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Dokumentenidentifikation DE102006057352A1 14.06.2007
Titel Halbleitervorrichtungen und Verfahren zu ihrer Herstellung
Anmelder Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota, Aichi, JP
Erfinder Kanata, Tetsuya, Toyota, Aichi, JP;
Umekawa, Shinichi, Tokyo, JP;
Terada, Koji, Tokyo, JP;
Takahashi, Yasushi, Tokyo, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 05.12.2006
DE-Aktenzeichen 102006057352
Offenlegungstag 14.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/56(2006.01)A, F, I, 20061205, B, H, DE
Zusammenfassung Es wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen und einem isolierenden Schutzfilm, der auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist, beschrieben. Hydroxylgruppen (OH) sind an die Oberfläche des Schutzfilms gebunden. Als Ergebnis ist der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Schutzfilms und einem Wassertropfen kleiner als oder gleich 40 Grad.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen und einen auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Schutzfilm umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für diesen Typ von Halbleitervorrichtung.

Eine Halbleitervorrichtung umfasst im Allgemeinen ein Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen. Im Allgemeinen wird ein Schutzfilm auf dem Halbleitersubstrat gebildet, um die Schaltungselemente zu isolieren und/oder die Schaltungselemente vor der äußeren Umwelt zu schützen. Typischerweise wird ein Imid-Kunstharz, wie z. B. ein Polyimid, zur Bildung eines organischen Schutzfilms verwendet. Andererseits werden Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid, Phosphorglas usw. zur Bildung eines anorganischen Schutzfilms verwendet. Das Material zur Bildung des Schutzfilms variiert in Abhängigkeit von dem Gebrauch der Halbleitervorrichtung.

Es ist bekannt, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm während eines Herstellungsverfahrens, eines Verpackungsverfahrens, eines Versandverfahrens und/oder eines Anwendungsverfahrens der Halbleitervorrichtung anhäufen. Dieses Phänomen beruht auf einer Reihe von Gründen. Zum Beispiel verursacht der Kontakt mit dem Schneidewasser während des Trennverfahrens, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln. Berührung mit trockener Luft während des Reflow-Lötverfahrens hat zur Folge, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln. Weiterhin hat die Reibung mit Papier während des Versandverfahrens zur Folge, dass sich elektrische Ladungen auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln. Die oben genannten Gründe haben zur Folge, dass sich negative Ladungen an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln. Wenn negative Ladungen sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln, sammeln sich positive Ladungen, die von den negativen Ladungen angezogen werden, in dem Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats an. Dieses Phänomen zerstört den Ausgleich von elektrischen Ladungen in dem Halbleitersubstrat und schafft dadurch Probleme wie Erniedrigung der Durchschlagsspannung der in dem Halbleitersubstrat gebildeten Schaltungselemente.

Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 1995-153921 beschreibt eine Technik zur Bildung einer leitfähigen Schicht innerhalb des Schutzfilms, um negative Ladungen, die sich in dem Schutzfilm ansammeln, zu entladen.

Die Bildung der leitfähigen Schicht innerhalb des Schutzfilms, wie sie in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1995-153921 beschrieben ist, benötigt viele Herstellungsschritte, was unausweichlich zu einer beträchtlichen Erhöhung der Herstellungskosten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfachere und bequemere Technik zur Verringerung der Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln, aufzuzeigen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Technik gezeigt, um die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln, mittels Bearbeitung oder Verarbeitung der Oberfläche des Schutzfilms zu verringern. Die Verarbeitung oder Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms kann auf einfachere und bequemere Art durchgeführt werden verglichen mit der Bildung der leitenden Schicht innerhalb des Schutzfilms. Daher kann die erfindungsgemäße Technik die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm bilden, ohne wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten verringern.

Die vorliegende Erfindung offenbart zwei Techniken zur Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms zur Reduzierung der Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln. Die Techniken gemäß den vorliegenden Lehren benutzen ein einmaliges technisches Merkmal, nämlich die Bearbeitung der Oberfläche der Schutzschicht, gemeinsam.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Lehre enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das in dem Halbleitersubstrat gebildete Schaltungselemente besitzt, und einen auf dem Halbleitersubstrat gebildeten Schutzfilm. Die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Schutzfilms so bearbeitet ist, dass der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Schutzfilms und einem Wassertropfen kleiner oder gleich 40 Grad ist. Insbesondere ist die Oberfläche des Schutzfilms der Halbleitervorrichtung so bearbeitet, dass die Oberfläche hydrophil wird.

