JP2009212342A

JP2009212342A - 半導体装置

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Publication number: JP2009212342A
Application number: JP2008054630A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Okada; 真一岡田; Yoshitaka Sugawara; 良孝菅原; Ryoji Kimura; 凌治木村; Seiichi Saito; 誠一斎藤; Takashi Sueyoshi; 孝末吉
Original assignee: Adeka Corp; Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Adeka Corp; Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-05
Also published as: JP5083822B2

Abstract

【課題】高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と支持体との密着性を向上できる半導体装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置は、ＧＴＯサイリスタ素子１を覆う被覆部１５が、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有する珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錆体を含有する第１の珪素含有硬化性組成物で形成されている。また、被覆部１５および支持体１１上のアノード端子５,ゲート端子８を覆う被覆部１６が、上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合した第２の珪素含有硬化性組成物で形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、例えば耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置に関する。

炭化珪素(以下、ＳｉＣと記す)等のワイドギャップ半導体材料は、シリコン(以下、Ｓｉと記す)に比べて、エネルギーギャップが大きく絶縁破壊電界強度も約１桁大きい等の優れた物理特性を有しているため、高耐熱かつ高耐電圧のパワー半導体装置に用いるのに好適である。

従来、ＳｉＣを用いた高耐電圧半導体装置では、例えば高逆耐電圧を有するＳｉＣ半導体素子を金属製のパッケージ内に収納し、このパッケージ内に六弗化硫黄ガス等の絶縁用ガスを充填している。これにより、上記ＳｉＣ半導体素子の高電圧が印加される電極間の周囲の空間における絶縁性を高めている。

ここで、上記六弗化硫黄ガスは絶縁用ガスとしては優れた絶縁性を持つが、地球温暖化防止の観点からは使用を避ける必要がある。また、特に、高い絶縁性を得るためには、半導体装置内に充填する六弗化硫黄ガスの圧力を常温で２気圧程度にする必要がある。よって、上記半導体装置の使用中に温度が上昇すると、この圧力は２気圧以上に高くなるので、上記半導体装置のパッケージを相当堅牢にしないと爆発やガス漏れの危険性がある。

一方、特許文献１(特開２００６−２０６７２１号公報)では、上記六弗化硫黄ガス以外の物質で半導体装置の高絶縁性を保つために使用される優れた絶縁性を有する材料が提案されている。この材料は、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を有する有機珪素ポリマーとシロキサンによる線状連結構造を有する有機珪素ポリマーとをシロキサン結合により連結させた有機珪素ポリマー同士を、付加反応により生成される共有結合で連結させて三次元の立体構造に形成した合成高分子化合物である。この合成高分子化合物で半導体素子(半導体チップ)全体を覆うように塗布し、常温から２００℃程度の温度に加熱して硬化させることで、上記半導体素子の高い絶縁性を保ち耐電圧を高くすることができる。

また、特許文献１では、図３に示す半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体素子１０１に合成高分子化合物を塗布して被覆しさらに熱硬化させた熱硬化被覆１０２を有する。そして、この半導体装置は、この熱硬化被覆１０２の表面酸化を防止するため、窒素雰囲気中で金属キャップ１０３を支持体１０４に取り付けて溶接し、内部空間１０５に窒素ガスを充たしたものである。なお、図３において、１０６,１１０は端子、１０７,１１１は端子１０６,１１０と支持体１０４とを絶縁する絶縁体、１０８,１１２は半導体素子１０１を端子１０６,１１０に接続するリード線である。

ところで、上記半導体装置では、金属キャップ１０３と支持体１０４とを溶接する際、溶接部１０９に上記被覆１０２をなす合成高分子化合物がわずかでも付着していると、溶接が不完全となる。すると、窒素ガスを充たしている内部空間１０５に空気が流入する。この状態で半導体装置を長時間使用すると、装置内部の熱硬化物である被覆１０２が酸化劣化してしまい、被覆１０２の絶縁性が低下する。また、金属キャップ１０３と支持体１０４は窒素雰囲気中にて溶接する際、特殊な治具を必要とするので、溶接作業には多くの時間とコストを要する。

一方、トランジスタやＩＣ等に使用されている一般的なエポキシ樹脂を用いて半導体装置をモールドすれば金属キャップは不要になるが、エポキシ樹脂は高温での柔軟性が乏しく、２００℃以上になるとガラス化して硬くなってしまう。このため、半導体素子の温度が通電時の高温状態からオフ時の室温状態に戻ると、エポキシ樹脂の内部に多数のクラックが発生し、高電界には耐えることができず、耐電性はよくない。

