DE102015121344B4 - Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400), aufweisend:mindestens ein oder mindestens ein erstes Halbleiterbauelement (110), das ein Halbleitersubstrat aufweist, undeine Barrierenschicht (120, 220, 320), die mindestens auf, in oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, aufweist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ausgebildet ist, um Ionen, die in die Barrierenschicht (120, 220, 320) eindiffundieren, zu immobilisieren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, betreffen eine Halbleitervorrichtung, die eine Barriere hat, eine Kapselung für eine Halbleitervorrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die eine lonengetterschicht hat, und ein Verfahren zum Herstellen der lonengetterschicht.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Herausforderung für Halbleitervorrichtungen betrifft die Migration von Ionen. Angesichts der Tendenz zu kleineren Bauelementgrößen besteht eine erhöhte Gefahr, dass migrierende Ionen zum Beispiel das Gateoxid erreichen. Das kann zu einer Verschiebung der Schwellenspannung der Halbleitervorrichtung führen. Die Verschiebung der Schwellenspannung könnte sogar zu einem Versagen der Halbleitervorrichtung führen. Unter den migrierenden Ionen sind insbesondere Natriumionen dafür bekannt, dass sie sich relativ schnell durch die Halbleitervorrichtung bewegen. Insbesondere ist Natrium ein häufig auftretendes Element und hat einen ziemlich kleinen lonenradius. Das Binden von Natrium, um zu verhindern, dass Natriumionen zum Beispiel das Gateoxid erreichen, kann demnach eine Herausforderung darstellen. Eine andere schädliche Wirkung, die durch migrierende Ionen verursacht wird, ist zum Beispiel Korrosion, und das Verringern oder Verhindern der Migration von Ionen, die korrosive Wirkung darlegen, wie zum Beispiel von Fluorid oder Chlorid, ist im Allgemeinen wünschenswert.
  • Aus der US 2006 / 0 087 230 A1 ist ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Schicht bekannt, die ein Trocknungsmittel enthält.
  • In der US 5 049 201 A wird ein Verfahren zur Korrosionsvermeidung in elektronischen Bauteilen beschrieben, bei dem die Bauelemente zur Reinigung in eine Lösung mit einem Komplexbildner gegeben werden.
  • Angesichts des oben Gesagten besteht ein Bedarf an neuen Halbleitervorrichtungen, Kapselungen für Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung, die verbesserte Barrieren- oder lonengettereigenschaften bereitstellen. Es besteht insbesondere ein Bedarf an neuen Halbleitervorrichtungen, Kapselungen für Halbleitervorrichtungen und Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung, die in der Lage sind, eine Migration von Ionen, wie zum Beispiel von Natriumionen, zu verringern oder sogar zu verhindern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung weist mindestens ein Halbleiterbauelement auf, das ein Halbleitersubstrat aufweist, und eine Barrierenschicht, die mindestens auf oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, aufweist, wobei die Barrierenschicht ausgebildet ist, um Ionen, die in die Barrierenschicht eindiffundieren, zu immobilisieren.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung weist mindestens ein Halbleiterbauelement und eine Barrierenschicht auf, die mindestens auf oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht ein Polymermaterial und mindestens einen Kryptand, der in dem Polymermaterial eingebettet ist, aufweist.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung weist mindestens ein Halbleiterbauelement und eine Barrierenschicht auf, die mindestens auf oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht ein Polymermaterial aufweist, das durch einen kovalent vernetzten Metallkomplexbildner gebildet ist, wobei der Metallkomplexbildner mindestens ein Kronenäther und/oder Kryptand sein kann (mindestens ein Kronenäther oder ein Kryptand).
  • Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Kapselungsmaterial für eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Die Kapselung weist ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, auf.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zu Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, bereitgestellt. Das Verfahren weist das Vorbereiten eines Barrierenmaterials auf, indem ein organischer Metallkomplexbildner kovalent an ein Polymermaterial gebunden wird, und durch Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, bereitgestellt. Das Verfahren weist das Vorbereiten eines Barrierenmaterials durch Einbetten mindestens eines Kryptands in ein Polymermaterial auf, und das Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  • Gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, bereitgestellt. Das Verfahren weist das Vorbereiten eines Barrierenmaterials auf, das aus mindestens einem Kronenäther und/oder Kryptand besteht, und das Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  • Der Fachmann erkennt zusätzliche Merkmale und Vorteile bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Bauteile in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabgerecht, der Hauptzweck ist die Veranschaulichung der Konzepte der Erfindung. Außerdem bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren entsprechende Teile. In den Zeichnungen:
    • 1A zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß hierin beschrieben Ausführungsformen.
    • 1B zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß hierin beschrieben Ausführungsformen.
    • 1C zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß hierin beschrieben Ausführungsformen.
    • 2 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß weiteren hierin beschrieben Ausführungsformen.
    • 3 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die einen Leiterrahmen gemäß hierin beschrieben Ausführungsformen hat.
    • 4 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung, die einen Leiterrahmen gemäß weiteren hierin beschrieben Ausführungsformen hat.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die fester Bestandteil dieser sind, und in welchen veranschaulichend spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in welchen die Erfindung praktisch umgesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang wird Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorn“, „hinten“, „horizontal“, „vertikal“ usw. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da die Bauteile von Ausführungsformen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zum Zweck der Veranschaulichung verwendet.
  • Unter Bezugnahme auf 1A ist eine Halbleitervorrichtung 100A gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung 100A eine Leistungshalbleitervorrichtung sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 100A weist ein Halbleiterbauelement 110 (auch Halbleiterchip genannt) auf, das zum Beispiel ein Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) hat. Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 110 auf einer Klemme 140 vorgesehen sein. Die Klemme 140 wird durch eine große Kontaktfläche gebildet, die unterhalb des Halbleiterbauelements 110, das mit seiner Unterseite an die Oberseite der Klemme 140 gelötet ist, eingerichtet ist. Die Lotschicht ist mit dem Bezugszeichen 150 angegeben. Das Löten kann anhand irgendeiner Lötart erfolgen. Die Unterseite der Klemme 140 ist freigelegt, um einen großen Löt- und Wärmekontakt bereitzustellen. Die Unterseite und die äußere oder seitliche Seite der Klemme 140 sind freigelegt, während andere Seiten, wie die Oberseite, vollständig durch eine Kapselung 130 gekapselt sind. Die Kapselung 130 kann ein Gehäuse der Halbleitervorrichtung 100A bilden.
