図面 (/)

技術 半導体デバイス及びその製造方法

出願人 インフィニオンテクノロジーズオーストリアアーゲー
発明者 ヘアベアトフッターシュテファンシュヴァープ
出願日 2016年12月8日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2016-238400
公開日 2017年6月15日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-108139
状態 特許登録済
技術分野 半導体又は固体装置の封緘,被覆構造と材料 半導体集積回路装置の内部配線
主要キーワード ポリマーバリア層 クラウンエーテル構造 水銀カドミウムテルル 原子価電子 フィールド電極 センサ端子 リン化インジウムガリウム クラウンエーテル誘導体
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

半導体デバイス(100A)が提供される。

解決手段

半導体デバイスは、半導体基板を有する少なくとも1つの半導体構成要素(110)と、少なくとも1つの半導体構成要素(110)の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層(120)と、を含み、その際、バリア層(120)は、ポリマー材料と、前記ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。

概要

背景

半導体デバイスにおける課題は、イオンの移動に関連している。デバイスサイズが小さくなる傾向にあるため、移動するイオンが、例えばゲート酸化物に達する危険性が増している。このことは半導体デバイスのスレッショルド電圧シフトつながり得る。スレッショルド電圧のシフトは更に半導体デバイスの故障につながり得る。移動するイオンの中でも、特に、ナトリウムイオンが半導体デバイスの中をすばやく移動することが知られている。特に、ナトリウムは頻繁に生じる元素であり且つやや小さいイオン半径を有する。従って、ナトリウムイオンが例えばゲート酸化物に達することを防ぐためのナトリウムイオンの結合は、解決しがいのある課題になり得る。イオンの移動によって生じる別の悪影響は例えば腐食であり、腐食作用を示すイオン、例えばフッ化物イオン又は塩化物イオンの移動を低減又は防止することが一般的に望ましい。

上記を考慮して、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及び改善されたバリア特性又はイオンゲッター特性をもたらす半導体デバイスの製造方法が求められている。特に、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及びナトリウムイオンなどのイオンの移動を低減すること又は更に防止することが可能な半導体デバイスの製造方法が求められている。

概要

半導体デバイス(100A)が提供される。半導体デバイスは、半導体基板を有する少なくとも1つの半導体構成要素(110)と、少なくとも1つの半導体構成要素(110)の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層(120)と、を含み、その際、バリア層(120)は、ポリマー材料と、前記ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。A

目的

別個デバイスフィールド電極用の共通端子又は別個のデバイスのサブグループ用の共通端子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

半導体基板を含む少なくとも1つの半導体構成要素(110)又は少なくとも第1の半導体構成要素(110)と、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)の少なくとも上に、その中に又はその一部に設けられたバリア層(120、220、320)と、を含む半導体デバイス(100、200、300、400)であって、前記バリア層(120、220、320)は、ポリマー材料と、前記ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む、半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項2

前記有機金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンドであり得る、請求項1に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項3

前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)及び前記バリア層(120、220、320)を囲む封止材(130)を更に含み、特に、前記封止材(130)は、前記バリア層(120、220、320)の前記ポリマー材料とは異なる成形材料で作られている、請求項1又は2に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項4

前記バリア層(120、320)は、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)と前記封止材(130)との間に少なくとも部分的に設けられている、請求項3に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項5

前記封止材(130)に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレーム(310、410)を更に含み、前記少なくとも1つ半導体構成要素(110)は、リードフレーム(310、410)に電気的に接続されている、請求項3又は4に記載の半導体デバイス(300、400)。

請求項6

前記バリア層(120、320)は、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)の表面積の少なくとも一部を被覆する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、300、400)。

請求項7

前記バリア層(220)は、特に中間誘電体層として、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)内に中間層として設けられている、請求項1から6までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(200)。

請求項8

前記ポリマー材料に共有結合されている前記有機金属錯化剤の濃度が、200gの前記ポリマー材料当たり1モルの前記有機金属錯化剤から1,500,000gの前記ポリマー材料当たり1モルの前記有機金属錯化剤の範囲である、請求項1から7までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項9

クラウンエーテルが、15−クラウン−5及びその誘導体、18−クラウン−6及びその誘導体、12−クラウン−4及びその誘導体、21−クラウン−7及びその誘導体、24−クラウン−8及びその誘導体、又はそれらの任意の組み合わせのうち少なくとも1つを含む、請求項1から8までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項10

クリプタンドが[2.2.2]クリプタンド(=1,10−ジアザ−4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン)、[2.2.1]クリプタンド、及び/又はその誘導体を含む、請求項1から9までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項11

前記ポリマー材料が、イミドエポキシシリコーン官能性側鎖を有するモノマーメタクリレート、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるモノマーの重合から得られるホモポリマー又はコポリマーである、請求項1から10までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項12

第2の半導体構成要素(110B)を更に含み、前記バリア層(220)は、前記第1の半導体構成要素(110A)と前記第2の半導体構成要素(110B)との間に設けられている、請求項1から11までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項13

前記バリア層(133、120)は、封止材(130)の内層(131)と外層(132)との間に設けられている、請求項1から12までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項14

