JP3307918B2 - ホウ酸ガラス不動態化層のための防湿層 - Google Patents
ホウ酸ガラス不動態化層のための防湿層Info
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Description
【０００１】本発明は、電力用半導体構成素子上の特に
ホウ酸ガラス層、特にホウ酸ガラス層上のホウ酸ガラス
不動態化層上に防湿層を製造する方法に関する。
ホウ酸ガラス層、特にホウ酸ガラス層上のホウ酸ガラス
不動態化層上に防湿層を製造する方法に関する。
【０００２】ホウ酸ガラス層は以下には、ホウ酸鉛、ホ
ウ酸亜鉛又はホウ酸鉛亜鉛を含有するガラス層であると
理解されるべきである。このようなガラス層は、例えば
米国特許第４，２５１，５９５号明細書に記載されてお
りかつ従来周知である。
ウ酸亜鉛又はホウ酸鉛亜鉛を含有するガラス層であると
理解されるべきである。このようなガラス層は、例えば
米国特許第４，２５１，５９５号明細書に記載されてお
りかつ従来周知である。
【０００３】さらに、欧州特許出願公開第０７０９８８
２（Ａ２）号明細書から半導体構成素子のための不動態
化層が公知であり、この場合には半導体基板上に窒化シ
リコンからなる第１の不動態化層が施され、該不動態化
層上にポリイミド層が施されている。このポリイミド層
上にはベンゾシクロブテンポリマー層が施される。従っ
て、該明細書において図２に記載された半導体本体は、
不動態化層として３つの層、即ち窒化シリコン層又は酸
化シリコン層（ＰＳＧ又はＢＰＳＧ）及び防湿のために
ベンゾシクロブテン層を有する。ベンゾシクロブテン層
と窒化シリコン層の間にはポリイミド層を挿入すること
が推奨される。それというのも、そこで本来の防湿のた
めに役立つベンゾシクロブテンは、酸化シリコンもしく
は窒化シリコンに対する付着性が極めて悪いからであ
る。
２（Ａ２）号明細書から半導体構成素子のための不動態
化層が公知であり、この場合には半導体基板上に窒化シ
リコンからなる第１の不動態化層が施され、該不動態化
層上にポリイミド層が施されている。このポリイミド層
上にはベンゾシクロブテンポリマー層が施される。従っ
て、該明細書において図２に記載された半導体本体は、
不動態化層として３つの層、即ち窒化シリコン層又は酸
化シリコン層（ＰＳＧ又はＢＰＳＧ）及び防湿のために
ベンゾシクロブテン層を有する。ベンゾシクロブテン層
と窒化シリコン層の間にはポリイミド層を挿入すること
が推奨される。それというのも、そこで本来の防湿のた
めに役立つベンゾシクロブテンは、酸化シリコンもしく
は窒化シリコンに対する付着性が極めて悪いからであ
る。
【０００４】この方法は、３層構造を設けねばならない
ために、極めて煩雑である。従って、本発明の課題は、
著しく簡単に構成される、半導体構成素子、特に電力用
半導体構成素子のための新規の耐湿性の不動態化層を見
出すことである。
ために、極めて煩雑である。従って、本発明の課題は、
著しく簡単に構成される、半導体構成素子、特に電力用
半導体構成素子のための新規の耐湿性の不動態化層を見
出すことである。
【０００５】この課題は、本発明に基づき、半導体本体
上にホウ酸ガラス層が施されておりかつホウ酸ガラス層
上に疎水性ポリマー皮膜が堆積されていることを特徴と
する半導体構成素子により解決される。疎水性ポリマー
皮膜は一方ではポリ−パリレン皮膜であってよいが、し
かしこれは他方ではポリ−ベンゾシクロブテンポリマー
皮膜であってもよい。
上にホウ酸ガラス層が施されておりかつホウ酸ガラス層
上に疎水性ポリマー皮膜が堆積されていることを特徴と
する半導体構成素子により解決される。疎水性ポリマー
皮膜は一方ではポリ−パリレン皮膜であってよいが、し
かしこれは他方ではポリ−ベンゾシクロブテンポリマー
皮膜であってもよい。
【０００６】ホウ酸ガラス層は、好ましくはホウ酸亜
鉛、ホウ酸鉛又はホウ酸亜鉛鉛ガラス層である。
鉛、ホウ酸鉛又はホウ酸亜鉛鉛ガラス層である。
【０００７】このようなホウ酸ガラス層は、電界強度に