これに対して、上述の合成高分子化合物は高温でも柔軟性を保持するが、この合成高分子化合物を硬化して半導体装置をモールドした場合、この合成高分子化合物と支持体との線膨張係数の違いにより、温度の上昇と降下を繰り返すとモールドが剥がれてしまうという問題がある。
特開２００６−２０６７２１号公報特開２００６−２８３０１２号公報

そこで、この発明の課題は、高耐熱性と高耐電圧性を達成できると共に半導体素子の被覆部と半導体素子の支持体との密着性を向上できる半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、半導体素子と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された被覆部とを備え、
上記珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｃ)成分のうちの少なくとも一つの珪素含有重合体を含有し、かつ、下記の(Ｄ)成分および(Ｅ)成分および(Ｆ)成分を含有し、かつ、上記(Ｃ)成分を含有しない場合は上記(Ａ)成分および(Ｂ)成分の両方を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴とする半導体装置。

(Ａ)成分：Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ_２、Ｓｉ−Ｒ^１−ＣＨ＝ＣＨ_２およびＳｉ−Ｒ^１−ＯＣＯＣ(Ｒ^２)＝ＣＨ_２ [式中、Ｒ^１は炭素数１〜９のアルキレン基またはフェニレン基であり、Ｒ^２は水素またはメチル基である]からなる群から選ばれる反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらにＳｉ−Ｈ基を有するものは除く)
(Ｂ)成分：Ｓｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらに上記反応基(Ａ')を有するものは除く)
(Ｃ)成分：上記反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、さらにＳｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｅ)成分：鉄族含有錯体
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
この発明の半導体装置では、上記半導体素子を覆うと共に電気接続部の少なくとも一部を被覆する被覆部を、珪素含有硬化性組成物で作製した。そして、この珪素含有硬化性組成物は、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錯体を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している。これにより、この発明の半導体装置によれば、上記被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記被覆部は上記セラミックスが配合されたことで線膨張係数が小さくなり、例えば銅等の金属で作製されて半導体素子を支持する支持体との線膨張係数の差が小さくなるので、被覆部と支持体との密着性を向上できる。

また、上記セラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記被覆部をなす上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックスの体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、半導体素子および支持体との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記被覆部をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。

なお、上記(Ｄ)成分の白金系触媒は、白金、パラジウム及びロジウムの一種以上の金属を含有し、ヒドロシリル化反応を促進する触媒であり、公知のものを用いることができる。ヒドロシリル化反応用の触媒として用いられる該白金系触媒としては、白金−カルボニルビニルメチル錯体、白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体、白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体、白金−オクチルアルデヒド錯体等が挙げられるほか、これらの触媒における白金を、同じく白金系金属であるパラジウムまたはロジウムに代えた化合物が挙げられ、これらは一種で用いてもよく又は二種以上を併用してもよい。硬化性の点から、白金を含有するものが好ましく、具体的には、白金−カルボニルビニルメチル錯体が特に好ましい。また、クロロトリストリフェニルホスフィンロジウム(I)等の、上記白金系金属を含有するいわゆるＷｉｌｋｉｎｓｏｎ触媒も、(Ｄ)成分の白金系触媒に含まれる。

また、上記(Ｅ)成分の鉄族含有錯体は、鉄、ルテニウムおよびオスミウムのいずれか一種以上を含有する錯体であれば特に限定されないが、その具体例としては、鉄(III)アセチルアセトネート、ヘミン誘導体、鉄(III)ジフェニルプロパンジオネート、鉄(III)アクリレート、鉄(III)メソ−テトラフェニルポルフィリンクロライド、鉄(III)トリフルオロペンタンジオネート、鉄カルボニル錯体、ルテニウムカルボニル錯体等が挙げられる。耐熱性、電気特性、硬化性、力学特性、保存安定性およびハンドリング性の点から、鉄(III)アセチルアセトネートが好ましい。
また、上記(Ｆ)成分のセラミックス粒子の例としては、コロイダルシリカ、シリカフィラー、シリカゲル、マイカやモンモリロナイト等の鉱物、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、二酸化珪素等の金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素等のセラミックス等が挙げられる。耐熱性の点から、酸化アルミニウムが好ましい。

また、この発明によれば、上記硬化物の線膨張係数が５０ｐｐｍ/℃以上なので、半導体素子および金属製の支持体との密着性が良く、かつ、上記硬化物の線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃以下なので、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られる。