Für diesen Typ von Halbleitervorrichtungen verwendete Schutzfilme sind im Allgemeinen hydrophob (oder wasserabstoßend). Dagegen ist die Oberfläche des Schutzfilms der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung so bearbeitet, dass sie hydrophil ist, was den Schutzfilm der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung beträchtlich von dem Schutzfilm nach dem Stand der Technik unterscheidet.

Der hier verwendete Ausdruck "Schaltungselement" bezieht sich auf funktionelle Elemente, die einen Schaltkreis darstellen oder ausmachen. Typische Schaltungselemente umfassen Schaltelemente, Diodenelemente, Widerstandselemente usw.

Der Schutzfilm braucht nicht über das gesamte Halbleitersubstrat gebildet zu werden. Der Schutzfilm kann auf wenigstens einem Teil des Halbleitersubstrats gebildet sein. Wenn zum Beispiel für die Schaltungselemente eine Leitungsverbindung notwendig ist, kann der Schutzfilm nicht auf den Elektroden solcher Schaltungselemente gebildet sein.

Durch solche Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms, dass die Oberfläche hydrophil wird, kann ein Zustand erreicht werden, bei dem sich eine hohe Dichte von Wassermolekülen auf der Oberfläche des Schutzfilms sammelt. Die Wassermoleküle, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms sammeln, verbinden sich mit den elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms ansammeln, und ionisieren dadurch die Wassermoleküle. Auf diese Weise werden die elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder innerhalb des Schutzfilms ansammeln, an die Außenseite als ionisierte Wassermoleküle entladen. Als Ergebnis der Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms, bei der die Oberfläche hydrophil wird, wird die Menge an elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder innerhalb des Schutzfilms anlagert, verringert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Hydroxylgruppen vorzugsweise an der Oberfläche des Schutzfilms angefügt und gebunden. Durch Anfügen von Hydroxylgruppen an die Oberfläche des Schutzfilms können Eigenschaften der Oberfläche des Schutzfilms geändert werden, so dass sie hydrophil wird.

Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Schutzfilms so bearbeitet ist, dass sie eine raue Oberfläche wird.

Durch Bearbeiten der Oberfläche des Schutzfilms, so dass sie rau wird, kann die Fläche auf der Oberfläche des Schutzfilms, die während des Versandverfahrens der Halbleitervorrichtung gegen Papier oder andere Objekte kratzt, verringert werden, was wiederum die Menge an elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln, verringert. Durch Bearbeiten der Oberfläche des Schutzfilms, so dass die Oberfläche rau wird, erhöht sich gleichzeitig die Fläche auf der Oberfläche, die mit Gas und Flüssigkeit in Berührung steht. Daher erhöht sich in einigen Fällen die Fläche der Oberfläche, die trockener Luft ausgesetzt ist (zum Beispiel während des Reflow-Lötverfahrens), und dementsprechend erhöht sich die Menge der elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammelt. Jedoch ist die Menge der Verringerung der elektrischen Ladungen (der Verringerung als Ergebnis der Verkleinerung der Fläche auf der Oberfläche des Schutzfilms, die gegen Papier oder andere Objekte kratzt) größer als die Menge der Zunahme von elektrischen Ladungen (Zunahme, die sich aus der Vergrößerung der Fläche auf der Oberfläche ergibt, die mit Gas und Flüssigkeit in Berührung steht). Daher kann durch Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms, bei der die Oberfläche eine raue Oberfläche wird, die Gesamtmenge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Schutzfilms und/oder innerhalb des Schutzfilms ansammeln, verringert werden. Die Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms, so dass die Oberfläche eine raue Oberfläche wird, hat beträchtliche vorteilhafte Wirkungen.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) des Schutzfilms größer als oder gleich 8 nm ist und dass ihre maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) größer oder gleich 35 nm ist.

Wenn die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) des Schutzfilms größer oder gleich 8 nm ist und ihre maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) größer oder gleich 35 nm ist, kann die Fläche der Oberfläche des Schutzfilms, die gegen Papier oder andere Gegenstände während des Versandverfahrens der Halbleitervorrichtung kratzt, beträchtlich verringert werden, was wiederum die Menge der elektrischen Ladungen, die an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm angesammelt wird, verringert.

