JPS597213B2 - Method for controlling surface state and surface charge in silicon semiconductor junctions coated with polyimide-silicon copolymer junction coatings - Google Patents
Method for controlling surface state and surface charge in silicon semiconductor junctions coated with polyimide-silicon copolymer junction coatingsInfo
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- JPS597213B2 JPS597213B2 JP51149313A JP14931376A JPS597213B2 JP S597213 B2 JPS597213 B2 JP S597213B2 JP 51149313 A JP51149313 A JP 51149313A JP 14931376 A JP14931376 A JP 14931376A JP S597213 B2 JPS597213 B2 JP S597213B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体素子と、その表面電界制御および表面電
荷調節の方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor device and a method for controlling a surface electric field and adjusting a surface charge thereof.
半導体素子の表面に露出したP−N接合の不働態化或い
は表面安定化(PassivatiOn)と保護は、工
業上不断の関心事である。Passivation or surface stabilization (passivation) and protection of PN junctions exposed on the surface of semiconductor devices is a constant concern in industry.
このことは特に、高電圧の電力用半導体装置たとえばサ
イリスタ、ダイオードおよび類似のものにおいて重要性
がある。かかる装置においては、半導体素子の表面電界
と表面電荷の匍脚は極めて重要である。なぜならばこれ
が装置の破壊電圧を決定するのが普通だからである。こ
のような高電圧用装置が表面で制限される傾向があるの
はこの事実に基づくものである。すなわち、表面の破壊
は、内部の破壊または表面の漏洩が装置の有用性を制限
するに足るほど大きくなる前に生じるのである。上述の
ような制限を避けるためには、便宜の方法で表面電界を
調節するのが普通であり、もし可能なら、および/また
は、素子表面の輪郭形状を選ぶことによつて、表面の電
界を減少させるのが普通である。This is particularly important in high voltage power semiconductor devices such as thyristors, diodes and the like. In such devices, the surface electric field and surface charge distribution of the semiconductor element are extremely important. This is because this usually determines the breakdown voltage of the device. It is based on this fact that such high voltage devices tend to be surface limited. That is, surface failure occurs before internal failure or surface leakage becomes large enough to limit the usefulness of the device. In order to avoid the above-mentioned limitations, it is common to adjust the surface electric field in a convenient manner, if possible and/or by choosing the contour of the element surface. It is normal to decrease it.
従来の方法の例として、電力用装置における軽度にドー
プ(DOpe)されたN型シリコンの表面を安定化する
ために特許のガラス質物質を使用するのがある。特許ガ
ラスにおける大きな負電荷は、多数キヤリヤの素子の表
面を空乏化(Deplete)する傾向がある。この不
働態化の力法は、表面附近の空乏層を拡大し、表面にお
ける電界を低下させて、表面破壊を抑圧するのに役立つ
。表面附近の空乏層の体積をさらに大きくすることは、
結果的により多くの発生一再結合中心を与えることにな
つて好ましくない表面漏洩が増加する。An example of a conventional method is the use of proprietary glassy materials to stabilize lightly doped (DOpe) N-type silicon surfaces in power devices. The large negative charges in patent glasses tend to deplete the surface of majority carrier devices. This passivation technique expands the depletion layer near the surface, reduces the electric field at the surface, and helps suppress surface breakdown. Further increasing the volume of the depletion layer near the surface
The result is more generation and recombination centers, increasing undesirable surface leakage.
この大きな負電荷の存在の故に、特許ガラスは軽度にド
ープされたP型シリコンにおいては、有用と思われない
。Because of the presence of this large negative charge, patent glasses are not expected to be useful in lightly doped P-type silicon.
したがつて、半導体素子に対する電荷制御のこの解決法
は、高電圧サイリスタに用いた場合、全く役に立たない
。高電圧サイリスタの場合は、P−N接合は軽度にドー
プされたN型導電性シリコンとP型導電性シリコンの間
に形成される。P−N接合の一方の側に偏よる傾向のあ
る高表面電界条件は、それ故に他方の側の破壊を促進す
ることになる。このタイプの装置においては、表面電界
をできるだけ小さくすることが最良の力法である。半導
体素子の表面電界制御の新しい、かつ改良された方法を
提供することが本発明の目的である。Therefore, this solution of charge control for semiconductor devices is completely useless when used in high voltage thyristors. In the case of high voltage thyristors, a P-N junction is formed between lightly doped N-type conductive silicon and P-type conductive silicon. High surface field conditions that tend to bias one side of the PN junction will therefore promote breakdown on the other side. In this type of device, the best force method is to keep the surface electric field as small as possible. It is an object of the present invention to provide a new and improved method of surface field control of semiconductor devices.
本発明のもう1つの目的は、選ばれた表面とP一N接合
の露出部分をポリイミド−シリコン共重合体物質を用い
てコーテイングし、被覆された接合を適当な雰囲気条件
中で適当な高温熱処理を受けさせることによつて、半導
体素子の表面電界制御の新しい、かつ改良された方法を
提供することである。本発明の他の目的は、一部は明白
であり、また一部は下文によつて知られるであろう。Another object of the present invention is to coat selected surfaces and exposed portions of the P-N junction with a polyimide-silicon copolymer material and subject the coated junction to a suitable high temperature heat treatment in suitable atmospheric conditions. It is an object of the present invention to provide a new and improved method of controlling the surface electric field of a semiconductor device by subjecting the semiconductor device to a surface electric field. Other objects of the invention will be partly obvious and partly known from the text below.