  • Bei einigen Ausführungsformen wird eine Barrierenschicht 120 mindestens auf oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements 110 vorgesehen. Die Barrierenschicht 120 kann ein Polymermaterial aufweisen. Die Barrierenschicht 120 bedeckt mindestens einen Abschnitt eines Oberflächenbereichs des mindestens einen Halbleiterbauelements 110. Bei einigen Ausführungsformen kann die Barrierenschicht 120 teilweise oder sogar vollständig eine Oberseite oder obere Oberfläche des Halbleiterbauelements 110 bedecken. Als ein Beispiel kann die Barrierenschicht 120 mindestens 20 %, spezifisch mindestens 50 % und spezifischer mindestens 80 % der Oberseite oder oberen Oberfläche bedecken. Optional kann die Barrierenschicht 120 teilweise oder vollständig mindestens eine der Seitenoberflächen des Halbleiterbauelements 110 bedecken. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Barrierenschicht 120 direkt auf dem Halbleiterbauelement 110 angeordnet werden, das heißt, dass die Barrierenschicht 120 in direktem Kontakt mit dem Halbleiterbauelement 110 ist. Bei anderen Ausführungsformen können eine oder mehr weitere Schichten zwischen der Barrierenschicht 120 und dem Halbleiterbauelement 110 vorgesehen sein, das heißt, dass die Barrierenschicht 120 nicht in direktem Kontakt mit dem Halbleiterbauelement 110 ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umschließt oder umgibt die Kapselung 130 das mindestens eine Halbleiterbauelement 110 und die Barrierenschicht 120. Insbesondere ist die Barrierenschicht 120 mindestens teilweise zwischen dem mindestens einen Halbleiterbauelement 110 und der Kapselung 130 vorgesehen. Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kombiniert werden können, kann die Kapselung 130 aus einem Formstoff hergestellt werden, der von dem Polymermaterial der Barrierenschicht 120 unterschiedlich ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 100A das Bereitstellen eines Formstoffs aufweisen, der von dem Polymermaterial der Barrierenschicht 120 unterschiedlich ist, und das Kapseln des mindestens einen Halbleiterbauelements 110 und der Barrierenschicht 120, um ein Kapselungsformteil (die Kapselung 130), das aus dem Formstoff besteht, zu bilden.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Material der Barrierenschicht 120 als eine Flüssigkeit anhand einer geeigneten Beschichtungstechnik, wie zum Beispiel Rotationsbeschichtung oder Tintenstrahldrucken, aufgebracht werden. Die Flüssigkeit kann Monomere und/oder Polymere in ihrer Ausgangsform enthalten, die in einem weiteren Prozess ausgehärtet werden. Falls ein selektives Aushärten gewünscht wird, wird die aufgebrachte Flüssigkeit mit Strahlung, wie zum Beispiel mit UV-Licht, unter Verwenden einer Maske beleuchtet, die die selektive Exposition von Abschnitten der aufgebrachten Flüssigkeit, die ausgehärtet werden soll, erlaubt. Die Flüssigkeit wird dann entwickelt, und die nicht freigelegten Abschnitte der Flüssigkeit werden entfernt.
  • Bei einem weiteren Prozess wird ein Wärmeprozess zum Entfernen flüchtiger Bestandteile und zum mindestens teilweisen Aushärten der restlichen Abschnitte der Flüssigkeit, um eine ausgehärtete Barrierenschicht 120 zu bilden, angewandt. Das Aushärten kann mehr als einen Wärmeprozess aufweisen und kann in Zyklen ausgeführt werden.
  • Eine abschließende Plasmabehandlung, zum Beispiel in einer Helium/Sauerstoff- oder Stickstoff/Sauerstoffatmosphäre kann verwendet werden, um die Oberfläche der polymerischen Schicht zu reinigen, um Kontaminationen zu verringern und/oder das Haften der darauffolgenden Schicht zu erhöhen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Barrierenschicht 120 kann daher das Auftragen einer Flüssigkeit aufweisen, die Monomere und/oder Polymere im Ausgangszustand enthält, optional das Exponieren der aufgetragenen Flüssigkeit mit Strahlung, falls erforderlich, selektives Exponieren unter Verwenden einer Lithographiemaske, optional das Entwickeln der freigelegten und/oder nicht freigelegten Flüssigkeit, eine Wärmebehandlung zum Aushärten, und eine optionale Behandlung in einem Plasma.
