JP7287181B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

半導体装置は、半導体基板と、その半導体基板の表面上に設けられている保護膜と、を備えていることが多い。保護膜は、半導体基板の外周縁に沿って枠状に延びるように配置されている。 A semiconductor device often includes a semiconductor substrate and a protective film provided on the surface of the semiconductor substrate. The protective film is arranged to extend in a frame shape along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate.

半導体装置が動作すると、ジュール熱によって各々の構成要素に熱変形が生じ、保護膜に熱応力が加わる。特許文献1は、保護膜を複数に分断することにより、そのような熱応力を緩和する技術を提案する。 When the semiconductor device operates, Joule heat causes thermal deformation in each component, and thermal stress is applied to the protective film. Patent Literature 1 proposes a technique for relieving such thermal stress by dividing the protective film into a plurality of parts.

特開2006-318989号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-318989

保護膜は、例えばナトリウムイオン(Na+)等の外乱イオンによって半導体基板内の電気力線が崩れ、半導体装置の耐圧が低下するのを抑えるために設けられている。このため、保護膜は、表面に付着した外乱イオンの影響が半導体基板に及ばないように、十分な厚みを有するのが望ましい。しかしながら、特許文献1のように、保護膜が複数に分断されていると、分断箇所において半導体基板の表面の一部が露出してしまう。これにより、半導体基板の表面の一部が外乱イオンに曝されることとなる。このため、特許文献1の技術では、半導体基板内の電気力線が崩れ、半導体装置の耐圧が低下することが懸念される。本明細書は、外乱イオンの影響を抑える機能を維持しながら熱応力を緩和できる保護膜を備えた半導体装置を提供することを目的としている。 The protective film is provided in order to prevent the breakdown of the electric lines of force in the semiconductor substrate due to disturbance ions such as sodium ions (Na + ) and the reduction in the breakdown voltage of the semiconductor device. Therefore, it is desirable that the protective film has a sufficient thickness so that the disturbance ions adhering to the surface do not affect the semiconductor substrate. However, when the protective film is divided into a plurality of pieces as in Patent Document 1, part of the surface of the semiconductor substrate is exposed at the divided portions. As a result, part of the surface of the semiconductor substrate is exposed to the disturbance ions. For this reason, in the technique of Patent Document 1, there is concern that the electric lines of force within the semiconductor substrate will collapse and the breakdown voltage of the semiconductor device will decrease. An object of the present specification is to provide a semiconductor device having a protective film capable of relieving thermal stress while maintaining the function of suppressing the influence of disturbance ions.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられているとともに、前記半導体基板の外周縁に沿って枠状に延びている保護膜と、を備えることができる。前記保護膜には、前記保護膜の面内に分散して配置されている複数の空洞が形成されている。前記複数の空洞が前記保護膜の面内に分散して設けられていると、前記保護膜が面方向に沿って分断されることとなり、前記保護膜の熱応力が緩和される。さらに、前記複数の空洞は前記保護膜に埋設するように形成されていることから、前記保護膜は、前記半導体基板の表面が露出しないように前記半導体基板の表面上を被覆している。したがって、外乱イオンの影響が前記半導体基板に及ぶことが抑えられている。このように、前記保護膜内に前記複数の空洞を形成する技術は、外乱イオンの影響を抑えるという前記保護膜の本来の機能を維持しながら、前記保護膜の熱応力を緩和することができる。 A semiconductor device disclosed in this specification can include a semiconductor substrate and a protective film provided on the semiconductor substrate and extending in a frame shape along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate. The protective film is formed with a plurality of cavities arranged dispersedly in the plane of the protective film. When the plurality of cavities are provided dispersedly within the surface of the protective film, the protective film is divided along the surface direction, and the thermal stress of the protective film is alleviated. Furthermore, since the plurality of cavities are formed so as to be embedded in the protective film, the protective film covers the surface of the semiconductor substrate so that the surface of the semiconductor substrate is not exposed. Therefore, the influence of disturbance ions on the semiconductor substrate is suppressed. Thus, the technique of forming the plurality of cavities in the protective film can relax the thermal stress of the protective film while maintaining the original function of the protective film to suppress the influence of disturbance ions. .