本発明の教示するところによつて、反対の型の導電性を
有する、少くとも2つの領域を持つ半導体物質体の、選
ばれた表面区域の処理の方法が提供されている。In accordance with the teachings of the present invention, a method is provided for the treatment of selected surface areas of a semiconductor material body having at least two regions having opposite types of conductivity.
P−N接合は中間に配置されており、反対の型の導電性
を有する領域のそれぞれの対の、相接する表面によつて
形成される。少くと14−八NlT請八爪紬古けリ]手
ハ;八章;曜デ七山1ている。適当な重合体の可変透過
性薄膜物質の層が素子の選ばれた表面区域に施こされる
。A P-N junction is located intermediately and is formed by the abutting surfaces of each pair of regions of opposite type conductivity. There are at least 14-8NlT and eight Tsume Tsumugi. A layer of a suitable polymeric variable permeability thin film material is applied to selected surface areas of the device.
重合体物質はその場所で硬化して、そこに重合体物質の
皮膜を形成する。素子と皮膜は次に高温範囲に熱せられ
て、皮膜物質は選ばれたガス、例えば水分を含んだ窒素
、酸素および水素に対して透過性になる。選ばれたガス
の少くとも1種類が、皮膜を透して拡散されて到達し、
および/または素子の選ばれた表面区域で反応せしめら
れる。調節過程の段階での反応生成物と、少くとも1種
類の選ばれたガスの過剰量との生産物の除去は、皮膜を
透して雰囲気に対してなされる。素子と皮膜は低偏範囲
に冷却されて、重合体物質の皮膜の十分に不透過性・・
の特性を再び確立する。重合体物質は、シリコンを含ま
ない(シリコンの遊離した)(SilicOn−Fre
e)有機ジアミン、有機テトラカルボン酸2無水物およ
びポリシロキサンの反応生成物よりなる物質のグループ
から選ばれたもので、構造式の循環構造単位を有し、構
造式の5ないし50モルパーセントの共縮合構造単位を
含むものであることが望ましい。The polymeric material cures in situ to form a film of polymeric material thereon. The element and coating are then heated to an elevated temperature range to render the coating material permeable to selected gases, such as humid nitrogen, oxygen, and hydrogen. At least one of the selected gases is diffused through the film and reaches the
and/or reacted at selected surface areas of the device. Removal of the reaction products and the excess amount of the at least one selected gas during the conditioning process is effected through the membrane to the atmosphere. The element and coating are cooled to a low polarization range to ensure the full impermeability of the polymeric material coating.
to re-establish the characteristics of The polymeric material is silicon-free (SilicOn-Free).
e) selected from the group of substances consisting of reaction products of organic diamines, organic tetracarboxylic dianhydrides, and polysiloxanes, having cyclic structural units of the structural formula and containing from 5 to 50 mole percent of the structural formula; It is desirable that it contains a co-condensed structural unit.
ここでRは2価の炭化水素基、R’は1価の炭化水素基
、R″は4価の有機基、Qは有機ジアミンの残基である
2価のシリコンを含まない(シリコンの遊離した)有機
基、Xはゼロより大きい値を有する整数、mとnは1よ
り大きく恐らくは互に等しい整数である。好ましい物質
はメチレンジアニリン、ベンゾフエノンテトラカルボン
酸およびビス(γ−アミノプロピル)テトラメチルジシ
ロキサンの反応生成物である。Here, R is a divalent hydrocarbon group, R' is a monovalent hydrocarbon group, R'' is a tetravalent organic group, and Q does not contain divalent silicon, which is the residue of an organic diamine (free silicon X is an integer having a value greater than zero, m and n are integers greater than 1 and possibly equal to each other. Preferred materials are methylene dianiline, benzophenone tetracarboxylic acid and bis(γ-aminopropyl ) is a reaction product of tetramethyldisiloxane.
メチレンジアニリンのビス(r−アミノプロピル)テト
ラメチルジシロキサンに対するモル比が70:30であ
るとき、すぐれた効果が得られる。第1図に関しては、
半導体物質の本体12からなる半導体素子10が示され
ている。Excellent effects are obtained when the molar ratio of methylene dianiline to bis(r-aminopropyl)tetramethyldisiloxane is 70:30. Regarding Figure 1,
A semiconductor device 10 is shown comprising a body 12 of semiconductor material.
本体12は適当な方法、例えば2つの反対の面14と1
6を平行に研磨しラツピングすることによつて用意する
。本体12は2またはそれ以上の反対の型の導電性の領
域と、反対の型の導電性の領域のそれぞれの対の相接す
る表面によつて形成されるP−N接合とを有する。少く
とも1つのP−N接合の端部は本体12の表面に露出し
ている。本体12は適当な半導体物質、例えばシリコン
、シリコンカーバイド、ゲルマニウム、族と族の元素の
化合物または族とV族の元素の化合物から構成される。
本発明をより十分に説明するために、そして他に目的は
ないが、本体12は5つの導電領域と4つのP−N接合
を有するシリコン半導体からなるものとして述べる。The body 12 is formed in any suitable manner, for example on two opposite sides 14 and 1.