  • Die Barrierenschicht 120 der vorliegenden Offenbarung ist ausgelegt, um Ionen, die in die Barrierenschicht 120 diffundieren, die zum Beispiel von der Kapselung 130 kommen, stillzustellen. Migrierende Ionen umfassen im Allgemeinen Kationen und Anionen. Kationen umfassen Alkalikationen, wie zum Beispiel Lithium-, Natrium- oder Kaliumionen, erdalkalische Kationen, wie zum Beispiel Calcium- oder Magnesiumionen, und Ionen von Elementen, die zu anderen Gruppen des Periodensystems gehören, insbesondere Ionen von Übergangsmetallen. Anionen umfassen insbesondere die Halogene, wie zum Beispiel Fluorid und Chlorid. Unten wird auf Natriumionen als ein besonderes Beispiel Bezug genommen, aber die Erfindung ist nicht auf sie beschränkt und kann auf andere Ionen, deren Migration verringert werden soll, angewandt werden. Insbesondere ist die Barrierenschicht 120 konfiguriert, um Natriumionen stillzustellen. Die Barrierenschicht 120 gemäß den Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kann folglich als eine lonengetterschicht ausgelegt werden. Die Barrierenschicht 120 hindert Ionen daran, zum Beispiel das Gateoxid des Halbleiterbauelements 110 zu erreichen. Eine Verlagerung der Schwellenspannung des Halbleiterbauelements 110 kann verringert oder sogar vermieden werden. Eine Funktionalität der Halbleitervorrichtung kann sichergestellt werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kombiniert werden können, weist die Barrierenschicht 120 ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, auf. Eine kovalente Bindung, wie sie in der gesamten vorliegenden Offenbarung verwendet wird, ist eine chemische Bindung, die das Teilen von Elektronenpaaren zwischen Atomen des Polymermaterials und des organischen Metallkomplexbildners involviert. Der organische Metallkomplexbildner ist folglich nicht nur in einer Polymermatrix dispergiert oder verdünnt, sondern kovalent an die Moleküle des Polymers gebunden. Das Befestigen des organischen Metallkomplexbildners in dem Polymer durch kovalente Bindungen verhilft zu mehreren Vorteilen im Vergleich zum Dispergieren des organischen Metallkomplexbildners in einer Polymermatrix. Wenn der organische Metallkomplexbildner nur dispergiert wird, kann sich der Komplexbildner absondern und diskrete Phasen bilden, insbesondere, wenn er in höheren Konzentrationen verwendet wird. Zusätzlich kann der organische Metallkomplexbildner zum Beispiel während eines Rotationsbeschichtungsprozesses ausgefällt werden. Wenn er kovalent an das Polymer gebunden ist, wird der organische Metallkomplexbildner homogen durch das Polymer verteilt, höhere Konzentrationen des organischen Metallkomplexbildners können erzielt und Ausfällen kann vermieden werden. Außerdem sind Metallkomplexbildner potenziell gefährliche Substanzen. Ihre Stillstellung durch kovalente Befestigung innerhalb einer polymerischen Matrix beugt der Migration der Metallkomplexbildner vor und vermeidet folglich das Bilden von Zonen, die mit den Metallkomplexbildnern in potenziell gefährlichen Konzentrationen angereichert sind, an Oberflächen der polymerischen Matrix.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Formstoff des Kapselungsformteils (die Kapselung 130) ein Polyimid. Die Barrierenschicht 120 kann in dem Formstoff eingebettet werden. Der Formstoff kann auch ein Epoxidharz und/oder PBO (Cis-Poly(p-phenylenbenzobisoxazol) und/oder PBI (Polybenzimidazol) und/oder Polyimid und/oder Silikon und/oder BCB (Benzocyclobuten) und/oder PNB (Polynorbornen) und/oder Polysiloxan und/oder polyaromatische Fluorkohlenstoffe sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die oben erwähnten Polymere mit oder ohne den organischen Metallkomplexbildner auch als optionale Schutzschicht zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Kapselungsformstoff verwendet werden. Ferner können die oben erwähnten Polymere mit oder ohne den organischen Metallkomplexbildner auch als optionale Zwischenschicht zwischen unterschiedlichen Schichten des Kapselungsformteils verwendet werden. Das Kapselungsformteil kann zum Beispiel mindestens eine innere Schicht und eine äußere Schicht sowie eine Zwischenschicht zwischen der inneren Schicht und der äußeren Schicht aufweisen. Die innere Schicht und die äußere Schicht des Kapselungsformteils 130 können entweder hinsichtlich des Typs des verwendeten Polymers unterschiedlich sein, und/oder dahingehend, ob sowohl die innere als auch die äußere Schicht den organischen Metallkomplexbildner enthält. Zusätzlich dazu kann die Zwischenschicht auch den organischen Metallkomplexbildner aufweisen. Die Zwischenschicht kann aus einem Polymer bestehen, der von dem Polymer der inneren und äußeren Schicht des Kapselungsformstoffs 130 unterschiedlich ist. Die Zwischenschicht kann eine Schnittstelle mit mindestens der inneren oder äußeren Schicht des Kapselungsformteils 130 bilden.
  • 1B veranschaulicht zum Beispiel eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100B, die eine Kapselung 130 (Kapselungsformteil) mit einer inneren Schicht 131, einer äußeren Schicht 133 und einer Zwischenschicht 133 zwischen der inneren Schicht 131 und der äußeren Schicht 132 hat. Die Zwischenschicht 133 kann als eine Barrierenschicht 120, wie oben beschrieben, funktionieren. Alternativ können die innere Schicht 131 und/oder die äußere Schicht 132 die Barrierenfunktion bereitstellen und können den organischen Metallkomplexbildner aufweisen.
  • 1C veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Barrierenschicht 120 zwischen einem ersten Chip 110 A, der ein erstes Halbleiterbauelement bildet, und einem zweiten Chip 110B, der ein zweites Halbleiterbauelement in einer Halbleitervorrichtung 100C bildet, ausgebildet ist. Beide Halbleiterbauelemente 110A und 110 B sind in einer Kapselung 130 gekapselt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Formstoff des Kapselungsformteils (die Kapselung 130) ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der eingebettet oder kovalent an das Polymermaterial gebunden ist. Gemäß einer Ausführungsform kann das Polymermaterial ein Polyimid sein, und der organische Metallkomplexbildner kann kovalent an das Polyimid gekoppelt sein. Ferner können auch irgendwelche der oben erwähnten Polymermaterialien verwendet werden.
  • Das Kapselungsformteil kann aus einem Formstoff mit eingebettetem oder kovalent gebundenem organischem Metallkomplexbildner oder organischen Metallkomplexbildnern, wie zum Beispiel Kryptanden oder Kronenäther ohne eine zusätzliche polymerische Barrierenschicht gebildet sein. Der organische Metallkomplexbildner oder die organischen Metallkomplexbildner werden dann in das Polymermaterial des Kapselungsformteils eingebettet oder daran kovalent gebunden. Eine zusätzliche Barrierenschicht, wie hier beschrieben, kann zusätzlich vorgesehen sein und kann zum Beispiel zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Kapselungsformteil eingerichtet sein, in dem Formstoff des Kapselungsformteils eingebettet oder auf dem Kapselungsformteil sein. Das Kapselungsformteil kann daher den Formstoff mit oder ohne den organischen Metallkomplexbildner aufweisen, und die optionale Barrierenschicht, die denselben oder einen unterschiedlichen organischen Metallkomplexbildner oder organische Metallkomplexbildner hat.
  • Der oder die organischen Metallkomplexbildner können entweder in dem Formstoff oder der Barrierenschicht oder in beiden eingebettet oder kovalent daran gebunden sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 100A kann hergestellt werden, indem ein Barrierenmaterial vorbereitet wird, indem der Komplexbildner kovalent an das Polymermaterial gebunden wird und indem das Barrierenmaterial auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements 110 aufgebracht wird, um die Barrierenschicht 120 zu bilden. Der Metallkomplexbildner kann mindestens ein Kronenäther und/oder Kryptand sein.
