JPS58181B2 - ハンドウタイソシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体素子に関し、特に半導体素子表面の保護
被膜構造に関する。

従来の半導体素子表面、特にｐ−ｎ接合部が露出してい
る半導体素子表面の保護膜として、二酸化シリコン膜も
しくは二酸化シリコンを主体とした酸化物被膜が用いら
れていた。

このような保護膜は、ｐ−ｎ接合を形成したのちにその
接合部の露出した半導体素子表面を被覆するように形成
する必要があるため、その形成に当っては、ｐ−ｎ接合
がもはや熱的に移動しない低温度において行なう必要が
あり、このため、化学気相成長などの先行技術が駆使さ
れている。

したがってｐ−ｎ接合部の露出した面が半導体素子の上
面である場合、化学気相成長法で二酸化シリコンを主体
とした保護被膜を形成することは比較的容易であるが、
ｐ−ｎ接合部の露出した面が半導体素子の側面である場
合、その側面の傾斜が上面に対して急峻であるほど化学
気相成長法による二酸化シリコンを主体とした保護被膜
を成長させることは困難であって、また、たとえ成長さ
せ得たとしても、このような保護は、機械的強度、電気
的絶縁性などの必要な特性は極めて不十分なものであり
、また高価な化学気相成長装置を必要とするなどの欠点
を有する。

このような二酸化シリコンを主体とした保護被膜のかわ
りに、十分厚く形成できるため、機械的摩耗に耐え、か
つ電気的絶縁性にすぐれたポリアミドなどの高分子樹脂
物質を用いる提案がなされているが、ポリアミドと、半
導体基板との接着性は信頼性に乏しいことが判明した。

すなわち、半導体基板と、その上に形成したポリアミド
被膜との接着力を測定したところ、単位幅（１ｃｍ）当
りの剥離強度は、形成した直後は、被膜そのものが切断
するほどの強さを有していたが、強制湿度試験（１２０
℃、２気圧の水蒸気中に６０分さらした）のちの接着強
度はほとんど０で、負荷重なしで 離するほど低下する
ことが判明した。

従って、本発明の目的はポリイミド樹脂等を保護被膜と
して用い、該被膜と半導体基体との両者の間に第３の物
質を介在させることにより、両者の接着性を著るしく改
善し、さらに、電気的絶縁性をも改善し、信頼性の高い
ポリイミド樹脂で被膜された半導体素子を提供すること
にある。

上記の目的を達成するために、まず第一に、保護被膜に
供する物質としてポリイミド樹脂（芳香族ジアミンと芳
香族テトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られる
高分子樹脂）もしくはＰＩ樹脂（芳香族ジアミンと、芳
香族ジアミノカルボンアミドと芳芳香テトラカルボン酸
二無水物とを反応させて得られる高分子樹脂−以下これ
をＰＩ樹脂と称する）を用いた。

ポリイミド樹脂の熱分解開始温度は約４２０°で、ポリ
アミド樹脂の熱分解開始温度より約３０〜５０℃高く、
従ってこれを半導体基体表面に被覆してなる半導体素子
が、後に経験する組立て工程でこうむる熱処理に対して
比較的安定である。

またＰＩ樹脂の熱分解開始温度はポリイミド樹脂のそれ
よりさらに３０℃〜５０℃はど高く、従がって上記組立
て工程での安定性はもとより、組み立て後、半導体装置
として使用されるに際しても、信頼性において十分満足
する性質を有している。

次に本発明の目的を達成するための第二として、上記ポ
リイミド樹脂もしくはＰＩ樹脂からなる保護被膜と半導
体被膜の間にアルミニウムキレート化合物の熱処理から
なる薄膜を配置した。

以下、本発明をよりよく理解するために第１図を用いて
説明する。

第１図は、主要表面１とこれに向い合った他の主要表面
２とが互にほとんど平行であるような半導体基体の中に
、第１の型の半導性を有する第１の領域３と、第１の型
の半導性とは反対の半導性を有する第２の領域４とがあ
り、第１の領域３と第２の領域４との間にｐ −ｎ接合
５があるような半導体素子の一断面を示す。