本実施形態の半導体モジュール10の外観を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the appearance of the semiconductor module 10 of the embodiment; 図1中のII-II線における断面図。Sectional drawing in the II-II line in FIG. 図2中のIII部の拡大図。The enlarged view of the III section in FIG. 半導体装置30の平面図。2 is a plan view of the semiconductor device 30; FIG. 図2中のIII部の拡大図であって、スピンコート法を利用して空洞42が形成された保護膜40を成膜する段階の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG. 2, which is an enlarged view of the step of forming a protective film 40 having cavities 42 formed therein by using a spin coating method. 図2中のIII部の拡大図であって、スピンコート法を利用して空洞42が形成された保護膜40を成膜する段階の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG. 2, which is an enlarged view of the step of forming a protective film 40 having cavities 42 formed therein by using a spin coating method. 図2中のIII部の拡大図であって、スピンコート法を利用して空洞42が形成された保護膜40を成膜する段階の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG. 2, which is an enlarged view of the step of forming a protective film 40 having cavities 42 formed therein by using a spin coating method. 図2中のIII部の拡大図であって、スピンコート法を利用して空洞42が形成された保護膜40を成膜する段階の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part III in FIG. 2, which is an enlarged view of the step of forming a protective film 40 having cavities 42 formed therein by using a spin coating method.

図1~図4参照して、本実施形態の半導体モジュール10について説明する。本実施例の半導体モジュール10は、例えば電気自動車の電力制御装置に採用され、コンバータやインバータといった電力変換回路の一部を構成することができる。なお、本明細書における電気自動車は、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味し、例えば、外部の電力によって充電される電気自動車、モータに加えてエンジンを有するハイブリッド車、及び燃料電池を電源とする燃料電池車等を含む。 A semiconductor module 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. The semiconductor module 10 of the present embodiment is employed, for example, in a power control device for an electric vehicle, and can form part of a power conversion circuit such as a converter or an inverter. An electric vehicle in this specification broadly means a vehicle having a motor for driving the wheels. Including fuel cell vehicles, etc.

図1及び図2に示すように、半導体モジュール10は、半導体装置30と、半導体装置30を封止する封止体14とを備える。封止体14は、絶縁性の材料で構成されている。特に限定されないが、本実施例における封止体14は、例えばエポキシ樹脂といった封止用材料で構成されており、その中にはシリカといった添加物が含有されている。封止体14は、概して板形状を有しており、上面14a、下面14b、第1端面14c、第2端面14d、第1側面14e及び第2側面14fを有する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor module 10 includes a semiconductor device 30 and a sealing body 14 that seals the semiconductor device 30 . The sealing body 14 is made of an insulating material. Although not particularly limited, the sealing body 14 in this embodiment is made of a sealing material such as epoxy resin, which contains an additive such as silica. The sealing body 14 generally has a plate shape and has an upper surface 14a, a lower surface 14b, a first end surface 14c, a second end surface 14d, a first side surface 14e and a second side surface 14f.