  • Als ein Beispiel weist die Barrierenschicht 120 das Polymermaterial und Kryptanden, die in dem Polymermaterial eingebettet sind, auf. Die Halbleitervorrichtung 100A kann hergestellt werden, indem ein Polymermaterial vorbereitet wird, indem Kryptanden in dem Polymermaterial eingebettet werden, und indem das Barrierenmaterial an mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements 110 aufgebracht wird, um die Barrierenschicht 120 zu bilden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kombiniert werden können, weist die Barrierenschicht 120 ein Polymermaterial auf, das durch einen kovalent vernetzten organischen Metallkomplexbildner gebildet ist, wobei der Metallkomplexbildner ein Kronenäther und/oder ein Kryptand sein kann. Die Halbleitervorrichtung 100A kann hergestellt werden, indem ein Material vorbereitet wird, das aus Kronenäthern und/oder Kryptanden (und optional Spacern / Vernetzern) besteht, und durch Auftragen des Polymermaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements 110, um die Barrierenschicht 120 zu bilden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung wie folgt hergestellt werden. Monomere können mit Kronenäthern und/oder Kryptanden vorab reagieren, um Monomere zu bilden, die organische Metallkomplexbildnerfunktionalität haben. Das Verwenden solcher funktionalisierter Monomere erlaubt eine höhere Konzentration der Kronenäther und/oder Kryptanden, was das Stillstellen oder die lonengettereigenschaften in der Barrierenschicht weiter verbessert. Optional können andere Monomere oder Copolymere hinzugefügt werden. Typischerweise können Monomere, an welche die Kronenäther oder Kryptanden kovalent gebunden sind, polymerisiert werden, um das Barrierenmaterial zu bilden. Bei anderen Beispielen können die Monomere zuerst polymerisiert werden, und dann lässt man die gebildeten Polymere mit Kronenäthern und/oder Kryptanden reagieren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Polymer vorpolymerisiert werden, und eine Lösung kann vorbereitet werden, die auf das Halbleiterbauelement zum Beispiel unter Verwenden von Rotationsbeschichten aufgebracht werden kann. Optional kann das Verfahren nach dem Auftragen der Lösung das Trocknen der aufgetragenen Lösung und Aushärten der Vorpolymere durch Strahlungspolymerisation und/oder Wärmepolymerisation aufweisen.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann eine Lösung zum Rotationsbeschichten unter Verwenden von Monomeren vorbereitet werden, und das Rotationsbeschichten kann ausgeführt werden. Das Aushärten kann wieder durch Strahlungspolymerisation und/oder Wärmepolymerisation erfolgen.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann das Aushärten durch radikalische Polymerisation erfolgen. In einem solchen Fall kann eine Lösung für das Rotationsbeschichten vorbereitet werden, und ein Initiator (wie zum Beispiel ein Zweikomponentenklebstoff) kann zu der Lösung unmittelbar vor dem Rotationsbeschichtungsprozess hinzugefügt werden. Der Rotationsbeschichtungsprozess kann ausgeführt und das beschichtete Material kann durch Polymerisation, die durch die Initiatoren induziert wird, ausgehärtet werden. Optional kann Strahlungs- oder Wärmeenergie angewandt werden, um die Polymerisation zu unterstützen/beschleunigen.
  • Bei anderen Ausführungsformen kann ein organischer Metallkomplexbildner ohne Polymer verwendet werden, und ein Vernetzungsreagens, das kovalent gebundenen organischen Metallkomplexbildner hat, kann zu der Polymerlösung hinzugefügt werden. Der Rotationsbeschichtungsprozess kann ausgeführt werden, und das beschichtete Material kann getrocknet und vernetzt werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Auftragen des Barrierenmaterials durch einen Druckprozess, wie zum Beispiel Siebdruck, Schablonendruck, oder Tintenstrahldruck an Stelle des Rotationsbeschichtungsprozesses erfolgen.
  • Eine Konzentration des organischen Metallkomplexbildners, der kovalent an das Polymermaterial gebunden sein kann, kann über einen umfangreichen Bereich variieren, wie zum Beispiel 1 Mol des organischen Metallkomplexbildners pro 200 g des Polymermaterials bis 1 Mol des organischen Metallkomplexbildners pro 1 500 000 g des Polymermaterials. Bei typischen Ausführungsformen liegt eine Konzentration des organischen Metallkomplexbildners, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, in einem Bereich von 1 Mol organischer Metallkomplexbildner pro 300 g Polymermaterial bis 1 Mol organischer Metallkomplexbildner pro 300 000 g Polymermaterial. Zum Beispiel liegt eine Konzentration des organischen Metallkomplexbildners, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, in einem Bereich von 1 Mol organischer Metallkomplexbildner pro 600 g Polymermaterial bis 1 Mol organischer Metallkomplexbildner pro 30.000 g Polymermaterial. Eine höhere Konzentration des organischen Metallkomplexbildners sorgt für verbesserte lonengettereigenschaften der Barrierenschicht 120.
  • Kronenäther sind zyklische Äther, die Ionen, wie zum Beispiel Natriumionen, komplexieren können. Sauerstoffatome, die in die Kronenätherstruktur integriert sind, sind teilweise negativ geladen, und ihre Valenzelektronen können Bindungen mit Ionen, wie zum Beispiel mit Natriumionen, herstellen. Da die positive Ladung der Natriumionen über viele Sauerstoffatome verteilt ist, werden beständige Komplexe gebildet, wie zum Beispiel ein Ring, der um das Natriumion gebildet wird.
  • Kronenäther sind im Allgemeinen zyklische Äther, die eine allgemeine Formel (-CR1R2-CR3R4-O)x- haben, oder die ähnliche oder verwandte Strukturen haben, wobei x typischerweise eine Ganzzahl von mindestens vier (4) und bis zu acht (8) ist. R1 bis R4 sind organische Hälften, und die meisten von R1 bis R4 sind typischerweise Wasserstoff oder eine nicht funktionale Hälfte, typischerweise eine niedrigere aliphatische oder aromatische Hälfte. Mindestens eine von R1 bis R4 bei mindestens einem Auftreten weist jedoch eine funktionale Gruppe auf, die fähig ist, eine kovalente Bindung durch Reaktion mit einer funktionalen Gruppe eines Monomers, Polymers oder Vernetzungsmittels zu bilden. Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kombiniert werden können, ist der Kronenäther, der in die Barrierenschicht eingearbeitet wird, mindestens einer der folgenden:
    • • 15-Kronen-5 und Derivate davon,
    • • 18-Kronen-6 und Derivate davon,
    • • 12-Kronen-4 und Derivate davon,
    • • 21-Kronen-7 und Derivate davon,
    • • 24-Kronen-8 und Derivate davon,
    und irgendeine Kombination dieser.