Wenn die Oberfläche des Schutzfilm sowohl hydrophil als auch rau ist, wird die Menge elektrischer Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder innerhalb des Schutzfilms ansammelt, beträchtlich verringert. Der Grund hierfür liegt darin, dass durch Bearbeiten der Oberfläche des Schutzfilms, so dass sie hydrophil und rau wird, die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Wassermoleküle, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms ansammeln, mit den elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder innerhalb des Schutzfilms ansammeln, gebunden werden. Insbesondere wird die Bindung zwischen den Wassermolekülen und den elektrischen Ladungen gefördert. Im Ergebnis werden die elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammeln, als ionisierte Wassermoleküle an die Außenseite entladen, und daher ist die Menge an elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammelt, beträchtlich verringert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein neues Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung umfasst den Schritt der Bildung des Schutzfilms auf dem Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen und den Schritt der Hydrophilisierung der Oberfläche des Schutzfilms.

Der Schritt der Hydrophilisierung der Oberfläche des Schutzfilms kann durchgeführt werden, indem man einen Alkoholprozess auf der Oberfläche des Schutzfilms ausführt. Durch Ausführung des Alkoholprozesses an der Oberfläche des Schutzfilms können Hydroxylgruppen an der Oberfläche des Schutzfilms gebunden werden. Alternativ kann die Hydrophilisierung durch Durchführung eines Siliciumoxidpulver-Verfahrens an der Oberfläche des Schutzfilms ausgeführt werden. Durch Beschichtung der Oberfläche des Schutzfilms mit Siliciumoxidpulver können Hydroxylgruppen an die Oberfläche des Schutzfilms gebunden werden.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt der Bildung des Schutzfilms auf dem Halbleitersubstrat mit Schaltungselementen und den Schritt der Aufrauung der Oberfläche des Schutzfilms.

Der Schritt des Aufrauens der Oberfläche des Schutzfilms kann ausgeführt werden, indem man ein Zerstäubungsverfahren unter Verwendung von Inertgas an der Oberfläche des Schutzfilms durchführt. Durch Sputtering oder Zerstäuben der Oberfläche des Schutzfilms mit Inertgas kann die Oberfläche des Schutzfilms physikalisch zerstört werden. Als Ergebnis kann die Oberfläche des Schutzfilms rau gemacht werden.

Die oben genannten Schritte der Hydrophilisierung und Aufrauung der Oberfläche des Schutzfilms können in einem einzigen Prozess durchgeführt werden. In diesem Fall umfasst das Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung einen Schritt der Bildung des Schutzfilms auf dem Halbleitersubstrat mit Schaltungselementen und den Schritt der Plasmabearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms mit O2-Plasma. Durch Plasmabearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms mit O2-Plasma wird die Oberfläche des Schutzfilms verascht und Hydroxylgruppen werden an die Oberfläche des Schutzfilms gebunden. Als Ergebnis wird die Oberfläche des Schutzfilms sowohl hydrophil als auch rau.

Es ist bevorzugt, dass der Schutzfilm Polyimid, Siliciumoxid oder Slliciumnitrid enthält.

Die oben genannten Materialien werden üblicherweise zur Bildung des Schutzfilms verwendet. Die vorliegende Erfindung ist zur Behandlung dieser Materialien gut geeignet.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Menge an elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm anlagert, so dass sie hydrophil wird, verringert werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Menge an elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammelt, durch Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms, so dass die Oberfläche rau wird, verringert werden. Die Schritte der Bearbeitung der Oberfläche des Schutzfilms führen nicht zu einer bemerkenswerten Erhöhung der Herstellungskosten. Durch Anwendung der einfachen und bequemen Methode kann die vorliegende Erfindung die Menge von elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche des Schutzfilms und/oder in dem Schutzfilm ansammelt, verringern.

1 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.

2 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

3 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptteil einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.

Bevorzugte Merkmale der Ausführung der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben.