半導体装置30は、パワー半導体素子であって、半導体基板32と上面電極34と下面電極36とを有する。上面電極34は、半導体基板32の上面に位置しており、下面電極36は、半導体基板32の下面に位置している。上面電極34と下面電極36は、半導体基板32を介して互いに電気的に接続される。特に限定されないが、本実施例における半導体装置30は、スイッチング素子であり、上面電極34と下面電極36との間を、選択的に導通及び遮断することができる。半導体基板32の種類については特に限定されない。半導体基板32は、例えばシリコン基板、炭化シリコン基板又は窒化物半導体基板であってもよい。上面電極34及び下面電極36については、例えばアルミニウム、ニッケル又は金といった、一又は複数種類の金属を用いて構成されることができる。一例ではあるが、本実施例における上面電極34及び下面電極36は、アルミニウム合金(例えばアルミニウム-シリコン系合金)層の上にニッケル層が設けられた積層構造を有する。 The semiconductor device 30 is a power semiconductor element and has a semiconductor substrate 32 , an upper electrode 34 and a lower electrode 36 . The top electrode 34 is located on the top surface of the semiconductor substrate 32 and the bottom electrode 36 is located on the bottom surface of the semiconductor substrate 32 . The upper electrode 34 and the lower electrode 36 are electrically connected to each other through the semiconductor substrate 32 . Although not particularly limited, the semiconductor device 30 in this embodiment is a switching element, and can selectively turn on and off between the upper surface electrode 34 and the lower surface electrode 36 . The type of semiconductor substrate 32 is not particularly limited. The semiconductor substrate 32 may be, for example, a silicon substrate, a silicon carbide substrate, or a nitride semiconductor substrate. The top electrode 34 and the bottom electrode 36 can be constructed using one or more metals, such as aluminum, nickel, or gold. As an example, the upper electrode 34 and the lower electrode 36 in this embodiment have a laminated structure in which a nickel layer is provided on an aluminum alloy (eg, aluminum-silicon alloy) layer.

一例ではあるが、本実施例における半導体装置30は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であり、その半導体基板32には炭化シリコン(SiC)の基板が採用されている。上面電極34は、半導体基板32内に構成されたMOSFET構造のソースに接続されており、下面電極36は、MOSFET構造のドレインに接続されている。なお、半導体装置30は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はRC(Reverse Conducting)-IGBTであってもよい。この場合、上面電極34は、半導体基板32内に構成されるIGBTのエミッタに接続され、下面電極36は、IGBT構造のコレクタに接続される。半導体装置30の種類や具体的な構造については、ここで例示したものに限られず、様々なに変更することができる。また、半導体モジュール10は、例えばMOSFET(又はIGBT)とダイオードとの組み合わせといった、二以上の半導体素子を有してもよい。 As an example, the semiconductor device 30 in this embodiment is a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), and a silicon carbide (SiC) substrate is adopted as the semiconductor substrate 32 thereof. Top electrode 34 is connected to the source of a MOSFET structure constructed in semiconductor substrate 32, and bottom electrode 36 is connected to the drain of the MOSFET structure. The semiconductor device 30 may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or an RC (Reverse Conducting)-IGBT. In this case, the top electrode 34 is connected to the emitter of an IGBT constructed in the semiconductor substrate 32 and the bottom electrode 36 is connected to the collector of the IGBT structure. The type and specific structure of the semiconductor device 30 are not limited to those exemplified here, and can be changed in various ways. The semiconductor module 10 may also have two or more semiconductor elements, such as a combination of MOSFETs (or IGBTs) and diodes.

半導体モジュール10は、第1導体板16と第2導体板18とをさらに備える。第1導体板16と第2導体板18は、半導体装置30を挟んで互いに対向している。第1導体板16と第2導体板18は、例えば金属といった導体で構成されている。第1導体板16と第2導体板18は、封止体14によって一体に保持されている。第1導体板16の上面16aは、封止体14の内部に位置しており、半導体装置30の下面電極36にはんだ層13を介して接合されている。一方、第1導体板16の下面16bは、封止体14の下面14bに露出している。これにより、第1導体板16は、半導体装置30と電気的に接続された回路の一部を構成するとともに、半導体装置30の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。 The semiconductor module 10 further includes a first conductor plate 16 and a second conductor plate 18 . The first conductor plate 16 and the second conductor plate 18 face each other with the semiconductor device 30 interposed therebetween. The first conductor plate 16 and the second conductor plate 18 are made of a conductor such as metal. The first conductor plate 16 and the second conductor plate 18 are integrally held by the sealing body 14 . The upper surface 16 a of the first conductor plate 16 is located inside the sealing body 14 and is joined to the lower surface electrode 36 of the semiconductor device 30 via the solder layer 13 . On the other hand, the lower surface 16b of the first conductor plate 16 is exposed to the lower surface 14b of the sealing body 14. As shown in FIG. As a result, the first conductor plate 16 constitutes a part of a circuit electrically connected to the semiconductor device 30 and also functions as a radiator plate for releasing the heat of the semiconductor device 30 to the outside.

