DE2751517A1 - Oberflaechenpassiviertes halbleiterbauelement mit einer halbleiterscheibe und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Oberflaechenpassiviertes halbleiterbauelement mit einer halbleiterscheibe und verfahren zur herstellung desselben

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Description

  • Oberflächenpassiviertes Halbleiterbau-
  • element mit einer Halbleiterscheibe und Verfahren zur Herstellung desselben" Die Erfindung bezieht sich auf ein oberflächenpassiviertes Halbleiterbauelement mit einer Halbleiterscheibe und Verfahren zur Herstellung desselben, bei der flächenhafte pn-Übergänge schneidende Oberflächenteile mit einem Passivierungsüberzug aus einem organischen Polymermaterial bedeckt sind.
  • Bekanntlich werden zur Passivierung und Einkapselung von Halbleiterbauelementen häufig synthetische Hochpolymere verwendet, wie z.B. Silikonharze, Silikonkautschuk, Epoxidharze ferner auch Polyimide, Polyesterimide und Polyhydantoine.
  • Diese Polymermaterialien genügen zumeist nicht in allen Punkten den an eine Oberflächenpassivierung von Halbleiterelementen gestellten Anforderungen wie Temperaturbeständigkeit, Haftfestigkeit, Sperrvermögen gegenüber Feuchtigkeit,und sind teilweise überdies auf eine Halbleiteroberfläche schwierig aufzubringen.
  • Durch die Entwicklung und Darstellung einer Reihe von Fluorpolymeren, insbesondere Copolymeren mit günstigen Verarbeitungseigenschaften, haben fluorierte Kunststoffe indessen eine zunehmende Bedeutung erlangt. Von den Eigenschaften dieser Kunststoffe sind hervorzuheben die Unbrennbarkeit, die thermische und chemische Beständigkeit, fehlendes Absorptionsvermögen gegenüber Wasser, geringer dielektrischer Verlustfaktor und gutes Isolationsvermögen, das in einem weiten Frequenzbereich nahezu unabhängig von Umgebungseinflüssen ist, und schließlich die glatte Oberfläche und damit einhergehend die geringe Benetzbarkeit der Oberfläche.
  • Es erscheinen deshalb auch fluorierte Kunststoffe, wie beispielsweise das als Teflon bekannte Polytetrafluoräthylen (PTFE), sowie auch Tetrafluoräthylen Hexafluorpropylen-Copolymerisat (FEP), Äthylen/Tetrafluoräthylen-Copolymerisat (ETFE), Tetrafluoräthylen/Trifluorchloräthylen-Copolymerisat u.a. als Material für Oberflächenpassivierungen von Halbleiterkörpern geeignet.
  • Vorgeschlagen in der deutschen Patentanmeldung P 27 26 667.7 ist ein Verfahren, wonach pulverisierte fluorhaltige Polymerisate elektrostatisch auf die Oberfläche eines Halbleiterbauelementes aufgesprüht und anschließend aufgeschmolzen werden, so daß ein gleichmäßiger Kunststoffilm entsteht. Derart hergestellte Passivierungsschichten sind leicht herzustellen und haben den Vorteil, daß die Oberfläche des Halbleiters nahezu unabhängig von Umgebungseinflüssen elektrisch stabilisiert wird.
  • Wegen der unterschiedlich großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleitermaterials (Silicium bzw. Germanium) und der Fluorkunststoffe, sowie wegen des geringen Haftvermögens vieler fluorierten Polymerisate, insbesondere auf geätztem Halbleitermaterial, ist es einerseits vorteilhaft, dünne Polymerschichten (<50 /um) aufzubringen, um zu verhindern, daß Risse in der Schicht sich bilden oder sich die Schicht von der Halbleiteroberfläche infolge von Temperaturlastwechsein oder infolge mechanischer Beanspruchung ablösen kann. Andererseits wird jedoch bei Halbleiterbauelementen hoher Leistung wegen der an der Oberfläche auftretenden hohen Feldstärken des in Sperrichtung gepolten pn-Überganges ein das Sperrvermögen stabil erhaltender schützender schichtartiger Überzug mit einer Schichtstärke bis zu 100 /um und mehr verlangt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen schichtartigen Überzug zur Verwendung von fluorierten oder teilfluorierten Kunststoffen als Passivierungsmaterial verfügbar zu machen, der bei jeder gewünschten Schichtstärke mechanisch stabil ist, so daß er nicht zur Bildung von Rissen und zur Schichtablösung neigt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da ein zweischichtiger polymerer Schutzüberzug zur Oberflächenpassivierung dient, bestehend aus einer, die pn-Übergänge an der Halbleiteroberfläche bedeckende, ersten Schicht aus einem fluorhaltigen Polymerisat und darauf aufgebracht einer zweiten Schicht aus einem elastischem Polymermaterial, beispielsweise Silikonkautschuk.