  • (Erstes Merkmal) Ein organischer Schutzfilm enthält Imidharzmaterial, wie z. B. Polyimid. Bevorzugte Verfahren zur Hydrophilisierung der Oberfläche des organischen Schutzfilms umfassen ein Alkoholverfahren, ein Siliciumoxid-Pulververfahren und ein O2-Plasmaverfahren. Bevorzugte Verfahren zur Aufrauung der Oberfläche des organischen Schutzfilms umfassen einen Inertgas-Sputteringprozess und einen O2-Plasmaprozess.
  • (Zweites Merkmal) Ein anorganischer Schutzfilm enthält Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid, Phosphorglas usw. Bevorzugte Verfahren zur Hydrophilisierung der Oberfläche des anorganischen Schutzfilms umfassen einen Alkoholprozess, ein Siliciumoxid-Pulverfahren und ein O2-Plasmaverfahren. Bevorzugte Verfahren zur Aufrauung der Oberfläche des anorganischen Schutzfilms umfassen einen Inertgas-Sputteringprozess und einen O2-Plasmaprozess.
  • (Drittes Merkmal) Alkoholische Materialien, die in dem Alkoholprozess verwendet werden, sind vorzugsweise IPA (Isopropylalkohol), Ethanol usw.
  • (Viertes Merkmal) Inertgas, das bei dem Sputteringverfahren verwendet wird, ist vorzugsweise Argongas (Ar), Fluor (F) usw.

(Erste typische Ausführungsform)

1 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptteil der Halbleitervorrichtung 10 zeigt. Die Halbleitervorrichtung 10 ist mit einem Vertikalfeld-IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, was ein Beispiel eines Schaltungselements ist) ausgerüstet. Der Vertikalfeld-IGBT besitzt einen Zentralbereich 11 und einen Umgebungsbereich 12. Eine Vielzahl von Halbleiterschaltungsstrukturen ist in dem zentralen Bereich 11 gebildet. Eine Halbleiterstruktur zur Erhöhung der Durchschlagssspannung der Halbleitervorrichtung 10 ist in dem Umgebungsbereich 12 gebildet. 1 zeigt einen Grenzbereich zwischen dem zentralen Bereich 11und dem Umgebungsbereich 12. Der zentrale Bereich 11 erstreckt sich nach der linken Seite der Figur.

Die Halbleitervorrichtung 10 besitzt ein Halbleitersubstrat 35 und einen auf dem Halbleitersubstrat 35 gebildeten Schutzfilm 46.

Das Halbleitersubstrat 35 besitzt einen Kollektorbereich 34, einen Pufferbereich 36 und einen Halbleiter-Aktivbereich 38. Der Kollektorbereich 34 enthält eine hohe Dichte von Verunreinigungen des p-Typs (typischerweise Bor). Der Pufferbereich 36 enthält eine hohe Dichte von Verunreinigungen des n-Typs (typischerweise Phosphor). Der Halbleiter-Aktivbereich 38 enthält eine niedrige Dichte von Verunreinigungen des n-Typs. Die Kollektorelektrode 32 ist auf einer Rückseitenfläche des Kollektorbereichs 34 gebildet.

Der Halbleiter-Aktivbereich 38 innerhalb des Umgebungsbereichs 12 besitzt eine Vielzahl von Schutzringen 22 und einen peripheren Halbleiterbereich 42.

Die Schutzringe 22 enthalten eine hohe Dichte von Verunreinigungen des p-Typs (typischerweise Bor). Die Schutzringe 22 erstrecken sich von einer Oberfläche des Halbleiter-Aktivbereichs 38 in seine Tiefe hinein. Die Schutzringe 22 sind voneinander durch den Halbleiter-Aktivbereich 38 getrennt. Aus einer ebenen Fläche betrachtet sind die Schutzringe 22 so gebildet, dass sie um die Peripherie des zentralen Bereichs 11 eine Schlinge bilden. Jeder Schutzring 22 ist elektrisch mit jeder Schutzringelektrode 48 verbunden. Die Schutzringelektroden 48 sind durch den Schutzfilm 46 elektrisch isoliert.

Der periphere Halbleiterbereich 42 enthält eine hohe Dichte von Verunreinigungen des n-Typs (typischerweise Bor). Der periphere Halbleiterbereich 42 ist elektrisch mit der peripheren Kontaktelektrode 44 verbunden. Die periphere Kontaktelektrode 44 ist auf dasselbe elektrische Potential festgesetzt wie die Kollektorelektrode 32.

Der Halbleiter-Aktivbereich 38 des zentralen Bereichs 11 weist einen Körperbereich 62, Körperkontaktbereiche 66, einen Endkörperbereich 68 und Emitterbereiche 64 auf.