また、一実施形態の半導体装置では、上記被覆部を第１の被覆部とし、
上記半導体素子を覆うと共に上記第１の被覆部で覆われており、かつ、上記(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｃ)成分のうちの少なくとも一つの珪素含有重合体を含有し、かつ、上記(Ｄ)成分および(Ｅ)成分を含有し、かつ、上記(Ｃ)成分を含有しない場合は上記(Ａ)成分および(Ｂ)成分の両方を含有する珪素含有硬化性組成物からなる第２の被覆部を有する。

この実施形態の半導体装置によれば、高い耐熱性と高い耐電圧性を有すると共に高い柔軟性を有する第２の被覆部でもって、半導体素子を絶縁できる。

また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体であるＳｉＣで作製されたＳｉＣ半導体素子またはワイドギヤップ半導体であるＧａＮで作製されたＧａＮ半導体素子である。

この実施形態の半導体装置によれば、ＳｉＣもしくはＧａＮワイドギヤップ半導体素子をモールドする第１の被覆部と支持体との密着性を向上できると共に高耐熱性,高耐電圧性を有する半導体装置を実現できる。

また、一実施形態の半導体装置では、上記第１の被覆部の珪素含有硬化性組成物が、硬化性およびハンドリング性の点から、体積充填率が４０〜７０％のセラミックス粒子を含有することが望ましい。

この発明の半導体装置によれば、シロキサン(Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合体)による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒、および鉄族含有錯体を含有すると共に充填剤として絶縁性のセラミックスを配合している珪素含有硬化性組成物で作製した被覆部で半導体素子を被覆したことで、高い耐熱性と高い耐電圧性を有するモールド型半導体装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、この発明の半導体装置の第１実施形態の断面図である。この第１実施形態の半導体装置は、耐圧５ｋＶのＳｉＣ−ＧＴＯサイリスタ装置であり、半導体素子としてＳｉＣのＧＴＯ(ゲート・ターン・オフ)サイリスタ素子１を備える。

このＧＴＯサイリスタ素子１のアノード電極２はアルミニウム製のリード線３によりアノード端子５の上端に接続されている。また、サイリスタ素子１のゲート電極６は金製のリード線７によりゲート端子８の上端に接続されている。このリード線３,７と、アノード端子５およびゲート端子８は電気接続部である。

カソード電極１０はカソード端子であるパッケージの銅製の支持体１１に金シリコンの高温半田を用いて電気的接続を保って取り付けられている。アノード端子５およびゲート端子８はそれぞれの絶縁材１２および１３で支持体１１との間の絶縁を保ちつつ支持体１１を貫通して固定されている。

ＧＴＯサイリスタ素子１の全面およびリード線３,７とＧＴＯサイリスタ素子１との接続部近傍を覆うように、第２の被覆部である被覆部１５となる第１の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この被覆部１５として使用される第１の珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程１から合成工程５によって合成した。なお、この合成工程１〜５において「部」とは重量部を表す。上記第１の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより被覆部１５が得られる。

さらに、この第１実施形態では、上記被覆部１５の全面および支持体１１の上面１１Ａから突き出したアノード端子５およびゲート端子８の全面を覆うように、第１の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物が塗布されている。この第１の被覆部１６として使用される第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第１の被覆部１６が得られる。また、上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。

〔合成工程１〕フェニルトリメトキシシランを７５部およびメチルトリエトキシシランを２５部混合し、さらに０.４％のリン酸水溶液を８６部加え、水酸化ナトリウム水溶液でこの反応液を中和した後、６０℃にて３０分間撹拌した。反応後、９００部のトルエンを加えながらエタノールおよび水を留去することで(共沸)、第１の珪素含有重合体前駆体を得た。ＧＰＣ(ゲル浸透クロマトグラフィー)による分析の結果、得られた第１の珪素含有重合体前駆体の重量平均分子量(Ｍｗ)は５０００であった。

〔合成工程２〕９０部のジクロロジメチルシランおよび９部のジクロロジフェニルシランを混合し、１００部のイオン交換水中に滴下した。この反応液から水層を取り除いた後、なお残存している溶媒(水)を留去しながら２５０℃にて２時間重合させた。得られた反応液にピリジンを２０部加え、これにさらにジクロロジメチルシランを２０部加えて３０分間撹拌した。その後、得られた溶液を２５０℃にて加熱しながら減圧して、低分子量成分およびピリジン塩酸塩を除き、第２の珪素含有重合体前駆体を得た。ＧＰＣによる分析の結果、この第２の珪素含有重合体前駆体の分子量(Ｍｗ)は５００００であった。