6 by parallel polishing and wrapping. Body 12 has two or more electrically conductive regions of opposite type and a P-N junction formed by the abutting surfaces of each pair of electrically conductive regions of opposite type. At least one end of the P-N junction is exposed on the surface of the body 12. Body 12 is constructed of a suitable semiconductor material, such as silicon, silicon carbide, germanium, a compound of Group and Group elements, or a compound of Group and Group V elements.
To more fully describe the invention, and for no other purpose, body 12 will be described as consisting of a silicon semiconductor having five conductive regions and four P-N junctions.
かかる構成を有する素子10はサイリスタとして働く。
従つて本体12は、P型導電性の領域18と20,P型
導電性領域19,N型導電性の領域22,24および2
6とを有する。P−N接合28,30,32および34
は、反対の型の導電率の領域18と22,22と20,
20と24、および20と26のそれぞれの対の相接す
る面によつて形成される。かかる制御整流器の表面電界
制御における補助的手段の1つは、部分的に処理された
本体12を、大面積の接触部すなわち支持電極38に適
当なオーミツクな電気的はんだ( SOlder)の層
40ではり付けた後に、側面36を成形することである
。The element 10 having such a configuration works as a thyristor.
The body 12 thus includes regions 18 and 20 of P-type conductivity, regions 19 of P-type conductivity, and regions 22, 24 and 2 of N-type conductivity.
6. P-N junctions 28, 30, 32 and 34
are regions of opposite type conductivity 18 and 22, 22 and 20,
It is formed by the abutting surfaces of the respective pairs 20 and 24 and 20 and 26. One of the auxiliary means in controlling the surface field of such a controlled rectifier is to coat the partially treated body 12 with a layer 40 of a suitable ohmic electrical solder at the large area contact or support electrode 38. After attaching, the side surface 36 is molded.
電気的接触部42と44は、それぞれの領域24と26
に着けられる。図示のように、表面36の成形によつて
周知の複傾斜(DOublebeveI)表面の効果を
生じる。次に第2図に関しては表面電界制御のための二
重正斜面構造を実現した半導体素子50が示されている
。Electrical contacts 42 and 44 connect regions 24 and 26, respectively.
Can be worn on. As shown, the shaping of surface 36 creates the well-known double bevel surface effect. Next, referring to FIG. 2, a semiconductor device 50 is shown which realizes a double normal slope structure for surface electric field control.
第1図の素子10と同じ符号で示された箇所はすべて同
じであり、素子10の対応する箇所と同じように機能す
る。素子50は上述の構造の故にサイリスタとして動作
する。表面電界制御のため用いられたその方法によつて
も、P−N接合の少くともあるものの選ばれた端部は、
本体12の表面区域に露出する。All parts labeled with the same reference numerals as element 10 in FIG. 1 are the same and function in the same manner as corresponding parts of element 10. Element 50 operates as a thyristor due to the structure described above. Depending on the method used for surface field control, at least some selected ends of the P-N junction
exposed on the surface area of body 12.
従つてP−N接合の露出端部の保護のために、適当な物
質をつけることが必要である。保護コーテイング物質の
層46は、少くとも表面36と、少くともP−N接合2
8と30の露出した端部に施こされる。It is therefore necessary to apply a suitable material to protect the exposed end of the PN junction. A layer of protective coating material 46 covers at least the surface 36 and at least the P-N junction 2.
8 and 30 on the exposed ends.
層46の物質は、表面36と、同様に層44および接触
部すなわち支持電極38の物質とも密着することが望ま
しい。層46の物質は、素子10の選ばれた表面区域を
特殊なガスで処理するための長時間の高温度に耐えるこ
とができるように、可変透過性物質として作用するもの
でなければならない。さらに、層の物質は、ガス処理の
高温時、゛透過性でなければならない。すなわちそれは
、皮膜として作用し、かつ選ばれたガスの素子10の表
面へ向つての層46の通過を許し、また表面から層46
を通過することを許さねばならない。さらに層46の物
質は、高温時十分に多孔性であつて、他の気体生成物の
雰囲気への層46の通過を許すものでなければならない
。室温への冷却に伴なつて層46の物質は、雰囲気に対
し十分不透過性となり、従つてそれが施こされた表面に
対する十分な気密封じ(Her一Meticseal)
を形成しなければならない。換言すれば、動作雰囲気は
被覆された表面の表面電荷に対し悪影響を及ぼさない。
保護コーテング物質、たとえばポリイミド−シリコン共
重合体は、少くとも表面36、および少くともP−N接
合28と30の露出端部に施こしたとき、かかる望まし
い物質であることが見いだされた。The material of layer 46 is preferably in intimate contact with surface 36 as well as with the material of layer 44 and contact or support electrode 38. The material of layer 46 must act as a variable permeability material so that it can withstand the prolonged high temperatures required to treat selected surface areas of element 10 with the special gas. Furthermore, the material of the layer must be "permeable" at the high temperatures of gas processing. That is, it acts as a coating and allows the passage of selected gases through layer 46 towards the surface of element 10 and from the surface.
must be allowed to pass. Additionally, the material of layer 46 must be sufficiently porous at elevated temperatures to permit passage of other gaseous products through layer 46 into the atmosphere. Upon cooling to room temperature, the material of layer 46 becomes sufficiently impermeable to the atmosphere and therefore provides a sufficient hermetic seal to the surface to which it is applied.
must be formed. In other words, the operating atmosphere does not have an adverse effect on the surface charge of the coated surface.