Ein Körperbereich 62 ist auf einer Oberfläche des Halbleiter-Aktivbereichs 38 des zentralen Bereichs 11 gebildet und enthält Verunreinigungen vom p-Typ (typischerweise Bor). Körperkontaktbereiche 66 sind in dem Körperbereich 64 gebildet und enthalten eine hohe Dichte von Verunreinigungen des p-Typs (typischerweise Bor). Der Körperbereich 62 ist über Körperkontaktbereiche 66 mit einer Emitterelektrode 52 elektrisch verbunden. Ein Körperendbereich 68 ist gebildet auf einem Endbereich des Körperbereichs 62 und enthält eine hohe Dichte von Verunreinigungen des p-Typs (typischerweise Bor). Der Körperendbereich 68 kann als Teil des Körperbereichs 62 angesehen werden. Der Körperendbereich 68 bedeckt die Gateelektrode 56 und den Gate-Isolierfilm 58 in der Nähe der Grenze zwischen dem zentralen Bereich 11 und dem Umgebungsbereich 12. Der Körperendbereich 68 schwächt das elektrische Feld, das die Neigung hat, sich an der Gateelektrode 56 und dem Gate-Isolierfilm 58 in der Nähe der Grenze zu konzentrieren.

Emitterbereiche 64 sind in dem Körperbereich 62 gebildet und sind durch den Körperbereich 62 von dem Halbleiter-Aktivbereich 38 getrennt. Die Emitterbereiche 64 enthalten eine hohe Dichte von Verunreinigungen des n-Typs (typischerweise Phosphor). Die Emitterbereiche 64 sind elektrisch mit der Emitterelektrode 52 verbunden.

Eine Vielzahl von Gateelektroden 56, von denen jede mit einem Gate-Isolierfilm 58 bedeckt ist, ist an der Oberfläche des Halbleiter-Aktivbereichs 38 des zentralen Bereichs 11 gebildet. Die Gateelektroden 56 liegen dem Körperbereich 62 gegenüber, der den Emitterbereich 64 von dem Halbleiter-Aktivbereich 38 über Gate-Isolierfilme 58 trennt. Die Gateelektroden 56 und die Emitterelektrode 52 sind durch Isolierfilme 54 elektrisch isoliert.

An der Oberfläche des Halbleitersubstrats 35 ist der Schutzfilm 46 selektiv auf Bereichen gebildet, die dem Umgebungsbereich 12 entsprechen. Polyimid wird zur Bildung des Schutzfilms 46 verwendet. Genauer gesagt ist die Oberfläche des Halbleitersubstrats 35, die mit Isolierfilmen 54 und Schutzfilm 46 bedeckt ist, selektiv auf den Isolierfilmen 54 gebildet. Der Schutzfilm 46 kann in direkten Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 35 sein. Die Dicke des Schutzfilms 46 ist auf ungefähr 2–20 &mgr;m eingestellt. Der Schutzfilm 46 ist nicht auf Bereichen gebildet, die dem zentralen Bereich 11 entsprechen. Der Bereich, auf dem der Schutzfilm 46 nicht gebildet ist, wird verwendet, um die Emitterelektrode 52 mit der Leitung zu verbinden, wie unten erläutert wird.

Wie in dem vereinfachten Diagramm der 1 dargestellt ist, sind Hydroxylgruppen (OH) auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 gebunden. Die Hydroxylgruppen sind auf die Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 in chemisch stabilem Zustand gebunden. Der Schutzfilm 46, der aus Polyimid hergestellt ist, ist im Allgemeinen hydrophob, da Polyimid hydrophobe Eigenschaften besitzt. Jedoch sind im Falle der Halbleitervorrichtung 10 durch Bindung von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 die Eigenschaften der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 geändert und weisen hydrophile Eigenschaften auf. Während der Kontaktwinkel zwischen Polyimid ohne Hydroxylgruppen und einem Wassertropfen größer als oder gleich 60 Grad ist, ist der Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche 47 mit daran gebundenen Hydroxylgruppen und dem Wassertropfen kleiner als oder gleich 40 Grad. Durch Binden von Hydroxylgruppen an die Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 sind die hydrophilen Eigenschaften der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 erhöht.

Durch Bearbeiten der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 auf solche Weise, dass die Oberfläche 47 hydrophil wird, kann ein Zustand erreicht werden, in dem eine hohe Dichte von Wassermolekülen zur Sammlung an der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 neigt. Die Wassermoleküle, die sich an der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 sammeln, werden mit elektrischen Ladungen gebunden, die sich an der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 ansammeln. Auf diese Weise werden die elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 ansammeln, an die Außenseite als ionisierte Wassermoleküle entladen. Im Ergebnis ist die Menge elektrischer Ladungen, die sich an der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 ansammelt, verringert.

