JP2007258712A - パッシベーション層を有するパワー半導体構成要素及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッシベーション層を有するパワー半導体構成要素及びその製造方法の提供。
【解決手段】 半導体本体のエピタクシー法及び／又は拡散法及び構造化プロセスのすべてを実施し、スクリーン印刷法を用いてスクリーン印刷可能な物質でパッシベーションし、前記パワー半導体構成要素（１０）を個別化し、そして、パッシベーションステップの前又は後で主面の部分面を金属化する、製造方法と、当該製造方法によるパワー半導体構成要素。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１個のｐｎ遷移及びパッシベーション層（不活性化層）を有するパワー半導体構成要素及び対応する製造方法に関する。

本発明は、例えば特許文献１から知られるようなパワー半導体構成要素を出発点としている。この文献には、一方で、パッシベーション層の機能、他方で、メサ構造を有するパワー半導体構成要素の構造が詳細に示されている。

この文献から、一次パッシベーション層として、例えば、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド又は同様にアモルファスの水素含有炭素からなる層を有するパワー半導体構成要素が公知である。さらに、メサ構造ならびに平坦構造のパワー半導体構成要素のこのような一次パッシベーション層は、典型的にはリソグラフィ構造化された層の層順序から構成されることが知られている。この層順序は、例えば、一酸化シリコンと、ポリシリコンと、窒化シリコンからなる別の層とからなる層順序であることができる。一次パッシベーション層を形成するこのような層又は層順序は、公知の技術の半導体構成要素の製造によって、製造かつ構造化することができる。

従来技術によれば、このような一次パッシベーション層は、特に、機械的及び化学的影響から保護するために、二次パッシベーション層によって、例えば、いわゆるフォトイミドで覆われる。この保護は、例えば、基板とのパワー半導体構成要素の半田技術による結合の場合に、あるいはこのパワー半導体構成要素によって構成された工業用分野のパワー半導体モジュールを使用する場合にも必要である。ここで、フォトイミドとは、スピンオン蒸着法によってウエハ結合部のパワー半導体構成要素に適用され、次に構造化され、部分的に化学的に、好ましくは湿化学的に再び除去され、かつ別のステップで重合化されるポリイミドと理解される。

例えば、特許文献２から、より平坦な構造のパワー半導体構成要素の表面にスピンオンされ、次に焼結され、かつ構造化されるガラス、好ましくは鉛ガラスからなるパッシベーション層が公知である。ガラスからなる一次パッシベーション層は、通常、別の二次パッシベーション層によって覆われないが、この理由は、この二次パッシベーション層が大部分の周囲条件に対し十分な抵抗性を有するからである。

独国特許出願公開第４０１３４３５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第４４１０３５４Ａ１号明細書

本発明の課題は、簡単に製造できかつより廉価なパッシベーション層を用いて、対応する部分面が覆われ、その際、このパッシベーション層がパワー半導体構成要素を機械的及び化学的な影響から保護する、パワー半導体構成要素、ならびに対応する製造方法を提供することである。

上記課題は、本発明によれば、請求項１と５の特徴手段によって解決される。好ましい実施形態が下位請求項に記載されている。

本発明の構想は、その基体が第１の導電率を有する半導体本体から構成されるパワー半導体構成要素を出発点としている。さらに、半導体本体は、第２の導電率を有する少なくとも１つの部分体又は領域を備える。これによって、パワー半導体構成要素の少なくとも１つのｐｎ遷移が形成される。原則として、このようなパワー半導体構成要素の半導体本体に関し、２つの構造の変形例が知られている。第１の形態は、いわゆるメサ構造として知られ、一方、第２の形態は、いわゆる平坦構造によって形成される。本発明は、両方の公知の構造に関する。

上述の形態のパワー半導体構成要素は、例えばダイオード、サイリスタ又はトランジスタである。このようなパワー半導体構成要素の半導体本体の部分体又は領域の異なる導電率の領域は、エピタクシー法、拡散法及び構造化プロセスを適切に組み合わせることによって形成される。さらに、パワー半導体構成要素の形成に必要なことは、接触面に対する金属化法である。