対して高い絶縁破壊強さを有する。さらに、これらは高
い耐熱性を有する。それというのも、燃焼及び転移温度
が半導体構成素子及びまた電力用半導体構成素子の通常
の作動温度よりも明らかに高いからである。ホウ酸ガラ
スは無定形である（粒子境界不在：Korngrenzenfreihei
t）ので、これらは不純物のための拡散路を有せずかつ
そのために不動態化層よりも高い長時間安定性を有す
る。さらに、このようなホウ酸ガラスの熱膨張係数は極
めて精確にその下にあるシリコン半導体本体の熱膨張係
数に合わせることができる。
対して高い絶縁破壊強さを有する。さらに、これらは高
い耐熱性を有する。それというのも、燃焼及び転移温度
が半導体構成素子及びまた電力用半導体構成素子の通常
の作動温度よりも明らかに高いからである。ホウ酸ガラ
スは無定形である（粒子境界不在：Korngrenzenfreihei
t）ので、これらは不純物のための拡散路を有せずかつ
そのために不動態化層よりも高い長時間安定性を有す
る。さらに、このようなホウ酸ガラスの熱膨張係数は極
めて精確にその下にあるシリコン半導体本体の熱膨張係
数に合わせることができる。
【０００８】それにより、ホウリン珪酸ガラス（ＢＰＳ
Ｇ）又はリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）もしくは窒化シリコ
ンで達成されるよりも著しく高い厚さを達成することが
できる。
Ｇ）又はリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）もしくは窒化シリコ
ンで達成されるよりも著しく高い厚さを達成することが
できる。
【０００９】上記に挙げたガラス類と異なり、ホウ酸ガ
ラスは“ドーピング”されていないだけでなく、電気的
に中性挙動する。このことは電力用半導体においては有
利である。
ラスは“ドーピング”されていないだけでなく、電気的
に中性挙動する。このことは電力用半導体においては有
利である。
【００１０】方法論的には、これらのホウ酸ガラスはま
た簡単にシリコン半導体本体に施される。これらは一般
にスピンコーティングされ、次いで平坦化されかつ最後
にベーキングされる。
た簡単にシリコン半導体本体に施される。これらは一般
にスピンコーティングされ、次いで平坦化されかつ最後
にベーキングされる。
【００１１】ホウリン珪酸ガラス及びリン珪酸ガラス並
びに窒化シリコンと全く同様に、これらのガラスも十分
には耐湿性ではない。従って、これらは防湿層を必要と
する。防湿層としては、冒頭に述べたベンゾシクロブテ
ンもしくはポリ−パラ−キシリレンが適当である。しか
し、このような防湿ポリマーのホウリン珪酸ガラスもし
くはリン珪酸ガラス及び窒化シリコンへの被覆とは異な
り、ホウ酸亜鉛ガラスはポリイミドからなる接着助剤を
必要としない。
びに窒化シリコンと全く同様に、これらのガラスも十分
には耐湿性ではない。従って、これらは防湿層を必要と
する。防湿層としては、冒頭に述べたベンゾシクロブテ
ンもしくはポリ−パラ−キシリレンが適当である。しか
し、このような防湿ポリマーのホウリン珪酸ガラスもし
くはリン珪酸ガラス及び窒化シリコンへの被覆とは異な
り、ホウ酸亜鉛ガラスはポリイミドからなる接着助剤を
必要としない。
【００１２】従って、不動態化保護の本発明による構成
により、下に存在する半導体本体の従来の技術に対して
著しく簡単なかつ技術的に著しく良好な保護が保証され
る。
により、下に存在する半導体本体の従来の技術に対して
著しく簡単なかつ技術的に著しく良好な保護が保証され
る。
【００１３】３０μｍ以下のホウ酸亜鉛ガラス層厚さを
有するホウ酸亜鉛ガラスで不動態化された電力用半導体
構成素子は仕上げ処理された電力用半導体構成素子を高
い空気湿度で貯蔵するとスタチック阻止能力の明らかな
劣化を生じることが判明した。この効果は、電力用半導
体構成素子を２４時間以内で湿室から取り出した後にそ
の阻止能力に関して試験した際に生じる。
有するホウ酸亜鉛ガラスで不動態化された電力用半導体
構成素子は仕上げ処理された電力用半導体構成素子を高