Die gestrichelte Linie A in 1 zeigt eine äußere Grenze einer Depletionsschicht, wenn die Halbleitervorrichtung 10 abgeschaltet ist. Die gestrichelte Linie B der 1 zeigt eine äußere Grenze einer Depletionsschicht in dem Falle, in dem keine Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 gebunden sind. Die Stirnfläche der Depletionsschicht der gestrichelten Linie A und der gestrichelten Linie B zeigt einen Fall, wo der Spannungsunterschied zwischen der Kollektorelektrode 32 und der Emitterelektrode 52 gleich ist. Wenn die Halbleitervorrichtung 10 abschaltet, erstreckt sich die Depletionsschicht von der pn-Übergangszone zwischen dem Körperbereich 62 des zentralen Bereichs 11 und dem Halbleiter-Aktivbereich 38 in Richtung auf den Halbleiter-Aktivbereich 38 des Umgebungsbereichs 12. Als Ergebnis verarmt der Umgebungsbereich 12, und Spannung, die auf die Halbleiterschaltstruktur aufgegeben wird, kann seitlich absorbiert werden.

Wenn keine Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 gebildet werden, sammelt sich eine beträchtliche Menge negativer Ladung auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 während der Herstellungs-, Versand- und Verpackungsverfahren der Halbleitervorrichtung 10 an. Wenn negative Ladungen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 sich ansammeln, sammeln sich positive Ladungen, die von den negativen Ladungen angezogen werden, auf dem Oberflächenbereich des Halbleiter-Aktivbereichs 38 des Umgebungsbereichs 12. Die gesammelten positiven Ladungen bewirken, dass benachbarte Schutzringe 22 elektrisch miteinander verbunden werden. Dementsprechend breitet sich im Falle, dass keine Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 gebunden werden, die Verarmungsschicht in die Umgebungsbereiche 12 aus, selbst wenn die Spannung niedrig ist (vergleiche gestrichelte Linie B). Als Ergebnis kann keine hohe Spannung absorbiert werden, was die Stärke (Durchschlagsspannung) des IGBT verringert.

Auf der anderen Seite wird durch Bildung von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 die Menge der elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 47 des Schutzfilms 46 und/oder in dem Schutzfilm 46 ansammelt, verringert. Als Ergebnis kann das Gleichgewicht von elektrischen Ladungen in dem Halbleiter-Aktivbereich 38 des Umgebungsbereichs 12 aufrechterhalten werden. Daher wird verhindert, dass die Durchschlagsspannung des IGBT verringert wird.

(Zweite typische Ausführungsform)

2 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptbereich der Halbleitervorrichtung 100 zeigt. Komponenten, die mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, werden mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und ihre Beschreibung wird hier ausgelassen.

Die Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 des Halbleiters 100 ist so bearbeitet, dass die Oberfläche 147 eine raue Oberfläche wird. Die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 wird so eingestellt, dass sie gleich oder größer als 8 nm ist, und ihre maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) ist so eingestellt, dass sie größer als oder gleich 35 nm ist. Eine Polyimidoberfläche, die im Beschichtungsverfahren hergestelllt wird, ist im Allgemeinen flach. Weiterhin ist die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) der Polyimid-Oberfläche kleiner als oder gleich 2 nm und ihre maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) ist kleiner als oder gleich 8 mm. Andererseits, wie unten bei der Herstellungsmethode beschrieben wird, ist die Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 so bearbeitet, dass die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) der Oberfläche 147 größer als oder gleich 8 nm ist und ihre maximale Oberflächenrauhigkeit (Rmax) größer als oder gleich 35 nm ist. Die Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 kann als raue Oberfläche angesehen werden.