ここで半導体基体材料としては、例えばシリコン、ゲル
マニウムなどの第■族元素もしくは第■族の元素と第■
族の元素との化合物からなるものいずれでもよいが、こ
の説明においては、シリコン半導体物質として述べる。

ｐ−ｎ接合５が露出している半導体基体の表面６にアル
ミニウムキレート化合物を熱処理して得られる薄膜７を
形成する。

薄膜７を形成させるためのアルミニウムキレート化合物
は、あらかじめ適当な溶媒たとえばトルエンに溶解し、
これを上記表面６に塗布したのち、加熱する。

薄膜７を形成するためのアルミニウムキレート化合物は
次の化学構造 を有するものが供される。

ここにＲ１，Ｒ２，Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基で
あり、Ｘｌ、Ｘ２゜Ｘ３．Ｘ４．Ｘ６．Ｘ６はアルミニ
ウムと配位結合をなす配位子であって、 （式中Ｒ４、Ｒ５、Ｒａ 、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９は、炭素
数１〜４のアルキル基である）。

からなる群から選ばれた配位子である。

上記のアルミニウムキレート化合物は、空気中の湿度に
対して比較的安定であって、下記の溶媒キシレン イソプロピルアルコール ｎ−ブチルアルコール トリクロルエチレン 四塩化炭素 に溶解する。

これらの溶媒に溶解した溶液を半導体表面に塗布した場
合の成膜性は極めて良好である。

アルミニウムキレート化合物以外の有機アルミニウム化
合物、例えば アルミニウムトリエチラート アルミニウムーｎ−ブチラード アルミニウムー１ｓｏ−ブチラード アルミニウムー５ｅｃ−ブチラード アルミニウムーｔｅｒ−ブチラード アルミニウムーメチレート アルミニウムートリーｎ−プロピラード アルミニウムートリー１ｓｏ−プロピラードなどのアル
ミニウムアルコラード化合物は、加水分解速度が極めて
早く、不安定であるため、溶媒に溶解し、溶液として塗
布すると直ちに白色粉末状に変化し、被膜を形成しない
。

また、アルミニウムパルミテート アルミニウムステアレート アルミニウムアセテート などのアルミニウム脂肪酸エステルについては、脂肪酸
の炭素数が４以下である場合、やはり加水分解が著るし
く早く、被膜の形成は困難であり、脂肪酸の炭素数が５
以上である場合は、溶媒に溶解させることが困難で、溶
媒中で懸濁するため、やはり被膜を形成させることは困
難である。

薄膜７を形成したのち、ポリイミドもしくはＰＩ樹脂か
らなる被膜８を形成する。

被膜８のために供されるポリイミド樹脂は下記の繰り返
し単位 を有する。

ここにｎは少くとも５以上の整数であり、Ｒ１は からなる群から選ばれた４価の基であり、Ｒ２はからな
る群から選ばれた２価の基である。

被膜８のために供されるさらに好適な材料は、ＰＩ樹脂
であって、それは次に示す繰り返し単位もしくは、 を有する。

ここにｎは少くとも５以上の整数であり、Ｒ１はベンゼ
ン環を有する３価の基であって、たとえば、 なる群から選ばれ、またＲ３はベンゼン環を有する２価
の基であって、たとえば、 なる群から選ばれる。

さらにＲ２，Ｒ４はベンゼン環を有する４価の基であっ
て、たとえば なる群から選ばれる。

なお、ＰＩ樹脂およびその製造方法についてさらに詳し
くは特公昭筒４８−２９５６号に述べられている。

ＰＩ樹脂の熱分解温度はポリイミド樹脂のそれより３０
〜５０℃高く耐熱性にすぐれているためＰＩ樹脂被覆後
の素子の組みたて工程でこうむる熱工程や、組み立て後
半導体装置として使用されるに際しても信頼性において
十分満足する性質を有している。

ポリイミド樹脂もしくはＰＩ樹脂からなる保護被膜８の
形成に際しては、これら樹脂のプレポリマーを、適当な
溶媒たとえばＮ−メチル−２ピロリドンもしくはＮ、Ｎ
−ジメチルアセトアミド等に溶解させた樹脂溶液として
施こし、後に段階的に加熱する方法を採用することが好
ましい。