い空気湿度で貯蔵するとスタチック阻止能力の明らかな
劣化を生じることが判明した。この効果は、電力用半導
体構成素子を２４時間以内で湿室から取り出した後にそ
の阻止能力に関して試験した際に生じる。
【００１４】スタチック阻止能力の劣化は不安点な“移
動する”阻止特性曲線において現れ、該曲線は明白に上
昇した逆方向電流を有する。半導体構成素子の強すぎる
負荷の際、即ち順方向動作から逆方向動作への急激な移
行の際に、これは、該電力用半導体構成素子は湿室貯蔵
前には破壊に対して安全であったにもかかわらず、電力
用半導体構成素子の破壊をもたらすことがある。
動する”阻止特性曲線において現れ、該曲線は明白に上
昇した逆方向電流を有する。半導体構成素子の強すぎる
負荷の際、即ち順方向動作から逆方向動作への急激な移
行の際に、これは、該電力用半導体構成素子は湿室貯蔵
前には破壊に対して安全であったにもかかわらず、電力
用半導体構成素子の破壊をもたらすことがある。
【００１５】この効果は、ホウ酸亜鉛ガラス層にＨ2Ｏ
分子が堆積しかつそれにより誘電的なシフトが生じ、該
シフトが表面に近い領域に作用しかつそうしてｐもしく
はｎチャンネルが発生させることにより説明される。
分子が堆積しかつそれにより誘電的なシフトが生じ、該
シフトが表面に近い領域に作用しかつそうしてｐもしく
はｎチャンネルが発生させることにより説明される。
【００１６】従って、この問題には、ホウ酸亜鉛ガラス
層厚さをできるだけ厚く、即ち３０μｍを越える厚さに
増大させることにより、対処することが試みられた。し
かし、冒頭に説明したように、ホウ酸鉛ガラス厚さを増
大させることは、経済的及び技術的理由から望ましくな
い。厚すぎる層は、ホウ酸亜鉛ガラス層とその下にある
シリコンの間に強い応力を惹起する。ホウ酸亜鉛ガラス
層及びシリコンの熱膨張係数は、確かに正に十分に相互
に調整可能であるが、それにもかかわらず厚すぎる層の
場合には、熱膨張係数が一致しないことが認められる。
層厚さをできるだけ厚く、即ち３０μｍを越える厚さに
増大させることにより、対処することが試みられた。し
かし、冒頭に説明したように、ホウ酸鉛ガラス厚さを増
大させることは、経済的及び技術的理由から望ましくな
い。厚すぎる層は、ホウ酸亜鉛ガラス層とその下にある
シリコンの間に強い応力を惹起する。ホウ酸亜鉛ガラス
層及びシリコンの熱膨張係数は、確かに正に十分に相互
に調整可能であるが、それにもかかわらず厚すぎる層の
場合には、熱膨張係数が一致しないことが認められる。
【００１７】１実施態様によれば、疎水性ポリマー皮膜
は、まず減圧下で、即ち一般に真空下にモノマーをホウ
酸亜鉛ガラス層に凝結させかつそこで重合させることに
より製造する。モノマーを製造するためには、オリゴマ
ーを蒸発させかつ引き続き光学的及び／又は熱的及び／
又はプラズマを介して分解させる。
は、まず減圧下で、即ち一般に真空下にモノマーをホウ
酸亜鉛ガラス層に凝結させかつそこで重合させることに
より製造する。モノマーを製造するためには、オリゴマ
ーを蒸発させかつ引き続き光学的及び／又は熱的及び／
又はプラズマを介して分解させる。
【００１８】この方法で製造されたポリマー皮膜の特別
の利点は、一面では数マイクロメートルの厚さから気密
の層である。他面では、該疎水性ポリマー皮膜は高い可
撓性及び伸び率、ひいては低い割れ安さ（Rissfaelligk
eit）で優れている。モノマーは特にホウ酸亜鉛ガラス
不動態化層を微細構造化すれば微細な中空に侵入する。
それというのも、これらはガス状の中間段階で存在する
からである。例えばラッカーにおけるような表面張力に
よる効果は生じない、即ちエッジデクロスリンキング
（Kantenentnetzung）もしくは橋かけ現象を生じない。
さらに、気相から堆積したポリマー皮膜はまた極めて良
好にホウ酸亜鉛ガラス層に付着するので、ポリイミドか
らなる接着助剤は不必要になる。
の利点は、一面では数マイクロメートルの厚さから気密
の層である。他面では、該疎水性ポリマー皮膜は高い可
撓性及び伸び率、ひいては低い割れ安さ（Rissfaelligk