Durch solche Bearbeitung der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146, dass die Oberfläche 147 rau wird, kann die Fläche auf der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146, die gegen Papier oder andere Gegenstände während des Versandverfahrens der Halbleitervorrichtung 100 kratzt, verringert werden, was wiederum die Menge der elektrischen Ladungen, die sich in dem Schutzfilm 146 ansammelt, verringert. Gleichzeitig erhöht sich durch Bearbeitung der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146, so dass die Oberfläche 147 rau wird, die Fläche auf der Oberfläche 147, die in Kontakt mit Gas und Flüssigkeit kommt. Daher erhöht sich in einigen Fällen die Fläche der Oberfläche 147, die trockener Luft ausgesetzt ist (zum Beispiel während eines Reflow-Lötverfahrens), und entsprechend könnte sich auch die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 und/oder in dem Schutzfilm 146 ansammelt, erhöhen. Weiterhin erhöht sich auch die Fläche der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146, die mit Schnittwasser während des Trennverfahrens in Kontakt kommt, und entsprechend könnte sich auch die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 und/oder in dem Schutzfilm 146 ansammelt, erhöhen. Jedoch ist die Menge der Abnahme an elektrischen Ladungen (der Abnahme, die von der Flächenabnahme auf der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 herrührt, die gegen Papier oder andere Gegenstände kratzt) größer als die Menge an Zunahme an elektrischen Ladungen (Zunahme, die von der Vergrößerung der Fläche auf der Oberfläche 147 herrührt, die mit Gas und Flüssigkeit in Berührung steht). Daher kann durch Bearbeiten der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 zu einer rauen Oberfläche die Gesamtzahl der elektrischen Ladungen, die sich (während der Herstellung, des Versands und der Verpackung der Halbleitervorrichtung) auf der Oberfläche 147 des Schutzfilms 146 und/oder in dem Schutzfilm 146 ansammelt, verringert werden.

(Dritte typische Ausführungsform)

3 ist ein vereinfachtes Querschnittsdiagramm, das einen Hauptteil der Halbleitervorrichtung 200 zeigt. Komponenten, die mit denjenigen in der ersten Ausführungsform identisch sind, werden mit denselben Vergleichszahlen belegt und ihre Beschreibungen werden ausgelassen.

Die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 der Halbleitervorrichtung 200 wird so bearbeitet, dass Hydroxylgruppen auf der Oberfläche 247 gebunden werden, und so, dass die Oberfläche 247 eine raue Oberfläche wird. Die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 der Halbleitervorrichtung 200 hat hydrophile Eigenschaften wie auch Rauigkeit. Mit der Halbleitervorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform kann die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 und/oder in dem Schutzfilm 246 ansammelt, beträchtlich verringert werden. Durch Bearbeitung der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246, so dass die Oberfläche 247 sowohl hydrophil als auch rau wird, wird nämlich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Wassermoleküle, die sich an der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 ansammeln, sich mit den elektrischen Ladungen, die sich an der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 und/oder in dem Schutzfilm 246 ansammeln, verbinden. Dies fördert die Bindung zwischen den Wassermolekülen und den elektrischen Ladungen. Als Ergebnis werden die elektrischen Ladungen, die dazu neigen, sich an der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 und/oder in dem Schutzfilm 246 anzusammeln, nach außen als ionisierte Wassermoleküle entladen, was wiederum die Menge an elektrischen Ladungen, die sich auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 und/oder in dem Schutzfilm 246 ansammelt, beträchtlich verringert.

Die Halbleitervorrichtung 200 kann gemäß den Verfahren, die in 4 angedeutet sind, hergestellt werden.

Als Erstes werden Schaltungselemente in dem Halbleitersubstrat 35 gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform werden ein IGBT mit Halbleiterschaltstrukturen im zentralen Bereich 11 und Durchschlagsspannungs-erhöhende Strukturen im Umgebungsbereich 12 innerhalb des Halbleitersubstrats 35 gebildet. Bekannte Herstellungsverfahren zur Bildung der Schaltungselemente können angewandt werden.

Als Nächstes wird der Schutzfilm 246 aus Polyimid oberhalb des Halbleitersubstrats 35 mit einem Beschichtungsverfahren hergestellt. Die Dicke des Schutzfilms 246 wird auf etwa 2–20 &mgr;m eingestellt.

Als Nächstes wird die Oberfläche des Schutzfilms 246 aufgeraut. Dieser Aufrauschritt kann mit einem Zerstäubungs-(Sputter-)Verfahren umgesetzt werden, das Argongas (Ar) verwendet. Durch Sputtern der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 mit Argongas wird die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 physikalisch beschädigt. Als Ergebnis wird die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 aufgeraut.

Als Nächstes wird die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 hydrophilisiert. Der Hydrophilisierungsschritt kann durch Durchführung eines Alkoholverfahrens auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 umgesetzt werden. Ein bevorzugtes alkoholisches Material, das für das Alkoholverfahren verwendet werden soll, ist zum Beispiel IPA (Isopropylalkohol). Um das Alkoholverfahren auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 auszuführen, kann die Halbleitervorrichtung 200 in alkoholische Lösung getaucht werden. Alternativ kann die Halbleitervorrichtung 200 einem beta-Alkohol ausgesetzt werden. Der Hydrophilisierungsschritt kann alternativ durch Beschichten der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 mit einem Siliciumoxidpulver durchgeführt werden. In diesem Fall ist die Korngröße des Siliciumoxidpulvers vorteilhafterweise etwa 10–200 nm.