A protective coating material, such as a polyimide-silicon copolymer, has been found to be such a desirable material when applied to at least the surface 36 and at least to the exposed ends of the P-N junctions 28 and 30.
保護コーテング物質は、適当な溶剤に溶解した前駆物質
(PrecursOr)ポリマとして、表面36に施こ
される。The protective coating material is applied to the surface 36 as a PrecursOr polymer dissolved in a suitable solvent.
加熱によつて、あるいは室温での蒸発によつて、層46
の保護コーテング物質は、表面36および少くとも1P
−N接合の端部上のその場所で重合される。層46の物
質は、本体12の表面36の予じめ選ばれた表面の区域
に、中間重合体の溶液として施こされるのが望ましい。
本物質の、本体12の少くとも表面36への適用は、吸
きつけ、スピニング(Spinning)、刷毛塗りそ
の他の適当な力法による。保護コーテング物質を施こし
た本体12は、次に熱して樹脂質の可溶性中間重合体を
、硬化した固体の選択的に不溶解性の物質に変換する。
層46の保護コーテング物質は、硬化時表面36に対し
て良好な附着性を示すものであることが望ましい。layer 46 by heating or by evaporation at room temperature.
The protective coating material on the surface 36 and at least 1P
- Polymerized in situ on the end of the N junction. The material of layer 46 is preferably applied to preselected surface areas of surface 36 of body 12 as a solution of an intermediate polymer.
The material may be applied to at least the surface 36 of the body 12 by suction, spinning, brushing, or any other suitable force method. The protective coating material 12 is then heated to convert the resinous soluble intermediate polymer into a hardened solid selectively insoluble material.
The protective coating material for layer 46 is preferably one that exhibits good adhesion to surface 36 when cured.
さらに、本物質は良好な耐摩耗性と、素子10の製造の
仕上げに用いられる化学薬剤に対する耐性とを示すべき
である。さらに、本物質は良好な耐熱性を示すものであ
るべきである。なぜならば、素子10の表面状態と電荷
を調節し制御するために、それは高温を加えられるから
である。さらに、層46の物質は、熱処理工程の期間中
ガス放出(0utgassing)を示さない固有の性
質を有することが望ましい。層46を構成する前述の要
求に合致する適当な物質は、シリコンを含まない有機ジ
アミン、有機テトラカルボン酸2無水物およびポリシロ
キサンジアミンの反応生成物である。Furthermore, the material should exhibit good abrasion resistance and resistance to the chemicals used in the finishing of the manufacture of the element 10. Furthermore, the material should exhibit good heat resistance. This is because high temperatures are applied to the device 10 in order to adjust and control its surface condition and charge. Additionally, it is desirable that the material of layer 46 have the inherent property of not exhibiting outgassing during the heat treatment process. Suitable materials meeting the aforementioned requirements for forming layer 46 are reaction products of silicon-free organic diamines, organic tetracarboxylic dianhydrides, and polysiloxane diamines.
これは適当な有機溶媒に可溶の重合体前駆物質である。
硬化時、それは構造式の循環構造単位を有し、構造式
の5ないし50モルパーセントの共縮合構造単位を有す
る共重合体を生じる。This is a polymer precursor that is soluble in a suitable organic solvent.
Upon curing, it yields a copolymer having circulating structural units of the structural formula and having from 5 to 50 mole percent co-condensed structural units of the structural formula.
ここでRは2価の炭化水素基、R′は1価の炭化水素基
、゛R″は4価の有機基、Qは有機ジアミンの残基であ
る2価のシリコンを含まない(シリコンの遊離した)有
機基、Xは1ないし1,000またはそれ以上の値を持
つ整数、m<l!:nは1より大きい、なるべくは10
ないし10,000またはそれ以上の同一または異なる
整数である。上述のプロツク共重合体は一般式
を有するジアミノシロキサンと、構造式
のシリコンを含まない(シリコンの遊離した)ジアミノ
化合物および構造式を有するテトラカルボン酸2無水物
からなる成分の混合物の、適当なモル比における反応の
結果調製できる。Here, R is a divalent hydrocarbon group, R' is a monovalent hydrocarbon group, "R" is a tetravalent organic group, and Q does not contain divalent silicon, which is the residue of an organic diamine (silicon free) organic group, X is an integer with a value of 1 to 1,000 or more, m<l!: n is greater than 1, preferably 10
the same or different integers from 10,000 to 10,000 or more. The above-mentioned block copolymer is prepared by preparing a suitable mixture of components consisting of a diaminosiloxane having the general formula, a silicon-free diamino compound having the structural formula, and a tetracarboxylic dianhydride having the structural formula. It can be prepared as a result of a reaction in molar ratios.