  • Kryptanden sind Verbindungen, die, ähnlich wie Kronenäther, beständige Komplexe mit Ionen, wie zum Beispiel mit Natriumionen bilden. Analog zu Kronenäthern sind Kryptanden zyklische Äther, wobei jedoch zwei der Sauerstoffatome durch Stickstoffatome ersetzt werden. Die verfügbaren freien Valenzen der Stickstoffatome erlauben das Binden der Stickstoffe mit einer zusätzlichen Ätherbrücke. Folglich können sogar noch mehr Sauerstoffatome mit den Natriumionen interagieren und noch beständigere Komplexe werden gebildet, wie eine Schale, die über die Ionen, wie zum Beispiel Natriumionen, auferlegt wird.
  • Analog wie oben in Zusammenhang mit den Kronenäthern besprochen, weisen die Kryptanden ebenfalls mindestens eine funktionale Gruppe auf, die fähig ist, eine kovalente Bildung durch Reaktion mit einer funktionalen Gruppe eines Monomers, Polymers oder Vernetzungsmittels zu bilden. Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, weisen die Kryptanden [2.2.2] Kryptand (=1,10-Diaza-4,7,13,16,21,24-hexaoxabicyclo[8.8.8]hexacosan) und Derivate davon auf. Ein anderes Beispiel eines Kryptands, der bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist [2.2.1] Kryptand.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kombiniert werden können, ist das Polymermaterial der Barrierenschicht 120 ein Homopolymer oder Copolymer. Der Begriff „Copolymer“, wie er hier verwendet wird, soll Blockcopolymere und Random-Polymere umfassen und irgendwelche Copolymere, die aus der Polymerisation von zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Monomeren resultieren. Geeignete Monomere werden zum Beispiel aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Imide, Epoxidharze, Silikone, Monomere, die funktionale Seitenketten haben, Methacrylate und irgendwelche Kombinationen dieser.
  • Polymere, die organische Metallkomplexbildner in dem Polymerrückgrat umfassen, können vorbereitet werden, indem man mindestens einen Kronenäther und/oder Kryptand, der mindestens zwei funktionale Gruppen hat, mit mindestens einem Monomer, das mindestens zwei funktionale Gruppen hat, die zum Reagieren mit den funktionalen Gruppen des organischen Metallkomplexbildners fähig sind, reagieren lässt. Als ein spezifisches Beispiel kann ein di-amino-derivatisierter Kronenäther mit einem di-Säure- oder di-Anhydrid-derivatisierten Monomer reagieren, um ein Polymer zu synthetisieren, das organische Metallkomplexbildner in dem Rückgrat umfasst. Als ein anderes Beispiel kann di-halogen-derivatisierter Kronenäther mit Silanen reagieren, um solchen Polymer zu synthetisieren.
  • Das Polymermaterial der Barrierenschicht 120 weist Materialien auf, die bei Betriebstemperaturen fest oder halbfest sind. Betriebstemperaturen hängen unter anderem von dem Typ des besonderen Polymermaterials ab. Was zum Beispiel die Polyimide betrifft, liegen die Betriebstemperaturen im Allgemeinen innerhalb eines Bereichs von - 55 °C bis 250 °C, typischerweise innerhalb eines Bereichs von -55 °C bis 175 °C, wie zum Beispiel 0 °C bis 120 °C. Halbfeste Materialien haben typischerweise bei Betriebstemperaturen eine höhere Viskosität und weisen Materialien wie zum Beispiel Wachse auf. Höhere Temperaturen während der Auftragung sind ebenfalls möglich. Während der Verarbeitung in der Fab werden höhere Temperaturen (zum Beispiel während des Aushärtens) verwendet.
  • Unten wird ein Beispiel für Polyimid-Homopolymere und -Copolymere mit einem 18-Kronen-6-Derivat in dem Polymerrückgrat gegeben. Zum Beispiel kann ein diamino-funktionales Kronenätherderivat, wie zum Beispiel 4,4'-diamino benzo-18-Kronen-6 (DAB18) über Polykondensation mit einer oder mehreren dianhydrid-funktionalen Verbindungen reagieren, wie zum Beispiel Hexafluorisopropyliden-Diphenylanhydrid (6FDA) und Oxidiphthalanhydrid (ODPA).
    Figure DE102015121344B4_0001
    Figure DE102015121344B4_0002
    Figure DE102015121344B4_0003
  • Homopolymere, die aus der Polymerisation von DAB-18 mit 6FDA und ODPA resultieren, bestehen aus den sich wiederholenden Einheiten jeweils DAB18-6FDA oder DAB-ODPA, die unten gezeigt sind. Random- oder Blockcopolymere, die aus der Polymerisation von DAB-18 mit 6FDA und ODPA resultieren, umfassen wiederholte Einheiten sowohl von DAB18-6FDA als auch DAB-ODPA in potenziell variierenden Mengen.
    Figure DE102015121344B4_0004
  • Weiteres Einarbeiten des Momomers Bis(aminophenyl)fluoren (BAPF) erhöht die Hydrophobizität der resultierenden Polyimide und steigert die Lösbarkeit in aprotischen polaren Lösemitteln, was für die Rotationsbeschichtungsprozesse wünschenswert ist.
    Figure DE102015121344B4_0005
  • Sich wiederholende Einheiten, die in den Copolymeren DAB18-6FDA-BAPF und DAB18-ODPA-BAPF vorhanden sind, die aus der Polymerisation von DAB-18 entweder mit 6FDA oder mit ODPA in der Gegenwart von BAPF resultieren, sind unten gezeigt. Copolymere, die aus der Polymerisation von DAB-18 entweder mit 6FDA, ODPA oder BAPF resultieren, können ebenfalls vorbereitet werden.