段階的加熱は、例えば、上記樹脂の場合、プレポリマー
溶液で所定の被覆を施こした半導体素子を１００℃で６
０分間加熱する。

次に２００℃に６０分加熱し、さらに、ポリイミド樹脂
の場合は３００℃に６０分、Ｐ■樹脂の場合は３００℃
もしくは３５０℃に６０分の加熱を行なう。

各温度での加熱時間は最小３０分でも可能であるが、上
記時間が推奨される。

また場合によっては一連の連続加熱工程を採用してもよ
く、またある場合には、２００℃での加熱を省いてもさ
しつかえない。

樹脂膜８の厚さは、最小１μｍで十分である。

半導体素子が、耐圧１５００Ｖのトランジスタに対して
、１μｍの厚さで機能は十分に果した。

このように電気的絶縁性については、樹脂膜８は１μで
十分であるが、さらに機械的強度を考慮した場合は、樹
脂膜８の厚さは、５μ以上にするのが好ましい。

ポリイミド樹脂膜もしくはＰＩ樹脂膜と、半導体基板と
の間の接着強度は、両者の間に何も介在物がない場合、
単位幅（１ｃｍ）当り約１００〜２５０ｇの剥離強度を
有しているにもかかわらず、これを湿度試験にかけると
、例えば１２０℃２気圧の飽和水蒸気中に３０分さらす
と、剥離強度はほとんど０になった。

しかしながら、上記樹脂膜と半導体基板との間に、アル
ミニウムキレート化合物の熱処理物からなる薄膜を介在
させた場合、上記湿度試験を５０時間行なった後も剥離
強度の低下は全く認められなかった。

湿度試験を５０時間施こしたのち、剥離強度が全く劣化
しない程度に必要なアルミニウムキレート化合物の熱処
理物からなる薄膜７の厚さを測定したところ、５０°Ａ
以下の厚さであって、正確には不明であった。

アルミニウムキレート化合物としてたとえば、下記の構
造のエチルアセトアセテートアルミニウムイソプロピレ
ートをトルエンに溶解した溶液に対して、アルミニウム
キレート化合物のトルエン中の濃度が０．０１重量％で
あってもなお上記湿度試験による剥離強度の劣化は全く
認められなかった。

また５０重量％の溶液を適用した場合、薄膜７の厚さは
５０００〜１００００Åが得られ、やはり接着性に関す
る効果は極めて良好であった。

アルミニウムキレート化合物の薄膜を形成する方法とし
ては、アルミニウムキレート化合物が、０．５〜５．０
重量％含まれているトルエン、あるいはキシレン、ある
いはイソプロピルアルコール等の溶液をｐ−ｎ接合部に
対し、回転塗布、吹きつけ、ハケ塗り等の手法で施すこ
とである。

上記の溶液を用い、回転数５０００ｒｐｍの回転塗布を
行なって後、熱処理を行なった場合、最終的に５０〜２
００Åの薄膜が形成される。

なお回転塗布の場合形成される層の厚さは塗布溶液の濃
度と回転機の速度によって定められる。

また、アルミニウムキレート化合物としては上記のほか
、アルミニウムトリアセチルアセトネートが有用である
。

さらに他の例としてはアルミニウムトリス（エチルアセ
トアセテート）、アルミニウムトリス（マロン酸エチレ
ート）などがあげられる。

実施例 １ 第２図によって本実施例を説明する。

第２図は本実施例を実施したシリコーンパワートランジ
スタの一断面で、第１の型の半導体を有する第１の領域
２３と、第１の領域の半導性とは反対の型の半導性を有
する第２の領域２４と、第２の領域２４と同じ型の半導
性を有し、第１の領域２３で囲まれた第３の領域２６と
からなる半導体基体の中に、第１の領域２３と第２の領
域２４との間の配置するｐ −ｎ接合２７があり、上記
半導体基体の一主要面３１上にシリコン酸化物を含む絶
縁膜３０と、絶縁膜３０に設けられた開孔の中と、他の
主要面３２のほぼ全面とに導電性の金属電極２１を設け
てなる半導体素子の表面に、次の化学式で示されるアル
ミニウムキレート化合物を１重量係合むトルエン溶液を
塗布したのち、温度３００℃に３０分保つことにより、
アルミニウムキレート化合物の熱処理物からなる範膜２
８を形成する。