ここでR,R′,R″,QおよびXは前述の意味を有す
る。本発明の実施において使用される最終のポリイミド
シロキサン組成物が、本質的には構造式およびにみられ
るイミド構造からなることが認められるであろう。where R, R', R'', Q and It will be recognized that
しかしながら、ジアミノシロキサン、シリコンを含まな
い(シリ.コンの遊離した)有機ジアミンおよびテトラ
カルボン酸2無水物の反応の結果生じた実際の前駆物質
は、最初は構造式の構造単位からなるポリアミド酸構造
の型式のものである。However, the actual precursor resulting from the reaction of diaminosiloxane, a silicon-free (silicon-free) organic diamine, and a tetracarboxylic dianhydride is initially a polyamic acid structure consisting of structural units of the structural formula It is of the model.
ここでR,R′,R″,Q,X,mおよびnは前述の意
味を有する。本発明の実施において使用される構造式の
ジアミノシロキサンは以下の構造式を有する化合物を含
む。wherein R, R', R", Q,
および類似のもの。and similar.
上述の構造式のジアミンは、先行技術に記載され、かつ
大部分は商業的に入手可能な物質である。Diamines of the above-mentioned structural formulas are materials described in the prior art and for the most part commercially available.
プレポリマ(PrepOlymer)を調製すべきかか
るジアミンの典型的なものは次のごときものである。お
よびこれらの混合物。Typical such diamines from which the PrepOlymer is prepared are as follows. and mixtures thereof.
これらのジアミンは、単に説明の目的のために与えられ
たもので、すべてを包含するものと考えられないことに
注意すべきである。記載されない他のジアミンも、当該
技術分野の熟練者にとつては直ちに明白であろう。構造
式のテトラカルボン酸2無水物は以下のごとくさらに明
確化される。すなわちR″は4価の基、たとえば不飽和
のベンゼノイドによつて特徴づけられる少くとも6個の
炭素原子を含む芳香族から誘導されたか、またはこれを
含む基であり、ここで2無水物の4個のカーボニル基の
おのおのは、4価の基の別々の炭素原子に結合され、力
ーボニル基は対をなし、各対の基はR基の隣接の炭素原
子に結合されるか、または最大1個の炭素原子を失つた
R基の炭素原子に結合されて、次のごとき5員又は6員
の環を与える。C−0−C
または
C−0−C
または
C−0−C
本発明における使用に適した2無水物の実例(括弧の中
にその略称を付す)としては次のものを含む。It should be noted that these diamines are given for illustrative purposes only and are not to be considered all-inclusive. Other diamines not listed will be readily apparent to those skilled in the art. The structural formula of tetracarboxylic dianhydride is further clarified as follows. That is, R'' is a group derived from or containing a tetravalent group, such as an aromatic group containing at least 6 carbon atoms characterized by an unsaturated benzenoid, where the dianhydride Each of the four carbonyl groups is bonded to a separate carbon atom of the tetravalent group, and the carbonyl groups are in pairs, with each pair of groups bonded to adjacent carbon atoms of the R group, or up to Bonded to a carbon atom of the R group missing one carbon atom to give a 5- or 6-membered ring: C-0-C or C-0-C or C-0-C Invention Examples of dianhydrides suitable for use in (with their abbreviations in parentheses) include:
無水物。Anhydrous.
トリメリテツク無水物のような他の無水物の集合は、ア
ミド−イミド−シロキサンポリマを作るために妨げられ
ない。プロツク共重合体またはポリマの混合物の適用は
、単独でまたは非溶媒と結合して、適当な溶剤(たとえ
ばN−メチルピローリドン、N,N−ジメチルアセタミ
ン、N,N−ジメチルフオルムアミド等を含む)に溶し
て、基体物質に対し通常の方法たとえば、どぶ付け(D
ipping)、吸き付け、塗り付け(Paintin
g)、スピニング等の通常の方法でしてよい。The assembly of other anhydrides, such as trimerite anhydrides, is not prevented to make amide-imido-siloxane polymers. Application of the block copolymer or mixture of polymers, alone or in combination with a non-solvent, can be carried out in a suitable solvent (e.g. N-methylpyrrolidone, N,N-dimethylacetamine, N,N-dimethylformamide, etc.). (containing) and applied to the substrate material using a conventional method, such as doping (D
ipping), suction, smearing (Paintin)
g), a conventional method such as spinning may be used.
プロツク共重合体またはポリマの混成物は、初期加熱の
段階で約75から150℃で十分な時間しばしば真空で
、乾燥されて溶剤を除去する。ポリアミド酸は次に約1
50℃−300℃の温度で十分な時間加熱することによ
つて、対応するポリイミド−シロキサンに変換されて、
ポリイミド構造への望ましい変換と最終硬化の効果を生
じる。適当な材料は、ポリアミド酸の形のポリマ前駆物
質を、重量比で250!)の固形物を含むように、N−
メチル−2−ピローリドンに溶解した溶液として調製さ
れる。The block copolymer or polymer blend is dried during the initial heating stage at about 75 to 150 DEG C. for a sufficient period of time, often under vacuum, to remove the solvent. Polyamic acid is then about 1
By heating at a temperature of 50° C.-300° C. for a sufficient period of time, the polyimide-siloxane is converted into the corresponding polyimide-siloxane,
This produces the desired conversion to polyimide structure and final curing effect. A suitable material is a polymer precursor in the form of polyamic acid, in a weight ratio of 250! ), N-
It is prepared as a solution in methyl-2-pyrrolidone.