少なくとも1つの半導体構成要素(110)と、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)の少なくとも上に又はその一部に設けられているバリア層(120、220、320)と、を含む半導体デバイス(100、200、300、400)であって、前記バリア層(120、220、320)は、ポリマー材料と、前記ポリマー材料に埋め込まれた少なくとも1つのクリプタンドと、を含む、半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項15

少なくとも1つの半導体構成要素(110)と、少なくとも1つの半導体構成要素(110)の少なくとも中に、その上に又はその一部に設けられたバリア層(120、220、320)と、を含む半導体デバイス(100、200、300、400)であって、前記バリア層(120、220、320)は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、前記有機金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンドであり得る、半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項16

前記バリア層(120、220、320)は、前記バリア層(120、220、320)中に拡散しているカチオン、例えば、ナトリウムイオンなどのイオン固定化するように構成されている、請求項1から15までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項17

前記バリア層(120、220、320)は、イオンゲッター層として構成されている、請求項1から16までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項18

前記半導体デバイスは、パワー半導体デバイスである、請求項1から17までのいずれか1項に記載の半導体デバイス(100、200、300、400)。

請求項19

ポリマー材料と、前記ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む、半導体デバイス用の封止材材料。

請求項20

前記ポリマー材料は、エポキシ、PBO、PBIポリイミド、シリコーン、BCB、PNB、ポリシロキサン多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも1つを含み、前記有機金属錯化剤は、前記ポリマー材料に共有結合されている、請求項19に記載の封止材材料。

請求項21

前記ポリマー材料は、(a)エポキシ、PBO、PBI、ポリイミド、シリコーン、BCB、PNB、ポリシロキサン、多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも1つを含むポリマー、及びポリマーに共有結合された有機金属錯化剤、並びに(b)有機金属錯化剤を含まない、エポキシ、PBO、PBI、ポリイミド、シリコーン、BCB、PNB、ポリシロキサン、多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも1つを含むポリマーを含むコポリマーを含有する、請求項19に記載の封止材材料。

請求項22

少なくとも1つの半導体構成要素を有するパワー半導体デバイスの製造方法であって、(1)有機金属錯化剤をポリマー材料に共有結合させること、(2)有機金属錯化剤とモノマーとを共重合させること、及び(3)モノマーに共有結合された有機金属錯化剤を有するモノマーと有機金属錯化剤を有していないモノマーとを共重合させること、のうち少なくとも1つによってバリア材料を調製し、ポリマーのバリア材料を形成するステップと、前記バリア材料を前記少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成するステップと、を含む方法。

請求項23

前記有機金属錯化剤は、クラウンエーテル及びクリプタンドのうち少なくとも1つを含む、請求項22に記載の方法。

請求項24

少なくとも1つの半導体構成要素を有するパワー半導体デバイスの製造方法であって、少なくとも1つのクリプタンドをポリマー材料に埋め込むことによってバリア材料を調製するステップと、前記バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成するステップと、を含む方法。

請求項25

少なくとも1つの半導体構成要素を有するパワー半導体デバイスの製造方法であって、少なくとも1つのクラウンエーテル及び/又はクリプタンドからなるバリア材料を調製するステップと、前記バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成するステップと、を含む方法。

請求項26

前記バリア層(120、220、320)の前記ポリマー材料とは異なる成形材料を準備するステップと、前記少なくとも1つの半導体構成要素(110)及び前記バリア層(120、220、320)を封止し、前記成形材料から構成される封止成形体(130)を形成するステップと、を更に含む、請求項22から25までのいずれか1項に記載の方法。

技術分野

0001

本明細書に記載された実施態様は、バリアを有する半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及び半導体デバイスの製造方法に関する。本開示の実施態様は、特に、イオンゲッター層を有する半導体デバイス及びイオンゲッター層の製造方法に関する。

背景技術

0002

半導体デバイスにおける課題は、イオンの移動に関連している。デバイスサイズが小さくなる傾向にあるため、移動するイオンが、例えばゲート酸化物に達する危険性が増している。このことは半導体デバイスのスレッショルド電圧シフトつながり得る。スレッショルド電圧のシフトは更に半導体デバイスの故障につながり得る。移動するイオンの中でも、特に、ナトリウムイオンが半導体デバイスの中をすばやく移動することが知られている。特に、ナトリウムは頻繁に生じる元素であり且つやや小さいイオン半径を有する。従って、ナトリウムイオンが例えばゲート酸化物に達することを防ぐためのナトリウムイオンの結合は、解決しがいのある課題になり得る。イオンの移動によって生じる別の悪影響は例えば腐食であり、腐食作用を示すイオン、例えばフッ化物イオン又は塩化物イオンの移動を低減又は防止することが一般的に望ましい。

0003

上記を考慮して、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及び改善されたバリア特性又はイオンゲッター特性をもたらす半導体デバイスの製造方法が求められている。特に、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及びナトリウムイオンなどのイオンの移動を低減すること又は更に防止することが可能な半導体デバイスの製造方法が求められている。

課題を解決するための手段

0004

本開示の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、半導体基板を含む少なくとも1つの半導体構成要素と、少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。

0005

本開示の別の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、少なくとも1つの半導体構成要素と、少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれた少なくとも1つのクリプタンドと、を含む。

0006

本開示のさらに別の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、少なくとも1つの半導体構成要素と、少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンド(クラウンエーテル及びクリプタンドのうち少なくとも1つ)であり得る。

0007

本開示の別の態様によれば、半導体デバイス用の封止材が提供される。封止材は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。

0008

本開示の態様によれば、少なくとも1つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、有機金属錯化剤をポリマー材料に共有結合させることによってバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。

0009

本開示の別の態様によれば、少なくとも1つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、少なくとも1つのクリプタンドをポリマー材料中に埋め込むことによってバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。

0010

本開示の更に別の態様によれば、少なくとも1つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンドからなるバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。

0011

業者であれば、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照する際に、更なる特徴及び利点を認識するであろう。

0012

図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。また、各図において、対応する部分には同一の参照符号を付している。

図面の簡単な説明

0013

図1Aは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
図1Bは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
図1Cは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
図2は、本明細書に記載された更なる実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
図3は、本明細書に記載された実施態様によるリードフレームを有する半導体デバイスの断面図を示す。
図4は、本明細書に記載された更なる実施態様によるリードフレームを有する半導体デバイスの断面図を示す。

実施例

0014

以下の詳細な説明では、本発明の一部をなす添付の図面を参照し、本発明が実施され得る特定の実施態様を例示として示す。この点に関して、「上(top)」、「下(bottom)」、「前(front)」、「後(back)」、「先(leading)」、「後(trailing)」、「横(lateral)」、「縦(vertical)」などの方向性の用語は、説明されている図の向きに関して使用される。実施態様の構成要素は多数の異なる方向に配置することができるので、方向の用語は説明のために使用されており、決して制限するものではない。本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施態様が利用され且つ構造的又は論理的変更が行われ得ることが理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は、制限的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。記載されている実施態様は、特定の言語を使用しており、添付の特許請求の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。

0015

図1Aに関して、実施態様による半導体デバイス100Aについて説明する。幾つかの実施態様によれば、半導体デバイス100Aは、パワー半導体デバイスであり得る。

0016

半導体デバイス100Aは、例えば半導体基板(図示せず)を有する半導体構成要素110(半導体チップともいう)を含む。幾つかの実施態様によれば、半導体構成要素110は、端子140上に設けることができる。端子140は、その下側を端子140の上側にはんだ付けされた半導体構成要素110の下方に配置された大きなランドによって形成されている。はんだ層を符号150で示す。はんだ付けは、いかなるタイプのはんだ付けでも行うことができる。端子140の下面が露出されて、広範囲のはんだ付けや熱接触がもたらされる。端子140の下側及び外側若しくは側面は露出しているが、上面などの別の面は封止材130によって完全に封止されている。封止材130は、半導体デバイス100Aの筐体を構成し得る。

0017

幾つかの実施態様では、バリア層120は、少なくとも1つの半導体構成要素110の少なくとも上に又はその一部に設けられる。バリア層120はポリマー材料を含み得る。バリア層120は、少なくとも1つの半導体構成要素110の表面領域の少なくとも一部を覆う。幾つかの実施態様では、バリア層120は、半導体構成要素110の上面又は上表面を部分的に又は更に完全に覆うことができる。一例として、バリア層120は、上面又は上表面の少なくとも20%、具体的には少なくとも50%、より具体的には少なくとも80%を覆うことができる。任意に、バリア層120は、半導体構成要素110の側面の少なくとも1つを部分的に又は完全に覆うことができる。幾つかの実施態様によれば、バリア層120は、半導体構成要素110上に直接配置することができる、即ち、バリア層120は半導体構成要素110と直接接触している。他の実施態様では、バリア層120と半導体構成要素110との間に1つ以上の更なる層を設けることができる、即ち、バリア層120は半導体構成要素110と直接接触していない。

0018

幾つかの実施態様によれば、封止材130は、少なくとも1つの半導体構成要素110及びバリア層120を囲む又は取り囲む。特に、バリア層120は、少なくとも1つの半導体構成要素110と封止材130との間に少なくとも部分的に設けられる。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、封止材130は、バリア層120のポリマー材料とは異なる成形材料で作ることができる。

0019

幾つかの実施態様では、半導体デバイス100Aの製造方法は、バリア層120のポリマー材料とは異なる成形材料を準備すること、並びに少なくとも1つの半導体構成要素110及びバリア層120を封止して成形材料から構成された封止成形体(封止材130)を形成することを含み得る。

0020

一実施態様では、バリア層120の材料は、スピンコーティング又はインクジェット印刷などの適切なコーティング技術によって液体として塗布することができる。液体は、更なるプロセスで硬化される未反応のモノマー及び/又はポリマーを含有し得る。選択的硬化が望ましい場合、硬化されるべき塗布された液体の部分を選択的に露光できるマスクを使用して、塗布された液体にUV光などの放射線照射する。次に液体が現像され、液体の未露光部分が除去される。

0021

更なるプロセスでは、揮発性成分を除去するために熱プロセスを適用し、液体の残りの部分を少なくとも部分的に硬化して、硬化したバリア層120を形成する。硬化は熱プロセス以外であってもよく、サイクルで実施され得る。

0022

最終的なプラズマ処理を、例えば、ヘリウム酸素又は窒素酸素雰囲気下で使用して、ポリマー層の表面を清浄化し、汚染を低減し及び/又は後続の層の接着性を高めることができる。

0023

従って、バリア層120の製造方法は、未反応のモノマー及び/又はポリマーを含有する液体を塗布すること、任意に塗布された液体を放射線に曝すこと、必要に応じてリソグラフィーマスクを使用して選択的に露光すること、任意に露光された液体及び/又は未露光の液体を現像すること、硬化のための熱処理、及び任意のプラズマでの処理を含み得る。

0024

本開示のバリア層120は、バリア層120中に拡散している、例えば封止材130から生じるイオンを固定化するように構成されている。移動するイオンは、一般的にカチオンアニオンを含む。カチオンとしては、アルカリカチオン、例えばリチウム、ナトリウム又はカリウムイオンアルカリ土類金属カチオン、例えばカルシウム又はマグネシウムイオン、及び周期律表の他の群に属する元素のイオン、特に遷移金属のイオンが挙げられる。アニオンとしては、特にハロゲン、例えばフッ化物及び塩化物が挙げられる。以下において、ナトリウムイオンを特定例として説明するが、本発明はこれに制限されるものではなく、移動が低減されるように意図されている他のイオンにも適用可能である。具体的には、バリア層120は、ナトリウムイオンを固定化するように構成されている。従って、本明細書に記載された実施態様によるバリア層120は、イオンゲッター層として構成され得る。バリア層120は、例えば、イオンが半導体構成要素110のゲート酸化物に達することを防止する。半導体構成要素110のスレッショルド電圧のシフトは低減又は更に回避され得る。半導体デバイスの機能は確保され得る。

0025

本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせられ得る幾つかの実施態様によれば、バリア層120は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤と、を含む。本開示を通して使用される共有結合は、ポリマー材料の原子と有機金属錯化剤との間で電子対共有することを含む化学結合として理解されている。従って、有機金属錯化剤は、ポリマーマトリックスに単に分散又は希釈されるのではなく、ポリマーの分子に共有結合されている。有機金属錯化剤をポリマー中で共有結合により固定することは、有機金属錯化剤をポリマーマトリックス中に分散させることと比較して、複数の利点をもたらす。有機金属錯化剤を単に分散させるだけの場合、特に高濃度で使用する場合、錯化剤が分離して分離相を形成し得る。また、有機金属錯化剤は、例えばスピンコーティングプロセス中に沈殿し得る。ポリマーに共有結合させる場合、有機金属錯化剤はポリマー全体に均一に分布し、より高い有機金属錯化剤濃度に達し、沈殿が回避され得る。更に、金属錯化剤は潜在的に危険な物質である。それらをポリマーマトリックス内で共有結合により固定することで金属錯化剤の移動を防ぎ、従って金属錯化剤で富化された領域が潜在的危険濃度でポリマーマトリックスの表面に形成されることを回避する。

0026

一実施態様によれば、封止成形体の成形材料(封止材130)はポリイミドを含む。バリア層120は成形材料に埋め込むことができる。成形材料は、また、エポキシ、PBO(シス−ポリ(p−フェニレンベンゾビスオキサゾール))、PBIポリベンズイミダゾール)、ポリイミド、シリコーン、BCB(ベンゾシクロブテン)、PNB(ポリノルボルネン)、ポリシロキサン、及び多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも1つであり得る。

0027

一実施態様によれば、有機金属錯化剤の有無にかかわらず上記のポリマーは、半導体基板と封止成形体との間の任意の保護層として使用されてもよい。更に、有機金属錯化剤の有無にかかわらず上記のポリマーは、封止成形体の異なる層の間の任意の中間層として使用されてもよい。例えば、封止成形体は、少なくとも内層外層を含み、内層と外層との間に中間層を含み得る。封止成形体130の内層及び外層は、使用するポリマーの種類で及び/又は内層及び外層のいずれか1つ又はその両方が有機金属錯化剤を含有するかどうかのいずれかで異なり得る。それに加えて、中間層も有機金属錯化剤を含み得る。中間層は、封止成形体130の内層及び外層のポリマーとは異なるポリマーのものであり得る。中間層は、少なくとも、封止成形体130の内層及び外層のうちの1つと界面を形成し得る。

0028

図1Bは、例えば、内層131、外層132、及び内層131と外層132との間の中間層133を有する封止材130(封止成形体)を有する半導体デバイス100Bの実施態様を示す。中間層133は、上記のようにバリア層120として機能し得る。あるいは、内層131及び/又は外層132はバリア機能をもたらし且つ有機金属錯化剤を含み得る。

0029

図1Cは、バリア層120が、半導体デバイス100Cにおいて、第1の半導体構成要素を形成する第1のチップ110Aと第2の半導体構成要素を形成する第2のチップ110Bとの間に形成される実施態様を示す。半導体構成要素110A及び110Bの両方が封止材130で封止されている。

0030

更なる実施態様によれば、封止成形体の成形材料(封止材130)は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれた又は共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。一実施態様によれば、ポリマー材料はポリイミドであり、有機金属錯化剤はポリイミドに共有結合され得る。更に、上記のポリマー材料はいずれも同様に使用され得る。

0031

封止成形体は、埋め込まれた又は共有結合された有機金属錯化剤又は更なるポリマーバリア層を有していないクリプタンド若しくはクラウンエーテルなどの有機金属錯化剤を用いて材料を成形することによって形成され得る。有機金属錯化剤は、次に封止成形体のポリマー材料に埋め込まれるか又は共有結合される。本明細書に記載されるように更なるバリア層を更に設けることができ、該バリア層は、例えば、半導体基板と封止成形体との間に配置され、封止成形体の成形材料に、又は封止成形体上に埋め込まれ得る。従って、封止成形体は、有機金属錯化剤を含む又は含まない成形材料及び同一又は異なる有機金属錯化剤を有する任意のバリア層を含み得る。

0032

有機金属錯化剤は、成形材料及びバリア層のいずれか又はその両方に埋め込まれ得るか又は共有結合され得る。

0033

半導体デバイス100Aは、錯化剤をポリマー材料に共有結合させることによってバリア材料を調製し、且つ該バリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素110の少なくとも一部に塗布してバリア層120を形成することによって製造することができる。金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンドであり得る。

0034

一例として、バリア層120は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれたクリプタンドと、を含む。半導体デバイス100Aは、クリプタンドをポリマー材料に埋め込むことによってポリマー材料を調製し、且つバリア材料を少なくとも1つの半導体構成要素110の少なくとも一部に塗布してバリア層120を形成することによって製造することができる。

0035

本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせられ得る、幾つかの実施態様によれば、バリア層120は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、その際、金属錯化剤は少なくともクラウンエーテル及び/又はクリプタンドであり得る。半導体デバイス100Aは、クラウンエーテル及び/又はクリプタンド(及び任意にスペーサーリンカー)からなる材料を調製し、且つポリマー材料を少なくとも1つの半導体構成要素110の少なくとも一部に塗布してバリア層120を形成することによって製造することができる。

0036

幾つかの実施態様では、半導体デバイスを以下のように製造することができる。有機金属錯化機能を有するモノマーを形成するために、モノマーを、クラウンエーテル及び/又はクリプタンドと予め反応させてよい。このような機能化モノマーを使用することで、クラウンエーテル及び/又はクリプタンドの濃度を高くすることができ、従ってバリア層の固定化又はイオンゲッター特性を更に改善することができる。任意に、他のモノマー又はコポリマーを加えることができる。通常、そこに共有結合したクラウンエーテル又はクリプタンドを有するモノマーを重合させてバリア材料を形成することができる。他の例では、モノマーを最初に重合させ、次に形成したポリマーをクラウンエーテル及び/又はクリプタンドと反応させることができる。

0037

幾つかの実施態様によれば、ポリマーを予め重合させることができ、溶液を調製することができ、これを、例えば、スピンコーティングを用いて半導体構成要素に塗布することができる。任意に、この方法は、溶液の塗布後に、塗布された溶液を乾燥させること及び放射線重合及び/又は熱重合によりプレポリマーを硬化させることを含み得る。

0038

他の実施態様では、スピンコーティング用の溶液を、モノマーを用いて調製し、スピンコーティングを行うことができる。硬化も同様に、放射線重合及び/又は熱重合によって行われ得る。

0039

他の実施態様では、硬化はラジカル重合によって行われ得る。このような場合、スピンコーティング用の溶液を調製し、スピンコーティングプロセスの直前開始剤(例えば、2成分接着剤)を溶液に加えることができる。スピンコーティングプロセスを行うことができ、被覆された材料を、開始剤によって誘導される重合によって硬化することができる。任意に、放射線エネルギー又は熱エネルギーが、重合をサポート/促進するために適用され得る。

0040

他の実施態様では、有機金属錯化剤を含まないポリマーが使用され、共有結合した有機金属錯化剤を有する架橋試薬ポリマー溶液に添加され得る。スピンコーティングプロセスを行うことができ、被覆された材料を乾燥させて架橋することができる。

0041

幾つかの実施態様によれば、バリア材料の塗布は、スピンコーティングプロセスの代わりに、スクリーン印刷ステンシル印刷、又はインクジェット印刷などの印刷プロセスによって行われ得る。

0042

ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、広い範囲にわたって、例えば、200gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤から1,500,000gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤まで変わり得る。典型的な実施態様では、ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、300gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤から300,000gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤までの範囲にある。例えば、ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、600gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤から30,000gのポリマー材料当たり1モルの有機金属錯化剤までの範囲にある。高濃度の有機金属錯化剤は、バリア層120のイオンゲッター特性を改善する。

0043

クラウンエーテルは、ナトリウムイオンなどのイオンを錯化し得る環状エーテルである。クラウンエーテル構造に組み込まれた酸素原子は部分的に負に帯電しており、その原子価電子はナトリウムイオンなどのイオンとの結合を確立することができる。ナトリウムイオンの正電荷は多くの酸素原子に分布しているため、環のような安定した錯体が形成され、これはナトリウムイオンの周りに形成される。

0044

クラウンエーテルは、一般に、一般式(−CR1R2−CR3R4−O)x−を有するか又は類似の構造若しくは関連した構造を有する環状エーテルであり、ここでxは典型的には少なくとも4から8までの整数である。R1〜R4は有機部分であり、R1〜R4のほとんどは典型的には水素又は非官能性部分であり、典型的には低級脂肪族又は芳香族部分である。しかしながら、少なくとも1つの場合、R1〜R4のうち少なくとも1つは、モノマー、ポリマー、又は架橋剤の官能基との反応によって共有結合を形成することができる官能基を含む。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、バリア層に組み込まれるクラウンエーテルは、
・ 15−クラウン−5及びその誘導体
・ 18−クラウン−6及びその誘導体、
・ 12−クラウン−4及びその誘導体、
・ 21−クラウン−7及びその誘導体、
・ 24−クラウン−8及びその誘導体、
並びにそれらの任意の組み合わせ
のうち少なくとも1つを含む。

0045

クリプタンドは、クラウンエーテルに類似する、例えばナトリウムイオンなどのイオンと安定な錯体を形成する化合物である。しかしながら、クリプタンドは、クラウンエーテルと同様に、2つの酸素原子が窒素原子置換されている環状エーテルである。窒素原子の利用可能な自由原子価により、窒素を更なるエーテル架橋と結び付けることができる。従って、より多くの酸素原子がナトリウムイオンと相互作用することができ、カップのようなより一層安定な錯体が形成され、これは例えばナトリウムイオンなどのイオンに課される。

0046

クラウンエーテルに関して上記で論じたのと同様に、クリプタンドも同様にモノマー、ポリマー又は架橋剤の官能基との反応によって共有結合を形成することができる少なくとも1つの官能基を含む。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、クリプタンドは、[2.2.2]クリプタンド(=1,10−ジアザ−4,7,13,16,21,24−ヘキサオキサビシクロ[8.8.8]ヘキサコサン)及びその誘導体を含む。本発明に適したクリプタンドのもう1つの例は、[2.2.1]クリプタンドである。

0047

本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる、幾つかの実施態様によれば、バリア層120のポリマー材料はホモポリマー又はコポリマーである。本明細書で使用される「コポリマー」との用語は、ブロックコポリマー及びランダムコポリマー包含し、且つ2つ、3つ、4つ又はそれ以上の異なるモノマーの重合から生じる任意のコポリマーを包含することを意図している。好適なモノマーは、例えば、イミド、エポキシ、シリコーン、官能性側鎖を有するモノマー、メタクリレート、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。

0048

ポリマー主鎖に有機金属錯化剤を含むポリマーは、少なくとも2つの官能基を有する少なくとも1つのクラウンエーテル及び/又はクリプタンドと、有機金属錯化剤の官能基と反応可能な少なくとも2つの官能基を有する少なくとも1つのモノマーとを反応させることによって調製され得る。具体例として、有機金属錯化剤を主鎖に含むポリマーを合成するために、ジアミノ誘導体化クラウンエーテルは、二酸又は二無水物誘導体化モノマーと反応し得る。別の例として、ジハロゲン誘導体化クラウンエーテルは、そのようなポリマーを合成するためにシランと反応し得る。

0049

バリア層120のポリマー材料は、動作温度固体又は半固体である材料を含む。動作温度は、とりわけ、特定のポリマー材料の種類に依存する。ポリイミドに関しては、例えば、動作温度は一般的に−55℃〜250℃の範囲内にあり、通常、−55℃〜175℃の範囲内、例えば0℃〜120℃の範囲内にある。半固体材料は、通常、動作温度で高い粘度を有し、且つワックスなどの材料を含む。塗布の間、より高い温度も可能である。工場での加工中(例えば、硬化中)、より高い温度が使用される。

0050

以下に、18−クラウン−6の誘導体をポリマー主鎖に導入するポリイミドホモポリマー及びコポリマーを例示する。例えば、4,4’−ジアミノベンゾ−18−クラウン−6(DAB18)などのジアミノ官能性クラウンエーテル誘導体は、ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェニル無水物(6FDA)及びオキシジフタル酸無水物ODPA)などの1種以上の二無水物官能性化合物との重縮合によって反応し得る。

0051

DAB−18と6FDA及びODPAとを重合させて得られるホモポリマーは、それぞれ、以下に示す、繰り返し単位DAB18−6FDA又はDAB−ODPAからなる。DAB−18と6FDA及びODPAとを重合させて得られるランダム又はブロックコポリマーは、可能性のある変動量で、DAB18−6FDA及びDAB−ODPAの両方の繰り返し単位を含む。