Der Schritt des Hydrophilisierens und der Schritt des Aufrauens der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 können in einem einzigen Verfahren umgesetzt werden. Um diese Schritte mit einem einzigen Verfahren umzusetzen, wird Plasmaverarbeitung mit O2-Plasma auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 durchgeführt. Durch Durchführung der O2-Plasma-Verarbeitung auf der Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 wird die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 verascht und Hydroxylgruppen werden an die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 gebunden. Auf diese Weise kann die Oberfläche 247 des Schutzfilms 246 in einem einzigen Verfahren aufgeraut und hydrophilisiert werden.

Das Verfahren zum Hydrophilisieren und das Verfahren zum Aufrauen des Schutzfilms der Halbleitervorrichtung 200 kann mit einer Halbleitervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform sowie einer Halbleitervorrichtung 100 der zweiten Ausführungsform angewendet werden.

Beispiele für spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben detailliert beschrieben. Jedoch sind die Ausführungsformen lediglich Beispiele und begrenzen daher nicht den Umfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung. Verschiedene Modifikationen und Anpassungen können mit den beschriebenen Techniken innerhalb des Umfangs der Ansprüche der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.

Weiterhin erzeugen in der vorliegenden Beschreibung oder den Figuren beschriebene technische Elemente die technische Brauchbarkeit entweder unabhängig voneinander oder in Kombination; sie sind durch die in den Ansprüchen zum Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Kombinationen nicht eingeschränkt. Ferner können die in der vorliegenden Beschreibung oder den vorliegenden Figuren offenbarten Techniken gleichzeitig eine Anzahl von Zielen erreichen, und das Erreichen eines dieser Ziele verleiht der vorliegenden Erfindung technische Brauchbarkeit.


Anspruch[de]
Halbleitervorrichtung, enthaltend:

ein Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen, und

einen auf dem Halbleitersubstrat gebildeten isolierenden Schutzfilm,

wobei ein Kontaktwinkel zwischen der Oberfläche des Schutzfilms und einem Wassertropfen kleiner als oder gleich 40 Grad ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, worin die Hydroxylgruppen an die Oberfläche des Schutzfilms gebunden sind. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oberfläche des Schutzfilms eine raue Oberfläche ist. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) des Schutzfilms größer oder gleich 8 nm ist und die maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) des Schutzfilms größer oder gleich 35 nm ist. Halbleitervorrichtung, enthaltend:

ein Halbleitersubstrat mit darin gebildeten Schaltungselementen, und

einen auf dem Halbleitersubstrat gebildeten isolierenden Schutzfilm,

wobei die Oberfläche des Schutzfilms eine raue Oberfläche ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die durchschnittliche Oberflächenrauigkeit (Ra) des Schutzfilms größer oder gleich 8 nm und die maximale Oberflächenrauigkeit (Rmax) des Schutzfilms größer oder gleich 35 nm ist. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei der Schutzfilm Polyimid, Siliciumoxid oder Siliciumnitrid enthält. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei man

auf einem Halbleitersubstrat mit Schaltungselementen einen isolierenden Schutzfilm bildet, und

die Oberfläche des Schutzfilms hydrophilisiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hydrophilisierung die Durchführung eines Alkoholverfahrens auf der Oberfläche des Schutzfilms umfasst. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Hydrophilisierung ein Siliciumoxidpulver-Verfahren auf der Oberfläche des Schutzfilms umfasst. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei man

auf einem Halbleitersubstrat mit Schaltungselementen einen isolierenden Schutzfilm bildet, und

die Oberfläche des Schutzfilms aufraut.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufrauen ein Sputter-Verfahren auf der Oberfläche des Schutzfilms unter Verwendung von Inertgas umfasst. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei man

einen isolierenden Schutzfilm auf einem Halbleitersubstrat mit Schaltungselementen bildet, und

auf einer Oberfläche des Schutzfilms einen Plasmaprozess unter Verwendung von O2-Plasma anwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–13, wobei der Schutzfilm Polyimid, Siliciumoxid oder Siliciumnitrid enthält.






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