  • In diesem zweischichtigen Passivierungsüberzug schützt der fluorierte Kunststoff der ersten Schicht die Halbleiteroberfläche und macht sie unabhängig von den Umgebungseinflüssen elektrisch nahezu stabil.
  • Hierfür sind fluorhaltige Polymerisate geeignet, die, weiterhin erfindungsgemäß, wahlweise aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Äthylen, oder aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen oder aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Trifluoräthylen zusammengesetzt sind.
  • Die auf der erwähnten ersten Schicht aufgebrachte zweite elastische Schicht aus Polymermaterial bildet einen mechanischen Schutz des Passivierungsüberzugs, der als Ganzes die Spannungssperrfähigkeit eines Halbleiterbauelementes sichert.
  • Wegen der glatten Oberfläche und damit im Zusammenhang stehend geringen Benetzbarkeit der Oberfläche von Fluorkunststoffen läßt sich normalerweise keine gute Haftung von Polymermaterialien auf Fluorkunststoffen erzielen. Diesem Mangel kann dadurch abgeholfen werden, daß einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß vor dem Aufbringen der zweiten elastischen Schutzschicht die Oberfläche der Fluorpolymerschicht mit einem Ätzmittel behandelt wird, das die an der Oberfläche vorhandenen Fluoratome angreift, aus dem Molekülverband herausbricht und sie bindet. Es sind bestimmte Alkalimetallverbindungen, insbesondere Natriumverbindungen als Ätzmittel geeignet.
  • Durch diese Behandlung wird erreicht, daß elastische polymere Schutzschichten auf fluorierten oder teilfluorierten Kunststoffen selbst unter mechanischer, thermischer und klimatischer Beanspruchung sehr gut haften. Das Verfahren erschließt die Anwendung fluorierter Polymere zur Oberflächenpassivierung bei Halbleiterbauelementen großer Leistung, bei denen an die Oberflächenpassivierung hohe Anforderungen aus dem Spannungssperrvermögen und aus der verlangten Stabilität derselben gestellt sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Herstellung eines zweischichtigen Passivierungsüberzugs bei einem Halbleiterbauelement betreffend, dargestellt, das im folgenden beschrieben wird. Es zeigen Figur 1 und 2 einen Durchmesserschnitt eines Halbleiterbauelementes gemäß der Erfindung.
  • Nach Figur 1 besteht das Halbleiterbauelement 1 aus einer an ihrem Rand abgeschrägten Scheibe 2 aus geeignetem Halbleitermaterial mit einer großflächigen Kontakt- oder Stützelektrode 3. Die Scheibe 2 enthält zwei oder mehr Zonen mit in einer Schichtfolge wechselndem Leitfähigkeitstyps und flächenhafte pn-Übergänge, die zwischen aneinanderliegenden Zonen unterschiedlichen leitfähigkeitstyps bestehen und an die Oberfläche 6 der Scheibe 2 stoßen. Um die an die Oberfläche stoßenden Teile dieser pn-Übergänge durch Bedecken mit geeignetem Uberzugsmaterial zu passivieren, wird mit einem ersten Verfahrensschritt eine erste Schicht 7 aus einem fluorierten Polymerisat als zusammenhängender Film mit einer Schichtdicke kleiner als 50 /um auf die Scheibenoberfläche 6 unmittelbar aufgebracht. Dazu kann eine Pulverbeschichtung der Oberfläche angewendet werden, indem ein Fluorkunststoffpulver aufgebracht wird, das durch eine Wärmebehandlung aufgeschmolzen und anschließend abgekühlt wird, so daß ein zusammenhängender Überzug 7 entsteht.
  • Eine derart hergestellte Oberflächenpassivierung eines Halbleiterbauelementes mittels nur einer Überzugsschicht aus einem teilfluorierten Kohlenwasserstoffpolymer ist Gegenstand der erwähnten deutschen Patentanmeldung P 27 26 667.7.