第2導体板18の下面18bは、封止体14の内部に位置しており、導体スペーサ20を介して、半導体装置30の上面電極34に接続されている。なお、第2導体板18の下面18bは、はんだ層17を介して導体スペーサ20に接合されており、導体スペーサ20は、はんだ層15を介して半導体装置30の上面電極34に接合されている。一方、第2導体板18の上面18aは、封止体14の上面14aに露出している。第1導体板16と同様に、第2導体板18は、半導体装置30と電気的に接続された回路の一部を構成するとともに、半導体装置30の熱を外部へ放出する放熱板としても機能する。 A lower surface 18 b of the second conductor plate 18 is located inside the sealing body 14 and connected to the upper electrode 34 of the semiconductor device 30 via the conductor spacer 20 . The lower surface 18b of the second conductor plate 18 is joined to the conductor spacer 20 through the solder layer 17, and the conductor spacer 20 is joined to the upper electrode 34 of the semiconductor device 30 through the solder layer 15. . On the other hand, the upper surface 18a of the second conductor plate 18 is exposed to the upper surface 14a of the sealing body 14. As shown in FIG. Like the first conductor plate 16, the second conductor plate 18 constitutes a part of the circuit electrically connected to the semiconductor device 30, and also functions as a heat sink for releasing the heat of the semiconductor device 30 to the outside. do.

半導体モジュール10は、第1電力端子22と、第2電力端子24と、複数の信号端子26とを備える。第1電力端子22及び第2電力端子24は、封止体14の第1端面14cから突出している。第1電力端子22は、封止体14の内部において第1導体板16と電気的に接続されており、第2電力端子24は、封止体14の内部において第2導体板18と電気的に接続されている。これにより、第1電力端子22と第2電力端子24との間は、半導体装置30を介して電気的に接続されている。複数の信号端子26は、封止体14の第2端面14dから突出している。各々の信号端子26は、例えばワイヤボンディングによって、半導体装置30の信号パッド38(図4参照)と電気的に接続されている。 Semiconductor module 10 includes a first power terminal 22 , a second power terminal 24 , and a plurality of signal terminals 26 . The first power terminal 22 and the second power terminal 24 protrude from the first end surface 14 c of the encapsulant 14 . The first power terminal 22 is electrically connected to the first conductor plate 16 inside the sealing body 14 , and the second power terminal 24 is electrically connected to the second conductor plate 18 inside the sealing body 14 . It is connected to the. Thereby, the first power terminal 22 and the second power terminal 24 are electrically connected via the semiconductor device 30 . A plurality of signal terminals 26 protrude from the second end face 14 d of the sealing body 14 . Each signal terminal 26 is electrically connected to a signal pad 38 (see FIG. 4) of the semiconductor device 30 by wire bonding, for example.