この溶液は本体の表面に施こされる。この場合P−N接
合の端部は適当な方法、例えば塗り付けかスピニングで
施こされる。特殊なポリマ前1駆物質溶液が、ベンゾフ
エノンテトラカルボン酸2無水物にメチレンジアニリン
とビス(r−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサ
ンを反応させることによつて形成される。後者の2つの
ジアミド物質は70:30のモル比で存在する。反応は
50℃以下の温度で適当に純化し乾燥した物質を用いて
行なわれ、大きな分子量のポリマを形成しやすくする。
上記の一般構造式の物質に対して望ましい硬化サイクル
は次の如くである。This solution is applied to the surface of the body. In this case, the ends of the PN junction are applied in a suitable manner, for example by smearing or spinning. A special polymer precursor solution is formed by reacting benzophenone tetracarboxylic dianhydride with methylene dianiline and bis(r-aminopropyl)tetramethyldisiloxane. The latter two diamide materials are present in a 70:30 molar ratio. The reaction is carried out using suitably purified and dried materials at temperatures below 50° C. to facilitate the formation of high molecular weight polymers.
The preferred curing cycle for materials of the above general structure is as follows.
(a)乾燥したN2の中で、135℃ないし15『Cで
15ないし30分。(a) 135°C to 15°C for 15 to 30 minutes in dry N2.
(b)乾燥したN2の中で、約185℃±10℃で15
ないし60分。(b) 15 at approximately 185°C ± 10°C in dry N2.
or 60 minutes.
(c)真空中で、約225℃で1ないし3時間。(c) 1 to 3 hours at about 225°C in vacuum.
別の方法として、本発明の商業的応用を容易にするため
、本コーテング物質を例えば空気のような他の雰囲気中
で硬化させうることが見い出されている。十分な量の物
質が表面36に施こされると、1ミクロンから100ミ
クロンの厚さの層46ができる。Alternatively, it has been found that the coating material can be cured in other atmospheres, such as air, to facilitate commercial application of the invention. When a sufficient amount of material is applied to surface 36, a layer 46 from 1 micron to 100 microns thick will result.
順方向または逆方向の阻止状態で存在する最大の電界で
、硬化した材料が電気的に破壊しないという要求から、
最小の厚さが決定される。ポリイミド、ポリアミド、ポ
リイミド−ポリアミドの他の適当な保護コーテング物質
、および同物質の製造法、ポリシロキサンの実施のすべ
ては、米国特許第3,325,450号、第3,553
,282号、第3,598,784号および第3,74
0,305号にさらに記載されており、これらを参照す
ることによつて、直ちに適用可能な開示の一部がなされ
る。被覆された素子10は次lど、処理された本体12
の表面区域の表面状態の密度を減少するために、除湿的
または不活性の雰囲気にさらされる。Due to the requirement that the cured material not break down electrically at the maximum electric field present in the forward or reverse blocking state,
A minimum thickness is determined. Other suitable protective coating materials for polyimides, polyamides, polyimide-polyamides, and methods of making the same, polysiloxane implementations are all described in U.S. Pat. Nos. 3,325,450 and 3,553.
, No. 282, No. 3,598,784 and No. 3,74
No. 0,305, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The coated element 10 is then processed into a treated body 12.
exposed to a dehumidifying or inert atmosphere to reduce the density of surface states in the surface area.
被覆された素子10は約450℃±25℃に約30分、
例えば窒素、酸素、アルゴン、メタン、水素および類似
の雰囲気中で熱する。雰囲気は水蒸気を含んでも含まな
くてもよい。活性表面状態の因子を調節するために、体
積で約1ないし3パーセントの水蒸気を含む窒素を用い
るのが望ましい。層46の物質は、動作雰囲気中で素子
10に対する気密封じを実際上形成することが見出され
た。The coated element 10 is heated to about 450°C ± 25°C for about 30 minutes.
For example, heating in nitrogen, oxygen, argon, methane, hydrogen and similar atmospheres. The atmosphere may or may not contain water vapor. It is desirable to use nitrogen containing about 1 to 3 percent water vapor by volume to control active surface condition factors. The material of layer 46 has been found to effectively form a hermetic seal to device 10 in the operating atmosphere.
