JP7287181B2 - semiconductor equipment - Google Patents
semiconductor equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7287181B2 JP7287181B2 JP2019151436A JP2019151436A JP7287181B2 JP 7287181 B2 JP7287181 B2 JP 7287181B2 JP 2019151436 A JP2019151436 A JP 2019151436A JP 2019151436 A JP2019151436 A JP 2019151436A JP 7287181 B2 JP7287181 B2 JP 7287181B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- protective film
- semiconductor substrate
- semiconductor device
- semiconductor
- cavities
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
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.
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
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. .
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019151436A JP7287181B2 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | semiconductor equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019151436A JP7287181B2 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | semiconductor equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021034485A JP2021034485A (en) | 2021-03-01 |
JP7287181B2 true JP7287181B2 (en) | 2023-06-06 |
Family
ID=74676089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019151436A Active JP7287181B2 (en) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | semiconductor equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7287181B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016134546A (en) | 2015-01-21 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2018019010A (en) | 2016-07-29 | 2018-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
WO2018078799A1 (en) | 2016-10-28 | 2018-05-03 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
JP2018181962A (en) | 2017-04-06 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP2020068223A (en) | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06283864A (en) * | 1993-03-26 | 1994-10-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Forming method for multilayer interconnection structure |
-
2019
- 2019-08-21 JP JP2019151436A patent/JP7287181B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016134546A (en) | 2015-01-21 | 2016-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2018019010A (en) | 2016-07-29 | 2018-02-01 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
WO2018078799A1 (en) | 2016-10-28 | 2018-05-03 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
JP2018181962A (en) | 2017-04-06 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP2020068223A (en) | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021034485A (en) | 2021-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6230660B2 (en) | Power semiconductor module | |
JP4885046B2 (en) | Power semiconductor module | |
JP6093455B2 (en) | Semiconductor module | |
WO2015029159A1 (en) | Semiconductor device | |
EP3522213B1 (en) | Semiconductor device | |
JP7273055B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP7155748B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2019016738A (en) | Semiconductor device | |
JP7124474B2 (en) | semiconductor equipment | |
US8692244B2 (en) | Semiconductor device | |
US20190237381A1 (en) | Semiconductor device | |
JP7287181B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP4096741B2 (en) | Semiconductor device | |
US20180366449A1 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
JP7293978B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP4293272B2 (en) | Semiconductor device | |
JP7070501B2 (en) | Semiconductor module | |
JP7120150B2 (en) | semiconductor module | |
JP2013239479A (en) | Semiconductor device | |
JP3226082B2 (en) | Semiconductor device | |
JP7143729B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2020188105A (en) | Semiconductor module | |
JP7180533B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP7103256B2 (en) | Semiconductor equipment | |
JP7045180B2 (en) | Power semiconductor devices, modules and manufacturing methods |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20200720 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211116 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221031 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221206 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221222 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230425 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230508 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7287181 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |