stromstärken oder Stromstärkebereiche gemäß anderen Ausführungsformen ebenfalls möglich sein können.
  • Eine oder mehrere, z. B. alle, Leistungshalbleitervorrichtungen 610 können ferner gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen, z. B. einer oder mehreren Ausführungsformen, die in Verbindung mit 4 und/oder 5 beschrieben sind, konfiguriert sein.
  • Die Anzahl von Leistungshalbleitervorrichtungen 610 in dem elektronischen Leistungsmodul 600 kann gemäß der spezifischen Anwendung variieren. Beispielsweise sind sechs Leistungshalbleitervorrichtungen 610 als ein Beispiel in 6 gezeigt, die Anzahl muss jedoch nicht auf sechs beschränkt sein und kann z. B. 4, 8, 16, 24, 32 oder 36 sein, um nur einige wenige andere Beispiele zu nennen.
  • Der wenigstens eine Kontakt 620 kann konfiguriert sein, die Leistungshalbleitervorrichtungen 610 elektrisch zu kontaktieren.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul 600 mehrere Kontakte 620 enthalten, die mit den Leistungshalbleitervorrichtungen 610 verbunden sind. Beispielsweise kann in einem Beispiel die Anzahl von Kontakten 620 drei sein, wie in 6 gezeigt ist, jedoch gemäß anderen Ausführungsformen kann die Anzahl von Kontakten 620 von drei verschieden sein. Die Anzahl von Kontakten 620 kann gemäß der spezifischen Anwendung variieren.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das elektronische Leistungsmodul eine Schicht aus Silikongel enthalten, das die mehreren Halbleitervorrichtungen 610 (z. B. Chips) und den wenigstens einen Kontakt 620 (oder die mehreren Kontakte 620) bedecken kann.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Schicht aus Silikongel eine Dicke von größer als oder gleich 5 mm aufweisen, z. B. größer als oder gleich 1 cm.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen können mehrere elektronische Leistungsmodule (z. B. IGBT-Module und/oder Diodenmodule) zu einem elektronischen Leistungsbaustein zusammengesetzt sein. Jedes der elektronischen Leistungsmodule kann gemäß einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein. In einer oder mehreren Ausführungsformen können mehrere elektronische Leistungsbausteine zu einem Hochspannungsumsetzer zusammengesetzt sein.
  • 7 zeigt ein Verfahren 700 zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Das Verfahren 700 kann Folgendes enthalten: Aufbringen eines wärmeaushärtenden Silikonmaterials über einem Halbleiterkörper einer Leistungshalbleitervorrichtung (in 702); und Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials in einer inerten Atmosphäre, die einen Sauerstoffgehalt von weniger als oder gleich 1 ppm aufweist (in 704).
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung einen Leistungstransistor, z. B. einen IGBT, enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine Diode enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Sauerstoffgehalt kleiner als oder gleich 500 ppb (Teile pro Milliarde) sein, z. B. kleiner als oder gleich 200 ppb, z. B. kleiner als oder gleich 100 ppb, z. B. kleiner als oder gleich 50 ppb.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Aufbringen des Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper einen Rotationsbeschichtungsprozess enthalten oder durch ihn bewirkt sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Aufbringen des Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper einen Folienlaminierungsprozess enthalten oder durch ihn bewirkt sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Aufbringen des Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper einen Druckprozess, z. B. einen Schablonendruckprozess, einen Siebdruckprozess, einen Tintenstrahldruckprozess oder Ähnliches enthalten oder durch ihn bewirkt sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Verfahren 700 ferner das Strukturieren des Silikonmaterials, um eine Maske zu bilden, und das Ätzen wenigstens einer darunterliegenden Schicht der Leistungshalbleitervorrichtung unter Verwendung der Maske enthalten. Mit anderen Worten kann das strukturierte Silikonmaterial als eine Ätzmaske während des Ätzens wenigstens einer Schicht, die durch das strukturierte Silikonmaterial freigelegt ist, verwendet werden.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die wenigstens eine darunterliegende Schicht eine antireflexive Beschichtung enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Ätzen der wenigstens einen darunterliegenden Schicht einen Trockenätzprozess, z. B. einen plasmachemischen Ätzprozess, oder einen nasschemischen Ätzprozess enthalten. Ein plasmachemischer Ätzprozess kann z. B. SF6, BCl3, Cl2 und/oder CF4 als ein Ätzgas verwenden, obwohl andere Ätzgase ebenfalls möglich sein können.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Strukturieren des Silikonmaterials und Ätzen der wenigstens einen darunter liegenden Schicht vor dem Wärmeaushärten des Silikonmaterials ausgeführt werden.