しかしながら、約450℃の高温に熱すると、物質は今
度は素子10の表面区域の表面状態の密度を調節するた
めに使用したガスに対して透過性になることがわかつた
。雰囲気ガスは、必要なら水蒸気を含めて、外部雰囲気
から層46の物質を透過して本体12の表面に、自由に
移動できる。本体12の表面で作用した後、ガスと本体
12の表面に存在した物質の反応生成物は、表面から硬
化したポリイミド−シリコン重合体を透過して周囲の雰
囲気へ移動できる。処理中に表面から逃げ去る生成物の
あるものは、本体12の前の処理工程期間に生じた生成
物である。層46の物質は、温度によつて制御される透
過性を有する可変透過性膜として作用するものである。
熱処理の完了時、被覆された素子は室温に冷却される。However, it has been found that upon heating to elevated temperatures of about 450° C., the material now becomes permeable to the gas used to adjust the density of surface states in the surface area of element 10. Atmospheric gases, including water vapor if desired, are free to migrate from the external atmosphere through the material of layer 46 to the surface of body 12. After acting on the surface of body 12, the reaction products of the gas and the material present on the surface of body 12 can pass through the hardened polyimide-silicon polymer from the surface and into the surrounding atmosphere. Some of the products that escape from the surface during processing are products generated during previous processing steps on body 12. The material of layer 46 acts as a variable permeability membrane with permeability controlled by temperature.
Upon completion of the heat treatment, the coated device is cooled to room temperature.
層46の物質は、それが施こされた表面の実際上の気密
封じを形成するその独特の硬化状態の性質を帯びる。本
物質はもはや透過性ではなく、表面電荷状態は保持され
る。この処理は有効であると思われる。The material of layer 46 takes on the properties of its unique hardened state forming a virtually hermetic seal of the surface to which it is applied. The material is no longer transparent and the surface charge state is retained. This process seems to be effective.
何故ならば素子10において存在する表面電荷は、恐ら
くは、界面(Interface)状態として存在する
ものが大部分を占める。表面状態の比較的小部分が固定
電荷である。故に層46の物質は、すぐれた表面状態の
制御手段であるとともに、半導体素子に対するすぐれた
不働態化(表面安定化)コーテングを形成するものであ
る。本物質と工程は、高電圧−低逆漏洩の要求を有する
高電力半導体装置に対し特に好適である。さらに、本物
質と作業工程は、トランジスタと集積回路の製造業務に
も適する。以下本発明の実施の態様を列記する。1,メ
チレンジアニリンのビス(r−アミノプロピル)テトラ
メチルジシロキサンに対するモル比が95:5ないし5
0:50であることを特徴とする特許請求の範囲第3項
記載の力法。This is because most of the surface charges present in the element 10 are probably present as interface states. A relatively small portion of the surface states are fixed charges. The material of layer 46 therefore provides an excellent surface condition control and forms an excellent passivating (surface stabilizing) coating for semiconductor devices. The present materials and processes are particularly suitable for high power semiconductor devices with high voltage-low reverse leakage requirements. Additionally, the materials and processes are also suitable for transistor and integrated circuit manufacturing operations. Embodiments of the present invention will be listed below. 1. The molar ratio of methylene dianiline to bis(r-aminopropyl)tetramethyldisiloxane is 95:5 to 5.
The force method according to claim 3, characterized in that the ratio is 0:50.
2.モル比が75:25ないし63:35であることを
特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方法。2. 5. Process according to claim 4, characterized in that the molar ratio is between 75:25 and 63:35.
3,モル比が約70:30であることを特徴とする前記
第1項記載の方法。3. The method according to item 1, wherein the molar ratio is about 70:30.
4.少くとも1の選ばれたガスが、水分を含む窒素、酸
素および水素からなる群から選ばれた1であることを特
徴とする特許請求の範囲各項及び前記各項記載の方法。4. A method according to any of the claims and preceding claims, characterized in that the at least one selected gas is one selected from the group consisting of nitrogen containing water, oxygen and hydrogen.
5.半導体素子がシリコン物質からなることを特徴とす
る特許請求の範囲各項及び前記各項記載の力法。5. The method according to each of the claims and each of the preceding claims, characterized in that the semiconductor element is made of silicon material.
6.少くとも1の選ばれたガスが、約1ないし3パーセ
ントの水蒸気を含有することを特徴とする特許請求の範
囲各項及び前記各項記載の方法。6. A method according to any of the claims and preceding claims, characterized in that at least one selected gas contains about 1 to 3 percent water vapor.
7.第2の渦度範囲が450℃±100℃であることを
特徴とする特許請求の範囲各項及び前記各項記載の力法
。7. The force method described in each of the claims and each of the preceding claims, characterized in that the second vorticity range is 450°C±100°C.
8.選ばれた表面区域における表面電荷の調節と表面電
界の制御が、通常約30分間行なわれることを特徴とす
る特許請求の範囲各項及び前記各項記載の方法。8. A method according to any of the claims and preceding claims, characterized in that the adjustment of surface charge and control of the surface electric field in selected surface areas is typically carried out for about 30 minutes.