〔合成工程３〕トルエンを溶媒として、上記合成工程１で得られた第１の珪素含有重合体前駆体を５部、ピリジンを１０部、トリメチルクロロシランを１.５部加えて、室温にて３０分間撹拌した。この溶液に、上記合成工程２で得られた第２の珪素含有重合体前駆体を１００部加え、さらに撹拌しながら４時間共重合を行い、イオン交換水を加えてこの共重合反応を止めた。水洗によってピリジン塩酸塩等を除き、第３の珪素含有重合体前駆体を得た。ＧＰＣによる分析の結果、分子量(Ｍｗ)は９２０００であった。

〔合成工程４〕トルエンを溶媒として、上記合成工程３で得られた第３の珪素含有重合体前駆体を５０部およびピリジンを５部加え、均一に混合した後、この混合物を半分に分割した。上記混合物の一方に、ジメチルビニルクロロシランを５部加え、室温にて３０分間、さらに７０℃にて３０分間撹拌した後、イオン交換水で水洗することでピリジン塩酸塩を除き、珪素含有重合体(Ａ)を得た。得られた珪素含有重合体(Ａ)はＳｉ−ＣＨ＝ＣＨ_２基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を―箇所以上有し、分子量(Ｍｗ)は９３０００であった。また、上記混合物の他方に、ジメチルクロロシランを５部加え、室温にて３０分間、さらに７０℃にて３０分間撹拌した後、イオン交換水で水洗することでピリジン塩酸塩を除き、珪素含有重合体(Ｂ)を得た。得られた珪素含有重合体(Ｂ)はＳｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量(Ｍｗ)は９３０００であった。

〔合成工程５〕上記合成工程４で得られた珪素含有重合体(Ａ)を５０部と珪素含有重合体(Ｂ)を５０部とを混合したものに、白金系触媒である硬化反応触媒(Ｄ)として白金−カルボニルビニルメチル錯体０.００５部、および鉄族含有錯体(Ｅ)として鉄(III)アセチルアセトネート０.０１部を混合して、上記第１の珪素含有硬化性組成物を得た。

この実施形態によれば、第１の被覆部１６となる第２の珪素含有硬化性組成物は上記第１の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとしての粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５０％の体積充填率で配合している。そして、この第２の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第１の被覆部１６とした。上記硬化後の第２の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１５０ｐｐｍ/℃である。この実施形態によれば、上記第１の被覆部１６は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。また、上記第１の被覆部１６は上記セラミックスが配合されたことで線膨張係数が小さくなり、銅等の金属で作製されて半導体素子１を支持する支持体１１との線膨張係数の差が小さくなるので、第１の被覆部１６と支持体１１との密着性を向上できる。

なお、上記第１,第２の珪素含有硬化性組成物が含有する上記珪素含有重合体(Ａ),(Ｂ)としては、次に示す組成のものを採用できる。

珪素含有重合体(Ａ)成分：Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ_２、Ｓｉ−Ｒ^１−ＣＨ＝ＣＨ_２およびＳｉ−Ｒ^１−ＯＣＯＣ(Ｒ^２)＝ＣＨ_２ [式中、Ｒ^１は炭素数１〜９のアルキレン基またはフェニレン基であり、Ｒ^２は水素またはメチル基である]からなる群から選ばれる反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらにＳｉ−Ｈ基を有するものは除く)。

珪素含有重合体(Ｂ)成分：Ｓｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらに上記反応基(Ａ')を有するものは除く)。

また、上記実施形態では、上記第１,第２の珪素含有硬化性組成物が上記 (Ａ)成分と(Ｂ)成分を含有したが、上記(Ａ)成分と(Ｂ)成分に加えて次に示す(Ｃ)成分を含有してもよい。

(Ｃ)成分：上記反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、さらにＳｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体
また、上記(Ａ)成分,(Ｂ)成分,(Ｃ)成分のうちの上記(Ａ)成分と上記(Ｃ)成分とを含有してもよい。また、上記(Ａ)成分,(Ｂ)成分,(Ｃ)成分のうちの上記(Ｂ)成分と上記(Ｃ)成分を含有してもよい。また、上記(Ａ)成分,(Ｂ)成分,(Ｃ)成分のうちの(Ｃ)成分のみを含有してもよい。ただし、上記(Ｃ)成分を含有しない場合は、上記(Ａ)成分と(Ｂ)成分の両方を含有する必要がある。