    Figure DE102015121344B4_0006
    Figure DE102015121344B4_0007
  • Da der Kronenäther und/oder die Kryptanden kovalent in dem Polymer fixiert sind (zum Beispiel als Polyimidketten oder Seitenketten), könnte ein vorab gefangenes Natriumion nur durch Verlassen des Komplexes weiter migrieren. Da die Bindungskonstanten sehr hoch sind, wird die Migration des Natriumions beim Verwenden des Polymers beträchtlich verlangsamt oder sogar verhindert.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, kann die Kapselung ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, aufweisen. Als ein Beispiel kann das Polymermaterial das Polymermaterial sein, das oben unter Bezugnahme auf die Barrierenschicht beschrieben wurde. In einem solchen Fall kann die Halbleitervorrichtung 100A frei von einer separaten, unterschiedlichen Barrierenschicht sein. Die Kapselung ist konfiguriert, um Ionen, wie zum Beispiel Natriumionen, stillzustellen. Die Kapselung kann folglich als ein lonengetterelement konfiguriert werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Kapselung ein Copolymer aufweisen, das (a) ein Polyimid und den organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, und (b) ein Polyimid ohne einen organischen Metallkomplexbildner aufweist. Ein solches Copolymer kann zum Beispiel durch Copolymerisieren von Monomeren erhalten werden, wie zum Beispiel von Imiden, die einen organischen Metallkomplexbildner haben, der kovalent an die Monomere gebunden ist, und von Monomeren, wie zum Beispiel Imiden, die keinen organischen Metallkomplexbildner haben. Es können folglich unterschiedliche Monomere verwendet werden. Die Monomere können zum Beispiel in der Gegenwart von Anhydrid polymerisiert werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Kapselung ein Copolymer aufweisen, das (a) ein Polymer und den organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymer gebunden ist, aufweist, und (b) ein Polymer ohne einen organischen Metallkomplexbildner. Die Polymere können ein Epoxidharz und/oder PBO und/oder PBI und/oder Polyimid und/oder Silikon und/oder BCB und/oder PNB und/oder Polysiloxan und/oder SOG und polyaromatische Fluorkohlenstoffe sein. Die Polymere mit und ohne organischen Metallkomplexbildner können dieselben oder unterschiedlich sein.
  • Das Halbleiterbauelement weist typischerweise ein getrenntes Halbleiterbauelement auf, wie zum Beispiel einen Leistungs-FET (Feldeffekttransistor) oder einen IGBT (bipolaren Transistor mit isoliertem Gate). Solche Vorrichtungen weisen eine Vielzahl von im Wesentlichen identischen Zellen auf, die in einem aktiven Bereich des Halbleiterbauelements eingerichtet sind. Im Fall von Leistungs-ICs können zusätzlich weitere Vorrichtungen vorhanden sein, wie zum Beispiel Temperatur- und/oder Stromsensoren oder weitere MOSFET-Vorrichtungen. Für die elektrische Verbindung solcher Sensoren kann die Halbleitervorrichtung mindestens eine weitere Klemme aufweisen, die eine Sensorklemme genannt werden kann.
  • Die Halbleitervorrichtungen, wie sie hier beschrieben sind, sind typischerweise getrennte Leistungsvorrichtungen und weisen keine Treiberlogik oder Treiberstufe zum Treiben der getrennten Vorrichtung auf. Ferner kann jede Halbleitervorrichtung nur eine getrennte Halbleitervorrichtung aufweisen, anders als Module, die mindestens zwei Leistungsvorrichtungen aufweisen, um zum Beispiel eine Halbbrücke zu bilden. Die Halbleitervorrichtung kann jedoch auch Module aufweisen, die durch getrennte Halbleitervorrichtungen gebildet werden, wobei für jede getrennte Vorrichtung eine zusätzliche Klemme vorgesehen wird, die in elektrischer Verbindung mit wenigen, vielen oder allen Feldelektroden der jeweiligen getrennten Vorrichtung steht. Es könnte auch möglich sein, eine gemeinsame Klemme für die Feldelektroden der getrennten Vorrichtungen oder eine gemeinsame Klemme für eine Untergruppe getrennter Vorrichtungen vorzusehen.
  • Das Halbleiterbauelement kann aus irgendeinem Halbleitermaterial bestehen, das zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen geeignet ist. Beispiele solcher Materialien weisen, ohne auf sie beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien auf, wie zum Beispiel Silikon (Si), Verbundmaterial-Halbleitermaterialien der Gruppe IV, wie zum Beispiel Silikonkarbid (SiC) oder Silikon-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Galliumnitrid (GaN), Aluminium-Galliumnitrid (AIGaN), Indium-Galliumphosphid (InGaPa) oder Indium-Galliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilber-Kadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige wenige zu nennen. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch Homoübergangs-Halbleitermaterialien genannt. Beim Kombinieren von zwei unterschiedlichen Halbleitermaterialien wird ein Heteroverbindungs-Halbleitermaterial gebildet. Beispiele von Heteroverbindungs-Halbleitermaterialien weisen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Silizium (SixC1-x) und SiGe-Heteroverbindungs-Halbleitermaterial auf. Für Leistungshalbleiteranwendungen werden derzeit in der Hauptsache Si-, SiC- und GaN-Materialien verwendet.
  • 2 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß weiteren Ausführungsformen, die hier beschrieben sind. Die Halbleitervorrichtung 200 ist ähnlich wie die Halbleitervorrichtung 100, die oben unter Bezugnahme auf 1 A beschrieben wurde, wobei der Unterschied in der Positionierung der Barrierenschicht 200 besteht.
  • Insbesondere wird die Barrierenschicht 220 als eine Zwischenschicht in dem mindestens einen Halbleiterbauelement 110 vorgesehen. Als ein Beispiel kann die Barrierenschicht 200 als eine dielektrische Zwischenschicht vorgesehen werden.
  • 3 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung 300, die eine Kapselung gemäß Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, hat. Die Halbleitervorrichtung 300 weist einen Leiterrahmen 310 auf, der mindestens teilweise in die Kapselung 130 eingebettet ist, wobei das mindestens eine Halbleiterbauelement 110 elektrisch mit dem Leiterrahmen 310 verbunden ist.