0052

モノマービスアミノフェニルフルオレン(BAPF)のさらなる組み込みは、得られるポリイミドの疎水性を増加させ、且つ非プロトン性極性溶媒への溶解度を増加させ、このことはスピンコーティングプロセスにとって望ましい。

0053

BAPFの存在下で、DAB−18と6FDA又はODPAのいずれかとを重合させて得られるコポリマーDAB18−6FDA−BAPF及びDAB18−ODPA−BAPFに存在する繰り返し単位を以下に示す。DAB−18と6FDA、ODPA及びBAPFのいずれかとを重合させて得られるコポリマーも同様に調製され得る。

0054

クラウンエーテル及び/又はクリプタンドは、ポリマー中で(例えば、ポリイミド鎖又は側鎖として)共有結合により固定されているので、予め捕捉されたナトリウムイオンは、錯体を残すことにより、それ以上移動することができない。結合定数が非常に高いので、ナトリウムイオンの移動は、著しく遅くなるか又はポリマーを使用する際に更に妨げられる。

0055

本明細書に記載された更なる実施態様によれば、封止材は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤と、を含み得る。一例として、ポリマー材料は、バリア層に関して上記で説明されたポリマー材料であり得る。そのような場合、半導体デバイス100Aは、隔てられた別個のバリア層がなくてもよい。封止材は、ナトリウムイオンなどのイオンを固定化するように構成されている。従って、封止材は、イオンゲッター要素として構成され得る。

0056

更なる実施態様によれば、封止材は、(a)ポリイミド及びポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤及び(b)有機金属錯化剤を含まないポリイミドを含むコポリマーを含み得る。このようなコポリマーは、例えば、モノマーに共有結合した有機金属錯化剤を有するイミドなどのモノマーと、有機金属錯化剤を有していないイミドなどのモノマーとを共重合することによって得ることができる。従って、異なるモノマーを使用することができる。モノマーは、例えば無水物の存在下で重合することができる。

0057

更なる実施態様によれば、封止材は、(a)ポリマー及びポリマーに共有結合された有機金属錯体並びに(b)有機金属錯体を含まないポリマーを含むコポリマーを含み得る。ポリマーは、エポキシ、PBO、PBI、ポリイミド、シリコーン、BCB、PNB、ポリシロキサン、SOG、及び多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも1つであり得る。ポリマーは有機金属錯化剤の有無にかかわらず同じでも異なっていてもよい。

0058

半導体構成要素は、典型的には、パワーFET電界効果トランジスタ)又はIGBT絶縁ゲートバイポーラデバイス)などの1つの別個の半導体デバイスを含む。このようなデバイスは、半導体構成要素のアクティブ領域に配置された複数の実質的に同一のセルを含む。パワーICの場合、温度センサ及び/又は電流センサなどの更なるデバイス又は更なるMOSFETデバイスが更に存在し得る。このようなセンサ電気的接続のために、半導体デバイスは、センサ端子と呼ぶことができる少なくとも更なる端子を含み得る。

0059

本明細書に記載された半導体デバイスは、典型的には別個のパワーデバイスであり、別個のデバイスを駆動するためのドライバロジック又はドライブステージを含まない。また、各半導体デバイスは、例えばハーフブリッジを形成するパワーデバイスを少なくとも2つ含むモジュールとは異なり、別個の半導体デバイスを1つだけ含み得る。しかしながら、半導体デバイスは、別個の半導体デバイスによって形成されたモジュールも含むことができ、各別個のデバイスについては、各別個のデバイスの少数の、多くの又は全てのフィールド電極電気的に接続されている追加の端子が設けられている。別個のデバイスのフィールド電極用の共通端子又は別個のデバイスのサブグループ用の共通端子を提供することも可能である。

0060

半導体構成要素は、半導体デバイスの製造に適した任意の半導体材料で作ることができる。このような材料の例としては、元素の半導体材料、例えばシリコン(Si)、IV族化合物の半導体材料、例えば炭化シリコン(SiC)又はシリコンゲルマニウム(SiGe)、二元、三元又は四元のIII−V族半導体材料、例えばガリウム砒素GaAs)、リンガリウムGaP)、リン化インジウムInP)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、リン化インジウムガリウム(InGaPa)又はインジウムガリウムヒ素リン(InGaAsP)、二元又は三元のII−VI族半導体材料、例えばテルル化カドミウム(CdTe)及び水銀カドミウムテルル(HgCdTe)等が挙げられるが、これらに制限されない。上記の半導体材料は、ホモ接合半導体材料とも呼ばれる。2種類の半導体材料を組み合わせると、ヘテロ接合半導体材料が形成される。ヘテロ接合半導体材料の例としては、シリコン(SixC1−x)及びSiGeヘテロ接合半導体材料が挙げられるが、これらに制限されない。パワー半導体用途では、現在、主にSi、SiC及びGaN材料が使用されている。

0061

図2は、本明細書に記載される更なる実施態様による半導体デバイス200の断面図を示す。半導体デバイス200は、図1Aを参照して説明した半導体デバイス100と同様であり、その違いはバリア層220の位置にある。