次に、図3及び図4を参照して、半導体装置30の細部について説明する。図3及び図4に示すように、半導体装置30は、半導体基板32の表面32f上に設けられた層間絶縁膜46と、層間絶縁膜46の表面46f上に設けられた保護膜40とを備える。層間絶縁膜46は、絶縁体で構成されており、一例ではあるが、本実施形態では酸化シリコンが採用されている。層間絶縁膜46は、半導体基板32と各種電極を電気的に絶縁するために設けられている。保護膜40は、絶縁体で構成されており、一例ではあるが、本実施形態ではポリイミド樹脂が採用されている。保護膜40は、半導体基板32の外周縁32eに沿って、枠状に設けられており、上面電極34を露出させる開口40wを画定している。また、保護膜40の外周縁40eは、層間絶縁膜46の外周縁46eを被覆しており、保護膜40の一部は半導体基板32の表面32fに接している。保護膜40は、例えばナトリウムイオン(Na+)等の外乱イオンによって半導体基板32内の電気力線が崩れ、半導体装置30の耐圧が低下するのを抑えるために設けられている。 Next, details of the semiconductor device 30 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor device 30 includes an interlayer insulating film 46 provided on a surface 32f of a semiconductor substrate 32, and a protective film 40 provided on a surface 46f of the interlayer insulating film 46. . The interlayer insulating film 46 is composed of an insulator, and although it is an example, silicon oxide is adopted in this embodiment. The interlayer insulating film 46 is provided to electrically insulate the semiconductor substrate 32 and various electrodes. The protective film 40 is made of an insulator, and as an example, polyimide resin is used in this embodiment. The protective film 40 is provided in a frame shape along the outer peripheral edge 32e of the semiconductor substrate 32 and defines an opening 40w through which the upper surface electrode 34 is exposed. An outer peripheral edge 40 e of the protective film 40 covers an outer peripheral edge 46 e of the interlayer insulating film 46 , and a portion of the protective film 40 is in contact with the surface 32 f of the semiconductor substrate 32 . The protective film 40 is provided to prevent the breakdown of the electric lines of force in the semiconductor substrate 32 due to disturbance ions such as sodium ions (Na + ) and the reduction in the breakdown voltage of the semiconductor device 30 .

図3に示すように、保護膜40には複数の空洞42が形成されている。複数の空洞42は、保護膜40の裏面、即ち、層間絶縁膜46の表面46fと接する面に溝として形成されており、保護膜40の面内に分散して配置されている。空洞42の形状及び大きさは特に限定されるものではない。空洞42は、一例ではあるが、直径が約10μmの水平断面形状が矩形又は円形である。また、複数の空洞42は、規則的に配置されていてもよく、不規則に配置されていてもよい。複数の空洞42は、一例ではあるが、約20μmのピッチを有するように規則的に配置されていてもよい。 As shown in FIG. 3, a plurality of cavities 42 are formed in the protective film 40 . A plurality of cavities 42 are formed as grooves in the back surface of the protective film 40 , that is, the surface in contact with the front surface 46 f of the interlayer insulating film 46 , and are distributed within the surface of the protective film 40 . The shape and size of the cavity 42 are not particularly limited. As an example, the cavity 42 has a rectangular or circular horizontal cross-sectional shape with a diameter of about 10 μm. Moreover, the plurality of cavities 42 may be arranged regularly or may be arranged irregularly. As an example, the plurality of cavities 42 may be arranged regularly with a pitch of about 20 μm.

複数の空洞42の各々に露出する層間絶縁膜46の表面46fには、親水性膜44が設けられている。親水性膜44は、親水性の材料で構成されており、一例ではあるが、本実施形態では酸化チタン(TiO2)が採用されている。 A hydrophilic film 44 is provided on the surface 46 f of the interlayer insulating film 46 exposed to each of the plurality of cavities 42 . The hydrophilic film 44 is made of a hydrophilic material, and as an example, titanium oxide (TiO 2 ) is used in this embodiment.

図5~図8を参照し、複数の空洞42を保護膜40内に形成する方法を説明する。まず、図5に示すように、層間絶縁膜46の表面46f上に複数の親水性膜44を成膜する。一例ではあるが、親水性膜44の半径は約0.42μmである。親水性膜44を成膜した後に、親水性膜44に対してUV照射を行う。このUV照射により、酸化チタン(TiO2)である親水性膜44が親水性を発揮することができる。 A method of forming a plurality of cavities 42 within the protective film 40 will now be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5, a plurality of hydrophilic films 44 are formed on the surface 46 f of the interlayer insulating film 46 . As an example, the radius of hydrophilic membrane 44 is approximately 0.42 μm. After forming the hydrophilic film 44, the hydrophilic film 44 is irradiated with UV. This UV irradiation enables the hydrophilic film 44 made of titanium oxide (TiO 2 ) to exhibit hydrophilicity.