  • Um eine ausreichende Haftung des Überzuges 7 auf der Oberfläche 6 zu erhalten, wird vorzugsweise ein teilfluoriertes Kohlenwasserstoffpolymerisat, z.B. ein Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Äthylen angewendet. Auch andere Fluorkunststoffe mit gutem dielektrischen Verhalten sind anwendbar, sofern eine ausreichende Haftung des Polymermaterials auf dem Halbleitermaterial zu erreichen ist und der filmartige Überzug porenfrei mit einer gleichmäßigen Schichtdicke kleiner als 50 /um aufgebracht werden kann. Es folgt nun eine Ätzbehandlung der Uberzugsschicht 7 mit einem alkalimetallhaltigen Ätzmittel, um die optimale Haftung einer zweiten Überzugsschicht 8 auf dem fluorierten Kunststoff 7 zu erhalten.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird nun auf die mit einer ersten Überzugsschicht versehene Halbleiterscheibe nach der Ätzbehandlung der Überzugsschicht 7 eine Uberzugsschicht aus einem elastischem Polymermaterial als zweite Schicht 8 aufgebracht. Als Material dafür sind insbesondere Silikonharze oder Silikonkautschuke geeignet, jedoch sind auch polymere Systeme auf Epoxidharzbasis für die Schicht 8 geeignet und verwendbar, die unterhalb der Schmelztemperatur des jeweils verwendeten Fluorkunststoffes erhärten. Bei den meisten fluorhaltigen Polymerisaten liegt die Schmelztemperatur oberhalb von 200 OC, während demgegenüber die erwähnten polymeren Systeme bei Temperaturen von 150 bis 200 OC erhärten, so daß diese für die zweite Überzugsschicht 8 als Schutzschicht geeignet sind. In bevorzugter Ausführungsweise wird die zweite Schicht 8 nicht nur aufkler ersten Schicht, sondern auch auf den Mantelflächen der Kontaktelektroden 4 und 5 aufgebracht, worauf sie ebenfalls gut haftet und überdies noch zur Fixierung der Kathodenelektrode benutzt werden kann. Als weiteres Material für die Überzugsschicht 8 kommen Gießharze auf Silikon- oder Epoxidharzbasis in Betracht. Zur Herstellung einer solchen Schutzschicht 8 wird eine, wie oben beschrieben, vorbereitete Halbleiterscheibe mit einer aufgebrachten ersten Schicht 7 in eine passend dimensionierte Gießform gebracht und bis zur Höhe der Elektrode 5 mit einem Polymermaterial geeigneter Viskosität umgossen, alsdann zum Aushärten des Kunststoffs einer Wärmebehandlung unterworfen und anschließend dem Formkörper entnommen, wobei eine Bauelement-Kontur wie in Fig. 2 dargestellt entsteht.
  • Der Hauptvorteil der Erfindung wird in der Schaffung einer wirksamen Oberflächenpassivierung für hochsperrende Halbleiterbauelemente großer Leistung gesehen, durch die hohes Spannungssperrvermögen dieser Bauelemente aufrechterhalten wird und die Halbleiteroberfläche vor Umgebungseinflüssen geschützt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist zur Oberflächenpassivierung planarer Halbleiter gleichfalls anwendbar. Es sind schließlich Halbleiterbauelemente mit erfindungsgemäßer Oberflächenpassivierung auch in nicht hermetisch gekapselten Gehäusen bei hohen Betriebsspannungen anwendbar.
  • leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche j0berflächenpassiviertes Halbleiterbauelement mit einer Halbleiterscheibe, bei der flächenhafte pn-Übergänge schneidende Oberflächenteile mit einem Passivierungsüberzug aus einem organischen Polymermaterial bedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweischichtiger polymerer Schutzüberzug zur Oberflächenpassivierung dient, der aus einer ersten Schicht (7) aus einem fluorhaltigen Polymerisat und darauf aufgebracht einer zweiten Schicht (8) aus einem elastischen Polymermaterial besteht.
  2. 2) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus fluorhaltigem Polymerisat bestehende Schicht (7) aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Äthylen zusammengesetzt ist.
  3. 3) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus fluorhaltigem Polymerisat bestehende Schicht (7) aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen zusammengesetzt ist.
  4. 4) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus fluorhaltigem Polymerisat bestehende Schicht (7) aus einem Copolymerisat von Tetrafluoräthylen und Trifluorchloräthylen zusammengesetzt ist.
  5. 5) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aus Silikonkautschuk bestehende zweite Uberzugsschicht (8).
  6. 6) Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine aus einem Polymermaterial auf Epoxidharzbasis bestehende zweite Uberzugsschicht, welches Material bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des als erste Uberzugsschicht (7) dienenden fluorhaltigen Polymerisats erhärtet.
  7. 7) Verfahren zur Herstellung eines oberflächenpassivierten Halbleiterbauelementes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Uberzugsschicht (7) aus einem fluorhaltigen Polymerisat vor dem Aufbringen der zweiten Uberzugsschicht (8) aus Polymermaterial einer Ätzbehandlung mittels einer Alkalimetallverbindung unterworfen wird.
  8. 8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimetallverbindung Natrium enthält.
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