0062

具体的には、バリア層220は、少なくとも1つの半導体構成要素110に中間層として設けられている。一例として、バリア層220を中間誘電体層として設けることができる。

0063

図3は、本明細書に記載された実施態様による封止材を有する半導体デバイス300の断面図を示す。半導体デバイス300は、封止材130内に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレーム310を含み、その際、少なくとも1つの半導体構成要素110はリードフレーム310に電気的に接続されている。

0064

図3において、半導体構成要素110の上側に形成された金属層又はパッドは、それぞれの端子又はランドにボンディングワイヤによって結合されている。図3は、第1の端子320のみを示す。第1の端子320の上側は、ボンディングワイヤ310のためのランディングパッドを形成する。第1の端子320の下側と外側は露出され、ランディングパッド側を含む他の側は封止材130の成形材料によって完全に封止される。第2の端子140は、下側が第2の端子140の上側にはんだ付けされた半導体構成要素110の下方に配置された大きなランドによって形成されている。はんだ層を符号150で示す。はんだ付けは、あらゆるタイプのはんだ付けによって行うことができる。第2の端子140の下面が露出されて、広範囲のはんだ付けと熱接触をもたらす。

0065

半導体デバイス300は、開口部又は中断部326を有するバリア層320を含む。開口部又は中断部326は、ボンディングワイヤ310が半導体構成要素110に接触するための接触領域をもたらすように構成され得る。具体的には、開口部又は中断部326は、接触領域をもたらすために半導体構成要素110の一部を露出させることができる。一部の実施では、バリア層320は、接触領域の第1の側に設けられた第1の部分322と、第1の側とは反対側の接触領域の第2の側に設けられた第2の部分324とを有することができる。

0066

上記のように、半導体デバイス300は、電気的に接続するボンド接続、例えば、第1の端子320による半導体構成要素110のソースメタライゼーションを含むことができ、その際、ボンディングワイヤ310は封止材130に埋め込まれる。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる実施態様では、封止材130に埋め込まれた第2のボンド接続を形成する別のボンディングワイヤによってゲートメタライゼーションを第3の端子(図示せず)に電気的に接続することができる。

0067

図4は、本明細書に記載された更なる実施態様による封止材を有する半導体デバイス400の断面図を示す。半導体デバイス400は、封止材130に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレームを含み、その際、少なくとも1つの半導体構成要素110は、リードフレームに電気的に接続されている。具体的には、リードフレームはクリップ410であり得る。

0068

また、半導体構成要素110は、半導体構成要素110の下面に形成された金属層によって第2の端子140にはんだ付けされている。はんだ付け層は150で示す。図3とは異なり、少なくとも半導体構成要素110のソースメタライゼーションを、銅ボンドになり得るクリップ410にはんだ付けすることができる。クリップ410は、第1の端子420にはんだ付けされている。あるいは、第1の端子420は、ダイ取り付けパッドを含むことができ、半導体構成要素110のソースメタライゼーションがダイ取り付けパッドにはんだ付けされる。図4の実施態様は銅クリップ接続による低い抵抗を示す。

0069

半導体デバイス400は、図3を参照して説明したバリア層と同様のバリア層320を含む。バリア層320の開口部又は中断部426は、図3に示す開口部又は中断部326よりも大きくすることができる。具体的には、クリップ410と半導体構成要素110との接触面積を、ボンディングワイヤ310と半導体構成要素110との接触面積よりも大きくすることができる。

0070

上記のように、有機金属錯化剤は、アルカリイオンなどのイオンを固定化又はゲッタリングするために提供される。有機金属錯化剤は、バリア層のポリマー材料に共有結合させることができるか又はバリア層のポリマー材料を形成してバリア層にイオンゲッタリング特性を付与することができる。

0071

上記でさらに説明したように、有機金属錯化剤は、イオンを固定化するために移動するイオンを錯化する能力を有する錯化剤として提供される。

0072

空間的な相対関係を示す用語、例えば、「下側に(under)」、「下側に(below)」、「下側に(lower)」、「上に(over)」、「上側に(upper)」、「上に(above)」等は、1つの要素の第2の要素に対する位置を説明するための記述を容易にするために使用される。これらの用語は、図に描かれているものとは異なる向きに加えて、様々なデバイスの向きを包含することが意図されている。更に、「第1」、「第2」等の用語は、様々な要素、領域、区間等を記載するためにも使用されており、また、制限することを意図するものではない。同様な用語は、詳細な説明を通して同様な要素を指す。

0073

本明細書で使用される、「有する(having)」、「含有する(containing)」、「含む(including)」、「含む(comprising)」等の用語は、記載された要素又は特徴の存在を示すが、追加の要素又は特徴を排除するものではないオープンエンドの用語である。文脈に別段の明示がない限り、詞「a」、「an」及び「the」は、複数形並びに単数形を含むことが意図されている。

0074

上記範囲の変形及び適用を考慮すると、本発明は前述の説明によって制限されず、添付の図面によって制限されないことが理解されるべきである。代わりに、本発明は、以下の特許請求の範囲及びその法的同等物によってのみ制限されている。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