eit）で優れている。モノマーは特にホウ酸亜鉛ガラス
不動態化層を微細構造化すれば微細な中空に侵入する。
それというのも、これらはガス状の中間段階で存在する
からである。例えばラッカーにおけるような表面張力に
よる効果は生じない、即ちエッジデクロスリンキング
（Kantenentnetzung）もしくは橋かけ現象を生じない。
さらに、気相から堆積したポリマー皮膜はまた極めて良
好にホウ酸亜鉛ガラス層に付着するので、ポリイミドか
らなる接着助剤は不必要になる。
【００１９】半導体構成素子上の一定の領域、例えば後
でのコンタクト孔の被覆を回避するために、標準マスキ
ング法を使用するができる。
でのコンタクト孔の被覆を回避するために、標準マスキ
ング法を使用するができる。
【００２０】本発明の１実施態様では、ポリマー皮膜と
してポリ−パリレン皮膜を堆積させる。典型的には、こ
れらのポリ−パリレン皮膜はポリ−パラ−キシリレン皮
膜である。パリレンは、減圧で希釈した活性ガラスで処
理される表面上に形成される有機ポリマーの１つの族の
ための一般的上位概念である。この場合に、層強度に対
して優れた物理的特性を有しかつ化学薬品に対して極め
て不活性でありかつ孔不含である結晶質の線状ポリマー
が生じる。さらに、これらは高い誘電的負荷に対する耐
性を有しかつ湿分及びガスに対する最適な保護を提供す
る。
してポリ−パリレン皮膜を堆積させる。典型的には、こ
れらのポリ−パリレン皮膜はポリ−パラ−キシリレン皮
膜である。パリレンは、減圧で希釈した活性ガラスで処
理される表面上に形成される有機ポリマーの１つの族の
ための一般的上位概念である。この場合に、層強度に対
して優れた物理的特性を有しかつ化学薬品に対して極め
て不活性でありかつ孔不含である結晶質の線状ポリマー
が生じる。さらに、これらは高い誘電的負荷に対する耐
性を有しかつ湿分及びガスに対する最適な保護を提供す
る。
【００２１】ポリ−パリレン皮膜の代わりに、冒頭に既
に記載したように、全く傑出してベンゾシクロブテン皮
膜も好適である。これらのベンゾシクロブテン皮膜はモ
ノマーの溶液で存在する。これらはスピンコーティング
し、平坦化し、その後ベーキングしかつ場合により金属
化部を露出させるために、標準フォトプロセスで構造化
することができる。その後、ポリマーをアニーリングし
て、完全硬化させる。完全硬化プロセスは保護ガス雰囲
気下でほぼ２００℃で６０分間で十分である。
に記載したように、全く傑出してベンゾシクロブテン皮
膜も好適である。これらのベンゾシクロブテン皮膜はモ
ノマーの溶液で存在する。これらはスピンコーティング
し、平坦化し、その後ベーキングしかつ場合により金属
化部を露出させるために、標準フォトプロセスで構造化
することができる。その後、ポリマーをアニーリングし
て、完全硬化させる。完全硬化プロセスは保護ガス雰囲
気下でほぼ２００℃で６０分間で十分である。
【００２２】本発明は図面に例示されており、以下に図
面を参照して詳細に説明する。
面を参照して詳細に説明する。
【００２３】調査した電力用ダイオードは、その表面上
にホウ酸亜鉛ガラス不動態化層を有する。このホウ酸亜
鉛ガラス不動態化層上に、ベンゾシクロブテンモノマー
の溶液をスピンコーティングした。
にホウ酸亜鉛ガラス不動態化層を有する。このホウ酸亜
鉛ガラス不動態化層上に、ベンゾシクロブテンモノマー
の溶液をスピンコーティングした。
【００２４】その後、ベンゾシクロブテン層を平坦化し
かついわゆるプレベーキング工程でほぼ９０℃で１分間
処理した。
かついわゆるプレベーキング工程でほぼ９０℃で１分間
処理した。
【００２５】引き続き、該層をフォトプロセスで、金属
化部が露出されるように構造化し、かつ最後にベンゾシ
クロブテン層をアニーリングして、完全に硬化させた。
アニーリング工程は、窒素雰囲気下でほぼ２００℃で６
０分間実施した。
化部が露出されるように構造化し、かつ最後にベンゾシ
クロブテン層をアニーリングして、完全に硬化させた。
アニーリング工程は、窒素雰囲気下でほぼ２００℃で６
０分間実施した。