次に、図6に示すように、スピンコート法を利用して、親水性膜44上に水52を付着させる。 Next, as shown in FIG. 6, water 52 is deposited on the hydrophilic film 44 using a spin coating method.

次に、図7に示すように、スピンコート法を利用して、ポリイミドが溶解した溶媒を半導体基板32上に塗布し、保護膜40を成膜する。このとき、スピンコートの回転速度を低速(水52を塗布したときのスピンコートの回転速度よりも低速)に調整することで、水52を親水性膜44上に付着したままにすることができる。また、ポリイミドを溶解させる溶媒に非極性溶媒を採用することで、水52が溶媒に溶解することなく、水52を親水性膜44上に付着したままにすることができる。溶媒としては、例えばトルエン、ヘキサンが採用される。 Next, as shown in FIG. 7, a solvent in which polyimide is dissolved is applied onto the semiconductor substrate 32 by spin coating to form a protective film 40 . At this time, by adjusting the rotation speed of the spin coating to a low speed (lower than the rotation speed of the spin coating when the water 52 is applied), the water 52 can remain attached to the hydrophilic film 44. . Moreover, by adopting a non-polar solvent as the solvent for dissolving polyimide, the water 52 can be left attached to the hydrophilic film 44 without being dissolved in the solvent. Toluene and hexane, for example, are used as the solvent.

次に、アニール処理を実施し、保護膜40を硬化させる。このアニール処理は、一例ではあるが、温度を変更した2段階で実施される。第1段階目のアニール処理は、100℃未満の温度に設定されており、保護膜40を半分程度硬化させるように実施される。第2段階目のアニール処理は、100℃以上の温度に設定されており、保護膜40を完全に硬化させるように実施される。図8に示すように、第2段階目のアニール処理を実施すると、親水性膜44上に付着していた水52が気化し、膨張した水蒸気によって空洞42が形成される。第1段階目のアニール処理によって保護膜40が半分程度硬化していることから、第2段階目のアニール処理で気化した水蒸気が保護膜40内に留まることが可能であり、これにより、親水性膜44に対応した位置に空洞42が形成される。なお、水52が気化すると体積1700倍となることから、半径が約0.42μmの親水性膜44に付着していた水52が気化すると、半径が約5.0μmの空洞42が形成される。なお、ポリイミドには水及び空気を完全に遮断する能力はないことから、時間が経過すると、空洞42内の水分は抜け、空洞42内は空気で置換される。 Next, an annealing process is performed to harden the protective film 40 . Although this annealing treatment is an example, it is performed in two stages with different temperatures. The first-stage annealing process is set at a temperature of less than 100° C. and is performed so as to harden the protective film 40 by about half. The second-stage annealing treatment is set at a temperature of 100° C. or higher and is performed so as to completely harden the protective film 40 . As shown in FIG. 8, when the second-stage annealing treatment is performed, the water 52 adhering to the hydrophilic film 44 is vaporized, and the expanded water vapor forms cavities 42 . Since the protective film 40 is about half cured by the first-stage annealing treatment, the water vapor vaporized by the second-stage annealing treatment can remain in the protective film 40, thereby improving hydrophilicity. A cavity 42 is formed at a position corresponding to the membrane 44 . When the water 52 evaporates, its volume increases 1700 times. Therefore, when the water 52 adhering to the hydrophilic film 44 with a radius of about 0.42 μm evaporates, a cavity 42 with a radius of about 5.0 μm is formed. . Since polyimide does not have the ability to completely shut off water and air, the moisture in the cavity 42 is removed and the cavity 42 is replaced with air over time.