アルミニウムキレート化合物を加熱すると、しだいにそ
の重量を減するが、３００℃以上の熱処理温度では、重
量減はほぼ一定になって停止し、安定した熱処理物に変
化する。

したがって、加熱処理温度は、３００℃以上が好ましい
。

熱処理温度の上限温度は半導体素子の具体的構造によっ
て決定される。

即ち、アルミニウムキレート化合物の熱処理物そのもの
を形成するためには、おおよそ１２００℃まで可能であ
るが、ｐ−ｎ接合部が熱処理によって移動しないために
は９００℃までが熱処理可能な範囲である。

さらにたとえば半導体素子の電極としてＡｌ電極を用い
た場合５００〜５５０℃、また半田等を用いた場合３５
０℃が熱処理の上限温度となる。

この薄膜２８は、勿論のことながら、ｐ−ｎ接合２７が
露出している半導体基体の一表面２６を十分に被膜して
いる。

しかるのち、ＰＩ樹脂のプレポリマー溶液を塗布し、１
００℃に４０分、２２０℃に４０分、３００℃に６０分
の加熱処理を施こして、薄膜２８の表面に厚さ約２μｍ
のＰＩ樹脂膜２９を形成した。

第２図に示した半導体装置の湿度試験の結果の一例を紹
介すると、ｐ−ｎ接合２７の逆耐圧が２５０〜３００Ｖ
であるようなトランジスタを１２０個準備し、１２０℃
、２気圧の水蒸気中に１６時間放置するという過酷な湿
度試験を施こしたのち、再び逆耐圧を測定したところ、
１２０個がすべて満足すべき逆耐圧特性を保持している
ことが確認できた。

また、第２図に示した構造において、アルミニウムキレ
ート化合物の熱処理物からなる薄膜２８を形成せず、半
導体基体表面に直接ＰＩ樹脂膜２９を形成したトランジ
スタを８０個準備し、上記の湿度試験を４時間施こした
ところ、満足な逆耐圧を有していたものはわずかに３個
であった。

さらに、半導体基体表面にシリコーン樹脂を施こし、ｐ
−ｎ接合２７の露出した面を直接この樹脂で被覆したも
のを８０個準備し、上記の湿度試験を１６６時間施した
ところ、合格したものは３２個にすぎなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の詳細な説明するための、断面概略図
、第２図は、本発明を実施した半導体装置の断面概略図
である。 第１図において、１，２・・・・・・半導体基体の主要
表面、３・・・・・・半導性領域、４・・・・・・３と
は反対の導電性を有する半導性領域、５・・・・・・３
と４の間に配置するｐ −ｎ接合、６・・・・・・半導
体の一表面、７・・・・・・アルミニウムキレート化合
物の熱処理物からなる薄膜、８・・・・・・ＰＩ樹脂膜
もしくはポリイミド樹脂膜、第２図において、３１，３
２・・・・・・半導体基体の主要平面、２６・・・・・
・半導体の一表面、２７・・・・・・ｐ−ｎ接合、２８
・・・・・・アルミニウムキレート化合物の熱処理物か
らなる薄膜、２９・・・・・・ＰＩ樹脂膜もしくはポリ
イミド樹脂膜である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の型の半導性を有する第１の領域と、第１の型
   の半導性と反対の半導性を有する第２の領域とを有し、
   かつ前記第１の領域と第２の領域の間に配置するｐ−ｎ
   接合を有する半導体の本体とその本体の表面に露出した
   少くとも１個のｐ −ｎ接合の末端部と、そのｐ−ｎ接
   合の末端部を被覆するように配置したポリイミド樹脂も
   しくはＰＩ耐樹脂有してなる保護波、膜とを有する半導
   体素子において、上記ｐ−ｎ接合の末端部と、上記保護
   被膜との間にアルミニウムキレート化合物の熱処理物か
   らなる薄膜を配置させたことを特徴とする半導体素子。