従来技術に応じて、このようなパワー半導体構成要素は、少なくとも１つの主面の少なくとも１つの部分面を有する。上記少なくとも１つの部分面はパッシベーション層によって覆われなければならない。この場合、ｐｎ遷移が半導体本体の外面に達する部分面は覆われることが好ましい。

本発明によれば、少なくとも１つのパッシベーション層は、例えばポリイミドのようなスクリーン印刷可能な物質からなる層として形成されている。パッシベーション及び金属化のプロセスステップの順序は、本発明の有効性にとって重要ではない。

上述のすべての加工段階は、ウエハ結合部において、個々のパワー半導体構成要素への個別化の前に行われることが好ましい。

本発明によれば、上述の一次パッシベーション層の少なくとも１つに、スクリーン印刷法によって、スクリーン印刷可能なポリイミドから構成されるこの一次パッシベーション層を覆う二次パッシベーション層が被着される。

スクリーン印刷のプロセスステップに続きスクリーン印刷可能な物質のキュアプロセスを行うこと、さらにパワー半導体構成要素を個別化することが好ましい。

本発明の解決方法について、図１〜図３の実施形態を参照してさらに説明する。

図１は、ウエハ結合部の平坦構造を有する第１の本発明によるパワー半導体構成要素１０を概略的に示している。第１半導体構成要素１０ａ及び第２のパワー半導体構成要素１０ｂの周辺領域がそれぞれ示され、ならびに線４０が示されおり、この線に沿って、すべての製造ステップ後に個別化が行われる。それぞれのパワー半導体構成要素１０の半導体本体は、第１の導電率の基体１２ならびに第２の導電率の拡散領域１４を備え、これによって、ｐｎ遷移が形成される。代替的に又は追加して、パワー半導体構成要素１０は、エピタクシー法によって製造された領域も備えることができ、これによって、本発明は限定されない。

別の構造として、パワー半導体構成要素１０の周辺領域の第２の導電率のポテンシャルリング１６が示唆される。このポテンシャルリング１６、及びｐｎ遷移がパワー半導体構成要素１０の第１の主面に達する領域は、パッシベーション層３０によって覆われる。このパッシベーション層３０は、スクリーン印刷可能な物質、ここではポリイミドから成っている。

このポリイミドが少なくとも７μｍの層厚、少なくとも３２０００ｃｐｓの動粘性並びに２〜５のチキソトロピー指数を有するならば、特に好ましい。ポリイミドの温度安定性は好ましくは少なくと４４０℃でなければならない。ポリイミドのスクリーン印刷のために、２００〜３２５の印刷スクリーンメッシュサイズが特に好ましい。

スクリーン印刷されたポリイミドからなる本発明によるパッシベーション層３０は、その周辺領域３２で、パワー半導体構成要素の電気接触面として機能する金属化部５０によって部分的に覆われる。

図２は、ウエハ結合部の平坦構造を有する第２の本発明によるパワー半導体構成要素１０を概略的に示している。半導体本体は、図１と同様に形成される。

第１の部分金属化部５０ａは、第２の導電率の領域１４を覆い、パワー半導体構成要素の電気接触層を形成する。第１の部分金属化部と好ましくは同一に形成される第２の部分金属化部５０ｂは、個別化が実施される領域を覆う。両方の部分金属化部５０ａ／ｂは、その周辺領域において、パッシベーション層としてのスクリーン印刷されたポリイミド３０によって部分的に覆われる。３００℃超に加熱することによるスクリーン印刷プロセスに続く重合化プロセスによって、ポリイミドは凸状の表面を形成する。

上述のポリイミドの代わりとして、ラッカーやゴム化合物のような他のスクリーン印刷可能な有機物質もスクリーン印刷法におけるパッシベーション層として適用可能である。

図３は、ウエハ結合部のメサ構造を有する本発明によるパワー半導体構成要素１０ｃ／ｄ／ｅの半導体本体を概略的に示している。第１の導電率の基体１２ならびに第２の導電率の２つの拡散領域１４が示されている。この形態は、パワーサイリスタの基本的な完全でない形態に対応する。