このように、本実施形態では、複数の空洞42が保護膜40の同一面内に配置されている。さらに、本実施形態では、十分な数の空洞42が保護膜40内に配置されている。このため、保護膜40は、保護膜40の面方向に観測したときに、空洞42によって分断されることとなる。 Thus, in this embodiment, a plurality of cavities 42 are arranged within the same plane of the protective film 40 . Furthermore, in this embodiment, a sufficient number of cavities 42 are arranged within the protective film 40 . Therefore, the protective film 40 is divided by the cavities 42 when observed in the surface direction of the protective film 40 .

半導体モジュール10では、半導体装置30の動作によって生じるジュール熱により、各々の構成要素に熱変形が生じる。このとき、保護膜40には、大きな熱応力が生じ易い。このような熱応力は、ヤング率が比較的に高い炭化シリコン(SiC)を採用した本実施形態の半導体モジュール10において顕著に現れる。 In the semiconductor module 10, Joule heat generated by the operation of the semiconductor device 30 causes thermal deformation in each component. At this time, a large thermal stress is likely to occur in the protective film 40 . Such thermal stress is conspicuous in the semiconductor module 10 of the present embodiment that employs silicon carbide (SiC) having a relatively high Young's modulus.

本実施形態の半導体モジュール10では、複数の空洞42によって保護膜40が面方向に沿って分断されていることから、保護膜40の熱応力が緩和される。さらに、空洞42が保護膜40に埋設するように形成されていることから、保護膜40の表面は連続して延びている。即ち、保護膜40は、半導体基板32の表面が露出しないように半導体基板32の表面上を被覆している。したがって、例えばナトリウムイオン(Na+)等の外乱イオンが保護膜40の表面に付着しても、保護膜40の表面から半導体基板32までの距離が十分に確保されていることから、外乱イオンの影響が半導体基板32に及ぶことが抑えられている。このように、保護膜40内に複数の空洞42を形成する技術は、外乱イオンの影響を抑えるという保護膜40の本来の機能を維持しながら、保護膜40の熱応力を緩和することができる。 In the semiconductor module 10 of the present embodiment, since the protective film 40 is divided along the surface direction by the plurality of cavities 42, the thermal stress of the protective film 40 is alleviated. Furthermore, since the cavity 42 is formed so as to be embedded in the protective film 40, the surface of the protective film 40 extends continuously. That is, the protective film 40 covers the surface of the semiconductor substrate 32 so that the surface of the semiconductor substrate 32 is not exposed. Therefore, even if disturbance ions such as sodium ions (Na + ) adhere to the surface of the protective film 40 , since the distance from the surface of the protective film 40 to the semiconductor substrate 32 is sufficiently secured, the disturbance ions do not reach the semiconductor substrate 32 . The semiconductor substrate 32 is suppressed from being affected. Thus, the technique of forming a plurality of cavities 42 in the protective film 40 can relax the thermal stress of the protective film 40 while maintaining the original function of the protective film 40 of suppressing the influence of disturbance ions. .

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書、又は、図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the technology disclosed in this specification have been described above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims as filed. The techniques exemplified in this specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself.

10 :半導体モジュール
30 :半導体装置
32 :半導体基板
40 :保護膜
42 :空洞
44 :親水性膜
46 :層間絶縁膜
10: semiconductor module 30: semiconductor device 32: semiconductor substrate 40: protective film 42: cavity 44: hydrophilic film 46: interlayer insulating film

Claims (1)

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられている層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に設けられているとともに、前記半導体基板の外周縁に沿って枠状に延びているポリイミド樹脂の保護膜と、を備えており、
前記保護膜には、前記保護膜の面内に分散して配置されている複数の空洞が形成されている、半導体装置。
a semiconductor substrate;
an interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate;
a polyimide resin protective film provided on the interlayer insulating film and extending in a frame shape along the outer peripheral edge of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film is formed with a plurality of cavities arranged dispersedly in a plane of the protective film.
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