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials Folgendes enthalten: Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung in einer Prozesskammer, während die Prozesskammer bei einer ersten Temperatur ist; Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur; Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung in der Prozesskammer für eine vorbestimmbare Zeitspanne, während sich die Prozesskammer bei der zweiten Temperatur befindet; Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur; Entfernen der Leistungshalbleitervorrichtung aus der Prozesskammer, nachdem die Prozesskammer die dritte Temperatur erreicht hat.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C sein, die zweite Temperatur kann in dem Bereich von etwa 250 °C bis etwa 400 °C sein, und die dritte Temperatur kann kleiner als oder gleich 120 °C sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur und/oder das Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur das Ändern der Temperatur der Prozesskammer mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 °C/Min. bis 6 °C/Min., z. B. mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die vorbestimmbare Zeitspanne in dem Bereich von etwa 30 Min. bis etwa 120 Min. sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C sein, das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur kann das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. enthalten; die zweite Temperatur kann etwa 380 °C sein, die vorbestimmbare Zeitspanne kann etwa 30 Min. sein, das Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur kann das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. enthalten; und die dritte Temperatur kann kleiner als oder gleich 120 °C sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Verfahren 700 ferner das Ausführen einer Spülung mit einem inerten Gas nach dem Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung in der Prozesskammer und vor dem Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer enthalten.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das inerte Gas Stickstoff enthalten oder sein.
  • In einer oder mehreren Ausführungsformen kann das Verfahren 700 ferner das Aufbringen einer antireflexiven Beschichtung über dem Halbleiterkörper vor dem Aufbringen des Silikonmaterials enthalten. Das Silikonmaterial kann auf der antireflexiven Beschichtung aufgebracht werden. Die antireflexive Beschichtung kann eines der Materialien, die hier vorstehend beschrieben sind, enthalten oder daraus hergestellt sein.
  • Verschiedene Ausführungsformen können eine zuverlässige Chip-Endpassivierungsschicht für Halbleitervorrichtungen (z. B. Leistungshalbleitervorrichtungen, z. B. IGBTs oder Leistungsdioden) bereitstellen, die unter harten Umgebungsbedingungen wie z. B. hoher Temperatur, hoher Luftfeuchtigkeit, Luftverschmutzung betrieben werden müssen. Langzeitbelastungstests (z. B. HV-H3TRB) an Modulen, die Chips enthalten, die die Chip-Endpassivierungsschicht aufweisen, haben gezeigt, dass z. B. Korrosion verhindert werden kann, wie z. B. in 3 gezeigt ist.
  • Obwohl verschiedene Aspekte dieser Offenbarung insbesondere mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen in Form und Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind, abzuweichen. Der Schutzbereich der Offenbarung ist somit durch die beigefügten Ansprüche angegeben, und alle Änderungen, die in den Sinn und den Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen deshalb eingeschlossen sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standard IEC 60749 [0024]

Claims (21)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (400), die Folgendes aufweist: einen Halbleiterkörper (401); eine Passivierungsschicht (402), die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers (401) angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht (402) ein organisches dielektrisches Material aufweist, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach Anspruch 1, wobei das organische dielektrische Material eine Durchbruchspannung von größer als oder gleich 3 MV/cm aufweist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das organische dielektrische Material eine Zugspannung von kleiner als oder gleich 100 MPa aufweist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das organische dielektrische Material einen Youngschen Modul von kleiner als oder gleich 1 GPa aufweist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Passivierungsschicht (402) eine Dicke von kleiner als oder gleich 1 mm aufweist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das organische dielektrische Material ein Silikonmaterial aufweist;
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach Anspruch 6, wobei das Silikonmaterial mindestens eines der folgenden Silikonmaterialien aufweist: ein photostrukturierbares Silikonmaterial; ein wärmeaushärtendes Silikonmaterial; rotationsbeschichtungsfähiges Silikonmaterial und/oder ein laminierbares Silikonmaterial und/oder ein druckbares Silikonmaterial.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Passivierungsschicht (402) über einer Struktur angeordnet ist, die an einem Grenzbereich des Halbleiterkörpers (401) angeordnet ist; wobei die Struktur einen Schutzring und/oder eine Feldplatte aufweist.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die als ein Nacktchip konfiguriert ist.