また、上記第１の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物が含有するセラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記第２の珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は４０〜７０％であるのが好ましく、５０〜６０％がより好ましい。これにより、上記第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０〜２００ｐｐｍ/℃、より好ましくは１００〜１５０ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記第１の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、半導体素子であるＧＴＯサイリスタ素子１および金属である支持体１１との密着性が悪くなり、絶縁材として作用しなくなる。一方、上記第１の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を２００ｐｐｍ/℃より大きくすると、半導体装置を保護できる程度の硬度が得られない。

また、上記第１の被覆部１６をなす第２の珪素含有硬化性組成物は絶縁性セラミックス微粒子を含有することで、上記第２の珪素含有硬化性組成物のガスバリア性が向上する。すなわち、上記第２の珪素含有硬化性組成物は酸化劣化しにくくなる。

（第２の実施の形態）
次に、この発明の半導体装置の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、前述の第１実施形態における第２の被覆部１５および第１の被覆部１６を形成する珪素含有硬化性組成物の組成が、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を説明する。

この第２実施形態では、第２の被覆部１５を前述の第１の珪素含有硬化性組成物に替えて第３の珪素含有硬化性組成物で形成した。この第３の有硬化性祖成物は次に説明する合成工程６によって合成した。なお、この合成工程６において「部」とは重量部を表す。上記第３の珪素含有硬化性組成物を２５０℃にて３時間硬化反応させることにより被覆部１５が得られる。

さらに、この第２実施形態では、被覆部１５の全面および支持体１１の上面１１Ａから突き出しているアノード端子５およびゲート端子８の全面を覆うように、第１の被覆部１６となる第４の珪素含有硬化性組成物を塗布する。この第１の被覆部１６として使用される第４の珪素含有硬化性組成物は上記第３の珪素含有硬化性組成物にセラミックス粒子として粒径２０μｍのアルミナ微粒子を４０％の体積充填率で配合している。この第４の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより第１の被覆部１６が得られる。また、上記第４の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は１８０ｐｐｍ/℃である。

〔合成工程６〕前述の第１実施形態で述べた合成工程４で得られた珪素含有重合体(Ａ)を５０部と珪素含有重合体(Ｂ)を５０部とを混合したものに、硬化反応触媒(Ｄ)として白金−カルボニルビニルメチル錯体０.０１部、および鉄族含有錯体(Ｅ)として鉄(III)アセチルアセトネート０.０１部を混合して、上記第３の珪素含有硬化性組成物を得た。

(第１の比較例)
次に、この発明の第１比較例を説明する。この第１比較例は、上述の第１実施形態における上記第１の被覆部１６を上記第２の珪素含有硬化性組成物に替えて第５の珪素含有硬化性組成物で形成した点だけが、上述の第１実施形態と異なる。よって、この第１比較例では、上述の第１実施形態と異なる点を説明する。

この第１比較例の第１の被覆部１６を構成する上記第５の珪素含有硬化性組成物は、上記第１の珪素含有硬化性組成物にセラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を２０％の体積充填率で配合している。この第５の珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより上記第１の被覆部１６が得られる。また、上記第５の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は３００ｐｐｍ/℃である。

(第２の比較例)
次に、図２の断面図を参照して、この発明の第２の比較例を説明する。図２に示すように、この第２比較例は、上述の第１実施形態の被覆部１５,１６に替えて被覆部２１を備えた点が、上述の第１実施形態と異なる。

すなわち、この第２比較例では、ＧＴＯサイリスタ素子１の全面および支持体１１の上面１１Ａから突き出しているアノード端子５およびゲート端子８を覆うように、上述の第１実施形態における被覆部１５をなす第１の珪素含有硬化性組成物を塗布した。この第１の珪素含有硬化性組成物を２５０ｃｃにて３時間硬化反応させることにより被覆部２１が得られる。この第１の珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は４００ｐｐｍ/℃である。

（耐熱性試験）
次に、上述した第１,第２実施形態および第１,第２比較例による半導体装置について耐熱性試験を実施した。また、第２比較例の被覆部２１に替えて市販品のエポキシ樹脂から得た硬化物を被覆部とした第３比較例とし、この第３比較例についても耐熱性試験を行なった。この耐熱性試験は、それぞれの半導体装置を空気中にて「２００℃に昇温し、２０分間放置した後、０℃まで降温し、２０分間放置」を１サイクルとして、１００サイクルの熱サイクル試験を行い、被覆部,第１の被覆部の剥がれを観察することにより行った。