9.シリコンを含まない(シリコンの遊離した)有機ジ
アミンがメチレンジアニリンであり、有機2無水物がベ
ンゾフエノンテトラカルボン酸であり、かつポリシロキ
サンがビス(r−アミノプロピル)テトラメチルジシロ
キサンであることを特徴とする特許請求の範囲第4項記
載の方法。9. The organic diamine that does not contain silicon (silicon is released) is methylene dianiline, the organic dianhydride is benzophenonetetracarboxylic acid, and the polysiloxane is bis(r-aminopropyl)tetramethyldisiloxane. The method according to claim 4, characterized in that:
10.メチレンジアニリンのビス(r−アミノプロピル
)テトラメチルジシロキサンに対するモル比が70:3
0であることを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の
方法。10. The molar ratio of methylene dianiline to bis(r-aminopropyl)tetramethyldisiloxane is 70:3.
5. The method according to claim 4, wherein: 0.
第1図と第2図はそれぞれ、本発明の教示に従つて作ら
れた半導体素子の部分的に断面図で示した側立面図であ
る。
10,50・・・・・・半導体素子、12・・・・・・
本体、14,16・・・・・・互に平行な面、18,1
9,20・・・・・・P型導電性領域、22,24,2
6・・・・・・N型導電性領域、28,30,32,3
4・・・・・・P−N接合、36・・・・・・表面、3
8・・・・・・支持電極、40・・・・・・はんだ層、
42,44・・・・・・電気的接触部。1 and 2 are side elevational views, partially in cross-section, of a semiconductor device made in accordance with the teachings of the present invention. 10, 50... Semiconductor element, 12...
Main body, 14, 16... Mutually parallel surfaces, 18, 1
9, 20...P-type conductive region, 22, 24, 2
6...N-type conductive region, 28, 30, 32, 3
4...P-N junction, 36... Surface, 3
8...Support electrode, 40...Solder layer,
42, 44... Electrical contact portion.
Claims (1)
可変透過性物質膜の施着工程、(b)選ばれた表面区域
上に、第1の温度範囲では素子の処理雰囲気に対し実際
上非透過性である物質の皮膜を形成するための、重合体
材料の硬化工程、(c)選ばれたガスに対し重合体物質
を透過性にさせるための、第2の高温度範囲への、少く
とも重合体物質の皮膜の加熱工程、(d)選ばれたガス
の少くとも1つが、重合体物質皮膜を通過して半導体素
子の選ばれた表面区域へ到達しおよび/または反応させ
る工程、(e)選ばれたガスの少くとも1を用いての、
素子の選ばれた表面区域またはその附近の、表面状態の
調節工程、(f)重合体物質皮膜を透しての、選ばれた
表面区域からの、調節工程段階の生成物と少くとも1の
選ばれたガスの過剰量の、少くともある部分の除去工程
、及び(g)重合体物質皮膜の、実質上非透過性の特性
を再確立する工程、から成ることを特徴とする半導体素
子の選択された表面領域の処理方法。 2 半導体物質が、シリコン半導体物質体からなること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 重合体材料が、メチレンジアニリンおよびビス(γ
−アミノプロピル)テトラメヂルジンロキサンと反応し
たベンゾフェノンテトラカルボン酸2無水物から誘導さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法
。 4 重合体可変透過性膜物質がシリコンを含まない有機
ジアミン、有機テトラカルボン酸2無水物およびポリシ
ロキサンの反応生成物であり、かつ構造式▲数式、化学
式、表等があります▼ の循環構造単位を有し、構造式 ▲数式、化学式、表等があります▼ の5ないし50モルパーセントの共縮合構造単位を含む
ものであり、ここでRは2価の炭化水素基、R′は1価
の炭化水素基、R″は4価の有機基、Qは有機ジアミン
の残基である2価のシリコンを含まない有機基、mとn
は1より大きい互いに等しいかまたは異なる整数である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。Claims: 1. The following process steps: (a) applying a suitable polymeric variable permeability material film to selected surface areas of a semiconductor device; (b) applying a film of a suitable polymeric variable permeability material to selected surface areas of a semiconductor device; c) curing the polymeric material to form a film of material that is virtually impermeable to the processing atmosphere of the device in a first temperature range; (c) permeating the polymeric material to a selected gas; (d) heating the at least one of the selected gases to a second elevated temperature range to render the semiconductor device (e) accessing and/or reacting the selected surface area with at least one of the selected gases;
a step of conditioning the surface condition at or near a selected surface area of the device; (f) at least one product of the conditioning process step from the selected surface area through the polymeric material coating; (g) re-establishing the substantially impermeable properties of the polymeric material coating. How to treat selected surface areas. 2. A method according to claim 1, characterized in that the semiconductor material consists of a silicon semiconductor material body. 3 The polymeric material contains methylene dianiline and bis(γ
2. A method according to claim 1, characterized in that it is derived from benzophenone tetracarboxylic dianhydride reacted with tetramedildine loxane (aminopropyl). 4. Polymer variable permeability membrane material is a reaction product of silicon-free organic diamine, organic tetracarboxylic dianhydride, and polysiloxane, and has a cyclic structural unit with the structural formula ▲ Numerical formula, chemical formula, table, etc. ▼ and contains 5 to 50 mole percent co-condensed structural units of the structural formula ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼, where R is a divalent hydrocarbon group and R' is a monovalent Hydrocarbon group, R″ is a tetravalent organic group, Q is a divalent silicon-free organic group that is the residue of an organic diamine, m and n
2. A method according to claim 1, wherein are equal or different integers greater than 1.
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