パッシベーション層３４は、ここでは、懸濁液として本発明によるスクリーン印刷法を用いて半導体本体の溝１８内に配置された鉛ガラス層として形成されている。この場合、鉛ガラス懸濁液は、それぞれの溝１８をほとんど完全に充填する。更なるプロセスステップにおいて、懸濁液はガラス化される。このようなパワー半導体構成要素１０ｃ／ｄ／ｅの引き続いての個別化は、再び線４０に沿って行われる。

鉛ガラスが、メサ構造のパワー半導体構成要素において、少なくとも２０μｍのｐｎ遷移にわたる層厚となるのが、特に好ましい。パッシベーション層として、５００℃より小さな焼結温度のガラスを用いるのが、特に好ましい。

平坦構造を有する第１の本発明によるパワー半導体構成要素の図面である。 平坦構造を有する第２の本発明によるパワー半導体構成要素の図面である。 メサ構造を有する本発明によるパワー半導体構成要素の図面である。

符号の説明

１０ パワー半導体構成要素
１０ａ 第１のパワー半導体構成要素
１０ｂ 第２のパワー半導体構成要素
１２ 第１の導電率の基体
１４ 第２の導電率の拡散領域
１６ ポテンシャルリング
１８ 半導体本体の溝
２０ 一次パッシベーション層
３０ 二次パッシベーション層、ポリイミド
３２ 重なり合い、ポリイミド
３４ ポリイミド
４０ 線
５０ 金属化部
５０ａ 第１の部分金属化部
５０ｂ 第２の部分金属化部

Claims (10)

1. 少なくとも１個のｐｎ遷移と、主面の部分面に配列された少なくとも１つのパッシベーション層（３０、３４）とを有する半導体本体を備えるパワー半導体構成要素（１０）であって、
   前記パッシベーション層（３０、３４）が、スクリーン印刷可能な物質（３０、３４）から成る層として形成されている、パワー半導体構成要素（１０）。
2. 前記パワー半導体構成要素（１０）が、メサ構造又は平坦構造で形成される、請求項１に記載のパワー半導体構成要素（１０）。
3. スクリーン印刷可能な物質が、ポリイミド、ラッカー又はゴムのような有機物質として形成されている、請求項１に記載のパワー半導体構成要素（１０）。
4. スクリーン印刷可能な物質が、ガラス状の無機物質として形成されている、請求項１に記載のパワー半導体構成要素（１０）。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワー半導体構成要素（１０）の製造方法であって、
   半導体本体のエピタクシー法及び／又は拡散法及び構造化プロセスのすべてを実施するステップと、
   スクリーン印刷法を用いてスクリーン印刷可能な物質（３０，３２，３４）でパッシベーションするステップと、
   前記パワー半導体構成要素（１０）を個別化するステップと、
   そして、パッシベーションステップの前又は後で主面の部分面を金属化するステップと、
   を特徴とする方法。
6. 前記スクリーン印刷可能な物質（３０）が、少なくとも７μｍの層厚と、少なくとも４４０℃までの温度安定性と、少なくとも３２０００ｃｐｓの動粘度と、少なくとも２のチキソトロピー指数とを有するポリイミドとして形成されている、請求項５に記載の方法。
7. 前記スクリーン印刷可能な物質（３０）が、少なくとも２０μｍの層厚と、５００℃未満の焼成温度とを有する鉛ガラス懸濁液として形成されている、請求項５に記載の方法。
8. 前記スクリーン印刷のプロセスステップに、スクリーン印刷可能な物質（３０、３２、３４）のキュアプロセスが続く、請求項５に記載の方法。
9. 前記スクリーン印刷法を用いて、溝（１８）が、ウエハ結合部に配置されたメサ構造のパワー半導体構成要素（１０）によって、少なくとも部分的にスクリーン印刷可能な物質
   （３４）で充填される、請求項５に記載の方法。
10. 前記スクリーンが、２００〜３２５のメッシュサイズを有する、請求項５に記載の方法。

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