この耐熱性試験の結果を図４に示す。図４に示すように、この発明の半導体装置である第１,第２実施形態では、上記１００サイクル後の第１,第２の被覆部の剥がれが無いのに対して、第１,第２比較例および第３比較例では、上記１００サイクル後の被覆部の剥がれが発生した。特に、第３比較例では、被覆部にクラックが発生した。したがって、線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃よりも小さな第２,第３珪素含有硬化性組成物で第１の被覆部１６を作製した第１,第２実施形態によれば、線膨張係数が２００ｐｐｍ/℃よりも大きな被覆部(３００ｐｐｍ/℃),被覆部(４００ｐｐｍ/℃)を備えた第１,第２の比較例に比べて、耐熱性が高いことが分かった。

尚、上記第１,第２実施形態では、半導体素子としてＳｉＣによるＧＴＯサイリスタ素子を備えたが、ＳｉＣで作製された他の半導体素子を備えてもよく、ＧａＮもしくは他のワイドギャップ半導体で作製された半導体素子を備えてもよく、ワイドギャップ半導体以外の半導体で作製された半導体素子を備えてもよい。

この発明は、高耐電圧かつ高耐熱のワイドギャップ半導体装置に利用可能であり、一例として耐熱性が高い高耐電圧パワー半導体装置として有用である。

この発明の半導体装置の第１実施形態であるＳｉＣ−ＧＴＯサイリスタ装置を示す断面図である。この発明の半導体装置の第２比較例であるＳｉＣ−ＧＴＯサイリスタ装置を示す断面図である。従来のＳｉＣダイオード装置の断面図である。上記第１,第２実施形態と第１,第２,第３比較例における耐熱性試験の結果を示す図である。

符号の説明

１ＧＴＯサイリスタ装置
２アノード電極
３、７リード線
５アノード端子
６ゲート電極
８ゲート端子
１０カソード電極
１１支持体
１２,１３絶縁材
１５第２の被覆部
１６第１の被覆部

Claims

半導体素子と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子を被覆すると共に上記電気接続部の少なくとも一部を被覆する珪素含有硬化性組成物で作製された被覆部とを備え、
上記珪素含有硬化性組成物は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｃ)成分のうちの少なくとも一つの珪素含有重合体を含有し、かつ、下記の(Ｄ)成分および(Ｅ)成分および(Ｆ)成分を含有し、かつ、上記(Ｃ)成分を含有しない場合は上記(Ａ)成分および(Ｂ)成分の両方を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜２００ｐｐｍ/℃であることを特徴とする半導体装置。
(Ａ)成分：Ｓｉ−ＣＨ＝ＣＨ_２、Ｓｉ−Ｒ^１−ＣＨ＝ＣＨ_２およびＳｉ−Ｒ^１−ＯＣＯＣ(Ｒ^２)＝ＣＨ_２ [式中、Ｒ^１は炭素数１〜９のアルキレン基またはフェニレン基であり、Ｒ^２は水素またはメチル基である]からなる群から選ばれる反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらにＳｉ−Ｈ基を有するものは除く)
(Ｂ)成分：Ｓｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体(ただし、さらに上記反応基(Ａ')を有するものは除く)
(Ｃ)成分：上記反応基(Ａ')を一種または二種以上有し、さらにＳｉ−Ｈ基を有し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合による橋かけ構造を一箇所以上有し、分子量が１００〜１００万である珪素含有重合体
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｅ)成分：鉄族含有錯体
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
請求項１に記載の半導体装置において、
上記被覆部を第１の被覆部とし、
上記半導体素子を覆うと共に上記第１の被覆部で覆われており、かつ、上記(Ａ)成分、(Ｂ)成分および(Ｃ)成分のうちの少なくとも一つの珪素含有重合体を含有し、かつ、上記(Ｄ)成分および(Ｅ)成分を含有し、かつ、上記(Ｃ)成分を含有しない場合は上記(Ａ)成分および(Ｂ)成分の両方を含有する珪素含有硬化性組成物からなる第２の被覆部を有することを特徴とする半導体装置。
請求項１または２に記載の半導体装置において、
上記半導体素子が、ワイドギヤップ半導体であるＳｉＣで作製されたＳｉＣ半導体素子またはワイドギヤップ半導体であるＧａＮで作製されたＧａＮ半導体素子であることを特徴とする半導体装置。