  10. Elektronisches Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: mehrere Leistungshalbleitervorrichtungen (400), von denen jede einen Halbleiterkörper (401) und eine Passivierungsschicht (402), die über wenigstens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers (401) angeordnet ist, aufweist, wobei die Passivierungsschicht (402) ein organisches dielektrisches Material aufweist, das eine Wasseraufnahme von weniger als oder gleich 0,5 Gew.-% in Sättigung aufweist; und wenigstens einen Kontakt, der mit den mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen (400) verbunden ist.
  11. Elektronisches Leistungsmodul nach Anspruch 10, wobei die Passivierungsschicht (402) ein Silikonmaterial aufweist.
  12. Elektronisches Leistungsmodul nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Passivierungsschicht (402) eine Dicke von kleiner als oder gleich 1 mm aufweist.
  13. Elektronisches Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei jede der Leistungshalbleitervorrichtungen (400) als ein Nacktchip konfiguriert ist.
  14. Verfahren zum Bearbeiten einer Leistungshalbleitervorrichtung (400), das Folgendes aufweist: Aufbringen eines wärmeaushärtenden Silikonmaterials über einem Halbleiterkörper (401) einer Leistungshalbleitervorrichtung (400); Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials in einer inerten Atmosphäre, die einen Sauerstoffgehalt von kleiner als oder gleich 1 ppm aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Aufbringen des Silikonmaterials über dem Halbleiterkörper (401) einen Rotationsbeschichtungsprozess und/oder einen Laminierungsprozess und/oder einen Druckprozess aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, das ferner das Strukturieren des Silikonmaterials, um eine Maske zu bilden, und das Ätzen wenigstens einer darunterliegenden Schicht der Leistungshalbleitervorrichtung (400) unter Verwendung der Maske aufweist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Wärmeaushärten des wärmeaushärtenden Silikonmaterials Folgendes aufweist: Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung (400) in einer Prozesskammer, während die Prozesstemperatur bei einer ersten Temperatur ist; Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur; Erwärmen der Leistungshalbleitervorrichtung (400) in der Prozesskammer für eine vorbestimmbare Zeitspanne, während sich die Prozesskammer bei der zweiten Temperatur befindet; Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf eine dritte Temperatur; Entfernen der Leistungshalbleitervorrichtung (400) aus der Prozesskammer, nachdem die Prozesskammer die dritte Temperatur erreicht hat; wobei optional die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist, wobei die zweite Temperatur in dem Bereich von etwa 250 °C bis etwa 400 °C ist und wobei die dritte Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur und/oder das Verringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur das Ändern der Temperatur der Prozesskammer mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei die vorbestimmbare Zeitspanne im Bereich von etwa 30 Min. bis etwa 120 Min. ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei die erste Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist; wobei das Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer von der ersten Temperatur auf die zweite Temperatur das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweist; wobei die zweite Temperatur etwa 380 °C ist; wobei die vorbestimmbare Zeitspanne etwa 30 Min. ist; wobei das Verrringern der Temperatur der Prozesskammer von der zweiten Temperatur auf die dritte Temperatur das Ändern der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/Min. aufweist; und wobei die dritte Temperatur kleiner als oder gleich 120 °C ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das ferner das Ausführen einer Spülung mit einem inerten Gas nach dem Platzieren der Leistungshalbleitervorrichtung (400) in der Prozesskammer und vor dem Erhöhen der Temperatur der Prozesskammer aufweist.
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