  • In 3 sind Metallschichten oder Pads, die auf der Oberseite des Halbleiterbauelements 110 ausgebildet sind, mit Bonddrähten an die jeweiligen Klemmen oder Kontaktflächen gebunden. 3 zeigt nur eine erste Klemme 320. Die Oberseite der ersten Klemme 320 bildet das Kontaktpad für die Bonddrähte 310. Die Unterseite und die Außenseite der ersten Klemme 320 sind freigelegt, während die anderen Seiten, inklusive die Kontaktpadseite, vollständig von dem Formstoff der Kapselung 130 gekapselt sind. Eine zweite Klemme 140 wird durch eine große Kontaktfläche gebildet, die unterhalb des Halbleiterbauelements 110, das mit seiner Unterseite an die Oberseite des Endgeräts 140 gelötet ist, eingerichtet ist. Die Lotschicht ist mit dem Bezugszeichen 150 angegeben. Das Löten kann anhand irgendeiner Lötart erfolgen. Die Unterseite der zweiten Klemme 140 ist freigelegt, um einen großen Löt- und Wärmekontakt bereitzustellen.
  • Die Halbleitervorrichtung 300 weist eine Barrierenschicht 320 auf, die eine Öffnung oder Unterbrechung 326 hat. Die Öffnung oder Unterbrechung 326 kann konfiguriert werden, um eine Kontaktfläche für den Bonddraht 310 zum Berühren des Halbleiterbauelements 110 bereitzustellen. Insbesondere kann die Öffnung oder Unterbrechung 326 einen Abschnitt des Halbleiterbauelements 110 freilegen. Bei einigen Umsetzungen kann die Barrierenschicht 320 einen ersten Abschnitt 322 haben, der auf einer ersten Seite der Kontaktfläche vorgesehen ist, und einen zweiten Abschnitt 324, der auf einer zweiten Seite der Kontaktfläche, der ersten Seite entgegengesetzt, vorgesehen ist.
  • Wie oben beschrieben, kann die Halbleitervorrichtung 300 eine Bondverbindung aufweisen, die zum Beispiel eine Sourcemetallisierung des Halbleiterbauelements 110 mit der ersten Klemme 320 elektrisch verbindet, wobei der Bonddraht 310 in die Kapselung 130 eingebettet ist. Bei einer Ausführungsform, die mit irgendeiner anderen Ausführungsform, die hier beschrieben ist, kombiniert werden kann, kann eine Gatemetallisierung elektrisch mit einer dritten Klemme (nicht gezeigt) durch einen anderen Bonddraht, der eine zweite Bondverbindung bildet, der in der Kapselung 130 eingebettet ist, verbunden werden.
  • 4 zeigt eine Querschnittansicht einer Halbleitervorrichtung 400, die eine Kapselung gemäß weiteren Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, hat. Die Halbleitervorrichtung 400 weist einen Leiterrahmen auf, der mindestens teilweise in die Kapselung 130 eingebettet ist, wobei das mindestens eine Halbleiterbauelement 110 elektrisch mit dem Leiterrahmen verbunden ist. Insbesondere kann der Leiterrahmen ein Clip 410 sein.
  • Das Halbleiterbauelement 110 wird auch mit einer Metallschicht, die auf der Unterseite des Halbleiterbauelements 110 ausgebildet ist, an die zweite Klemme 140 gelötet. Die Lötschicht ist an 150 angegeben. Anders als bei 3 kann mindestens die Sourcemetallisierung des Halbleiterbauelements 110 an den Clip 410, der eine Kupferbondverbindung sein kann, gelötet werden. Der Clip 410 wird an die erste Klemme 420 gelötet. Alternativ kann die erste Klemme 420 ein Die-Befestigungspad aufweisen, wobei die Sourcemetallisierung des Halbleiterbauelements 110 an das Die-Befestigungspad gelötet wird. Die Ausführungsform der 4 legt einen niedrigeren Widerstand aufgrund der Kupferclipverbindung dar.
  • Die Halbleitervorrichtung 400 weist eine Barrierenschicht 320 ähnlich der Barrierenschicht, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, auf. Die Öffnung oder Unterbrechung 426 der Barrierenschicht 320 kann größer sein als die Öffnung oder Unterbrechung 326, die in 3 gezeigt ist. Insbesondere kann die Kontaktfläche zwischen dem Clip 410 und dem Halbleiterbauelement 110 größer sein als die Kontaktfläche zwischen dem Bonddraht 310 und dem Halbleiterbauelement 110.
  • Räumliche Bezugsbegriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „ober“, und dergleichen werden zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements in Bezug zu einem zweiten Element zu erklären. Diese Begriffe sollen unterschiedliche Ausrichtungen des Geräts zusätzlich zu unterschiedlichen Ausrichtungen als den in den Figuren abgebildeten einschließen. Ferner werden Begriffe wie zum Beispiel „erster“, „zweiter“ und dergleichen ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben, sie bezwecken jedoch nicht, einschränkend zu sein. In der gesamten Beschreibung beziehen sich ähnliche Begriffe auf ähnliche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „haben“, „enthalten“, „aufweisen“, „umfassen“ und dergleichen unbeschränkte Begriffe, die die Gegenwart der genannten Elemente oder Merkmale angeben, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen. Die Artikel „ein/eine“ und „der/die/das“ etc. sollen Plural sowie Singular umfassen, außer wenn der Kontext es klar anders angibt.

Claims (26)

  1. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400), aufweisend: mindestens ein oder mindestens ein erstes Halbleiterbauelement (110), das ein Halbleitersubstrat aufweist, und eine Barrierenschicht (120, 220, 320), die mindestens auf, in oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, aufweist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ausgebildet ist, um Ionen, die in die Barrierenschicht (120, 220, 320) eindiffundieren, zu immobilisieren.
  2. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1, wobei der Metallkomplexbildner mindestens ein Kronenäther und/oder Kryptand sein kann.
  3. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Kapselung (130) aufweist, die das mindestens eine Halbleiterbauelement (110) und die Barrierenschicht (120, 220, 320) einschließt, wobei die Kapselung (130) spezifisch aus einem Formstoff hergestellt ist, der von dem Polymermaterial der Barrierenschicht (120, 220, 320) unterschiedlich ist.