【００２６】類似した結果を、ホウ酸亜鉛ガラス層にポ
リ−パラキシリレン皮膜を施した電力用ダイオードで達
成することができる。
リ−パラキシリレン皮膜を施した電力用ダイオードで達
成することができる。
【００２７】このポリ−パラ−キシリレン皮膜は、ホウ
酸亜鉛ガラス表面に気相から堆積させる。
酸亜鉛ガラス表面に気相から堆積させる。
【００２８】この際、被覆プロセスを粉末状ジ−パラ−
キシリレンジマーの加熱で開始し、それにより該ジマー
は直接ガス状の状態になる、即ち昇華する。
キシリレンジマーの加熱で開始し、それにより該ジマー
は直接ガス状の状態になる、即ち昇華する。
【００２９】この場合、プロセスパラメータとしては、
温度約１５０℃及び圧力約１トル（約１３３Ｐａ）が特
に適当であることが立証された。
温度約１５０℃及び圧力約１トル（約１３３Ｐａ）が特
に適当であることが立証された。
【００３０】その後、ガス状ジ−パラ−キシリレンジマ
ーを温度約６９０℃及び圧力約０．５トル（約６６．５
Ｐａ）で熱的に分解させる（熱分解）。
ーを温度約６９０℃及び圧力約０．５トル（約６６．５
Ｐａ）で熱的に分解させる（熱分解）。
【００３１】次いで、ガス状パラ−キシリレンモノマー
を処理室、一般には真空室に導きかつ組成物基で均一に
分配しかつ処理すべき半導体構成素子のホウ酸亜鉛層の
表面に凝結させる。
を処理室、一般には真空室に導きかつ組成物基で均一に
分配しかつ処理すべき半導体構成素子のホウ酸亜鉛層の
表面に凝結させる。
【００３２】この場合、ポリマー皮膜の厚さは、パラ−
キシリレンモノマーを供給することにより目的応じて調
整することができる。
キシリレンモノマーを供給することにより目的応じて調
整することができる。
【００３３】こうして生じたポリ−パラ−キシリレン皮
膜は、２７５℃以上の融点を有するので、温度安定な防
湿層が生じ、従ってそうして被覆された半導体本体がそ
の後でのケーシング内で種々のはんだ付け工程による要
求をも満足する。同様なことは、冒頭に記載したベンゾ
シクロブテン皮膜にも当てはまる。 ［図面の簡単な説明］
膜は、２７５℃以上の融点を有するので、温度安定な防
湿層が生じ、従ってそうして被覆された半導体本体がそ
の後でのケーシング内で種々のはんだ付け工程による要
求をも満足する。同様なことは、冒頭に記載したベンゾ
シクロブテン皮膜にも当てはまる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】電力用ダイオードの逆方向電流Ｉr＝２ｍＡで
の湿気貯蔵前及び後の阻止電圧を示すグラフである。
の湿気貯蔵前及び後の阻止電圧を示すグラフである。
【図２】図１と同じであるが、但しホウ酸亜鉛ガラス層
上に疎水正ジ−ベンゾシクロブテン皮膜を有する電力用
ダイオードの、逆方向電流Ｉr＝２ｍＡでの湿気貯蔵前
及び後の阻止電圧を示すグラフである。
上に疎水正ジ−ベンゾシクロブテン皮膜を有する電力用
ダイオードの、逆方向電流Ｉr＝２ｍＡでの湿気貯蔵前
及び後の阻止電圧を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 399007752 Ｍａｘ−Ｐｌａｎｃｋ−Ｓｔｒａｓｓｅ ５、Ｄ−59581 Ｗａｒｓｔｅｉｎ、 Ｂ．Ｒ．Ｄｅｕｔｓｃｈｌａｎｄ (72)発明者 ペーター ヴァイトナー ドイツ連邦共和国 ゼースト フランツ −ヨステス−ヴェーク ２ (56)参考文献 特公 昭48−22665（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/312 - 21/316
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体本体、その上に存在するホウ酸
鉛、ホウ酸亜鉛又はホウ酸鉛亜鉛を含有するガラス層で
あるホウ酸ガラス層及び前記ホウ酸ガラス層の上に存在
する疎水性ポリマー皮膜からなる半導体構成素子であっ
て、前記疎水性ポリマー皮膜としてベンゾシクロブテン
ポリマー又はポリ−パリレン皮膜が設けられていること
を特徴とする半導体構成素子。 - 【請求項２】 ポリ−パリレン皮膜としてポリ−パラ−
キシリレン皮膜が設けられている、請求項１記載の半導
体構成素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19738547 | 1997-09-03 | ||
| DE19738547.8 | 1997-09-03 | ||
| PCT/DE1998/002613 WO1999012201A1 (de) | 1997-09-03 | 1998-09-03 | Feuchtigkeitsschutz für boratglashalbleiterpassivierungsschichten |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001515271A JP2001515271A (ja) | 2001-09-18 |
| JP3307918B2 true JP3307918B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=7841091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000509112A Expired - Lifetime JP3307918B2 (ja) | 1997-09-03 | 1998-09-03 | ホウ酸ガラス不動態化層のための防湿層 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1018158A1 (ja) |
| JP (1) | JP3307918B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999012201A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103031539A (zh) * | 2012-12-24 | 2013-04-10 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 温差电致冷组件表面三防膜的固封方法 |
| DE212020000839U1 (de) | 2020-11-05 | 2023-07-21 | Hitachi Energy Switzerland Ag | Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungsmodul |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1816841A1 (de) * | 1968-12-04 | 1970-07-02 | Siemens Ag | Verfahren zum Stabilisieren der Kennlinie eines Halbleiterbauelements |
| IE33422B1 (en) * | 1968-12-09 | 1974-06-26 | Gen Electric | Semiconductor device with shock absorbing and passivation means |
| US3752701A (en) * | 1970-07-27 | 1973-08-14 | Gen Instrument Corp | Glass for coating semiconductors, and semiconductor coated therewith |
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| US4251595A (en) * | 1979-09-10 | 1981-02-17 | Technology Glass Corporation | Low temperature sealing glasses |
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