  4. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 3, wobei die Barrierenschicht (120, 320) mindestens teilweise zwischen dem mindestens einen Halbleiterbauelement (110) und der Kapselung (130) vorgesehen ist.
  5. Halbleitervorrichtung (300, 400) nach Anspruch 3 oder 4, die ferner einen Leiterrahmen (310, 410) aufweist, der mindestens teilweise in die Kapselung (130) eingebettet ist, wobei das mindestens eine Halbleiterbauelement (110) elektrisch mit dem Leiterrahmen (310, 410) verbunden ist.
  6. Halbleitervorrichtung (100, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Barrierenschicht (120, 320) mindestens einen Abschnitt eines Flächenbereichs des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) bedeckt.
  7. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Barrierenschicht (220) als eine Zwischenschicht in dem mindestens einen Halbleiterbauelement (110), insbesondere als eine dielektrische Zwischenschicht, vorgesehen ist.
  8. Halbleiterbauelement (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Konzentration des organischen Metallkomplexbildners, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, in einem Bereich von 1 Mol des organischen Metallkomplexbildners pro 200 g des Polymermaterials bis 1 Mol des organischen Metallkomplexbildners pro 1 500 000 g des Polymermaterials liegt.
  9. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kronenäther mindestens einen 15-Kronen-5 und Derivate davon, 18-Kronen-6 und Derivate davon, 12-Kronen-4 und Derivate davon, 21-Kronen-7 und Derivate davon, 24-Kronen-8 und Derivate davon oder irgendeine Kombination dieser aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kryptand [2.2.2] Kryptand (=1,10-Diaza-4,7,13,16,21,24-hexaoxabicyclo[8.8.8]hexacosan), [2.2.1] Kryptand und/oder Derivate davon aufweist.
  11. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial ein Homopolymer oder Copolymer ist, das aus der Polymerisation von Monomeren resultiert, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Folgenden besteht: Imide, Epoxidharze, Silikone, Monomere, die funktionale Seitenketten haben, Methacrylate und irgendwelche Kombinationen dieser.
  12. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein zweites Halbleiterbauelement (110B) aufweist, wobei die Barrierenschicht (220) zwischen dem ersten Halbleiterbauelement (110A) und dem zweiten Halbleiterbauelement (110B) vorgesehen ist.
  13. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Barrierenschicht (133, 120) zwischen einer inneren Schicht (131) und einer äußeren Schicht (132) der Kapselung (130) vorgesehen ist.
  14. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400), aufweisend: mindestens ein Halbleiterbauelement (110), und eine Barrierenschicht (120, 220, 320), die mindestens auf, in oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ein Polymermaterial und mindestens einen Kryptand, der in dem Polymermaterial eingebettet ist, aufweist.
  15. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400), aufweisend: mindestens ein Halbleiterbauelement (110), und eine Barrierenschicht (120, 220, 320), die mindestens auf, in oder an einem Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) vorgesehen ist, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ein Polymermaterial aufweist, das durch einen kovalent vernetzten organischen Metallkomplexbildner gebildet ist, wobei der Metallkomplexbildner mindestens ein Kronenäther und/oder Kryptand sein kann.
  16. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) ausgebildet ist, um Ionen, die in die Barrierenschicht (120, 220, 320) diffundieren, zu immobilisieren.
  17. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Barrierenschicht (120, 220, 320) als eine lonengetterschicht ausgebildet ist.
  18. Halbleitervorrichtung (100, 200, 300, 400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleitervorrichtung eine Leistungshalbleitervorrichtung ist.
  19. Kapselungsmaterial für eine Halbleitervorrichtung, die ein Polymermaterial und einen organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymermaterial gebunden ist, aufweist.
  20. Kapselungsmaterial nach Anspruch 19, wobei das Polymermaterial Epoxidharz und/oder PBO und/oder PBI und/oder Polyimid und/oder Silikon und/oder BCB und/oder PNB und/oder Polysiloxan und/oder polyaromatische Fluorkohlenstoffe aufweist und der organische Metallkomplexbildner kovalent an das Polymermaterial gebunden ist.
  21. Kapselungsmaterial nach Anspruch 19, wobei das Polymermaterial ein Copolymer aufweist, das (a) ein Polymer aufweist, das Epoxidharz und/oder PBO und/oder PBI und/oder Polyimid und/oder Silikon und/oder BCB und/oder PNB und/oder Polysiloxan und/oder polyaromatische Fluorkohlenstoffe und den organischen Metallkomplexbildner, der kovalent an das Polymer gebunden ist, aufweist, und (b) ein Polymer, das Epoxidharz und/oder PBO und/oder PBI und/oder Polyimid und/oder Silikon und/oder BCB und/oder PNB und/oder Polysiloxan und/oder polyaromatische Fluorkohlenstoffe ohne den organischen Metallkomplexbildner aufweist.
  22. Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, aufweisend: Vorbereiten eines Barrierenmaterials durch (1) kovalentes Binden eines organischen Metallkomplexbildners an ein Polymermaterial und/oder (2) Copolymerisieren eines organischen Metallkomplexbildners und von Monomeren, und (3) Copolymerisieren von Monomeren, die einen organischen Metallkomplexbildner haben, der kovalent an die Monomere gebunden ist, und Monomeren, die keinen organischen Metallkomplexbildner haben, um ein polymerisches Barrierenmaterial zu bilden, und Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei der organische Metallkomplexbildner mindestens Kronenäther und/oder Kryptand aufweist.
  24. Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, aufweisend: Vorbereiten eines Barrierenmaterials durch Einbetten mindestens eines Kryptands in einem Polymermaterial, und Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  25. Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung, die mindestens ein Halbleiterbauelement hat, aufweisend: Vorbereiten eines Barrierenmaterials, das mindestens aus einem Kronenäther und/oder Kryptand besteht, und Auftragen des Barrierenmaterials auf mindestens einen Abschnitt des mindestens einen Halbleiterbauelements, um eine Barrierenschicht zu bilden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, aufweisend: Bereitstellen eines Formstoffs, der von dem Polymermaterial der Barrierenschicht (120, 220, 320) unterschiedlich ist, und Kapseln des mindestens einen Halbleiterbauelements (110) und der Barrierenschicht (120, 220, 320), um ein Kapselungsformteil (130), das aus dem Formstoff besteht, zu bilden.
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