樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10是一種包括臺面型半導(dǎo)體元件100，以及封裝臺面型半導(dǎo)體元件100的鑄模用樹脂40的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10；并且，通過實施將溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層121的基底氧化層形成工序，形成通過基底氧化層覆蓋溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序，以及在鉛系玻璃復(fù)合物的溶倒點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層124。本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置雖然與以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置同樣具有將臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模的結(jié)構(gòu)，但是一種比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置具有更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。
【專利說明】樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]以往,在包圍臺面(mesa)區(qū)域的外圍錐形(taper)區(qū)域有PN結(jié)露出這樣的結(jié)構(gòu)的臺面型半導(dǎo)體元件(例如，參考專利文獻(xiàn)1、2)是已知的。圖10顯示的是用于說明以往的臺面型半導(dǎo)體元件900的圖。
[0003]如圖10所示，以往的臺面型半導(dǎo)體元件900包括在包圍臺面區(qū)域A的外圍錐形區(qū)域B具有PN結(jié)露出部C的臺面型半導(dǎo)體基體908，以及覆蓋外圍錐形區(qū)域B的玻璃層924。玻璃層924是鈍化(passivation)用的玻璃層。另外，在圖10中，符號910表示η —型半導(dǎo)體層，符號912表不P+型半導(dǎo)體層，符號914表不η +半導(dǎo)體層,符號916a表不娃(silicon)氧化膜，符號934表不正極電極層,符號936表不陰極電極層。
[0004]通過以往的臺面 型半導(dǎo)體元件900,能夠構(gòu)成比平面(planer)型半導(dǎo)體元件更耐壓的半導(dǎo)體元件。
[0005]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]【專利文獻(xiàn)一】日本特開平10-116828號公報
[0008]【專利文獻(xiàn)二】日本特開2004-87955號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]但是，根據(jù)本發(fā)明的
【發(fā)明者】們的研究，發(fā)現(xiàn)在以往的臺面型半導(dǎo)體元件900中，將其用樹脂鑄模(mould)制成樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)時的高溫反偏壓(bias)耐量低，存在難以在嚴(yán)酷條件下使用的問題。
[0010]因此，本發(fā)明是為了解決上述問題而發(fā)明的，目的在于提供一種雖然是通過將臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模而制成的，但與以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置相比，具有更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，并且，還在于提供一種能夠制造這樣的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0011][I]本發(fā)明提供一種樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，依次包含:準(zhǔn)備具有與主面平行的PN結(jié)的半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板準(zhǔn)備工序；從所述半導(dǎo)體基板的一側(cè)的表面形成深度超過所述PN結(jié)的溝道的溝道形成工序；形成覆蓋所述溝道的內(nèi)面的鉛系玻璃層的玻璃層形成工序；通過沿所述溝道將所述半導(dǎo)體基板切斷，制作臺面型半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板切斷工序；以及將所述臺面型半導(dǎo)體元件使用鑄模用樹脂封裝的樹脂封裝工序，其特征在于:其中，所述玻璃層形成工序包含:將所述溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過所述基底氧化層覆蓋所述溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在所述鉛系玻璃復(fù)合物的溶倒點Tf以下的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層的燒制工序。
[0012]在本說明書中，流動點(玻璃開始呈液狀的溫度)Tf指的是鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線中的第一放熱部(放熱部中第一個峰)的肩膀(曲線開始下降的彎點)的溫度(參考后述的圖5)。另外，鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線中的第一吸熱部的肩膀的溫度是玻璃化轉(zhuǎn)變點Tg0
[0013][2]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在所述燒制工序中，最好在所述鉛系玻璃復(fù)合物的軟化點Ts以上的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層。
[0014][3]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在所述燒制工序中，最好在當(dāng)從所述鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線上的表示玻璃化轉(zhuǎn)變點Tg的點向高溫側(cè)引一條與橫軸平行的線時，與該DTA曲線相交的點表示的預(yù)定溫度Tp以上的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層。
[0015][4]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在所述燒制過程中，最好在濕潤氧氣中燒制所述玻璃復(fù)合物層。
[0016][5]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在所述基底氧化層形成工序中，最好形成厚度在IOnm?IOOnm的所述基底氧化層。
[0017][6]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法中，在所述基底氧化層形成工序中，最好在950°C?1150°C的溫度范圍內(nèi)形成所述基底氧化層。
[0018][7]進一步，本發(fā)明還提供一種樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，包括:在包圍臺面區(qū)域的外圍錐形區(qū)域具有PN結(jié)露出部的臺面型半導(dǎo)體基體，和具有覆蓋所述外圍錐形區(qū)域的鉛系玻璃層的臺面型半導(dǎo)體元件；以及封裝所述臺面型半導(dǎo)體元件的鑄模用樹脂，其特征在于，其中，通過實施將所述溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過所述基底氧化層覆蓋所述溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在所述鉛系玻璃復(fù)合物的溶倒點Tf以下的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成所述鉛系玻璃層。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)，由于是通過實施對溝道的內(nèi)面進行氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過所述基底氧化層覆蓋溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物所構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層，因此從后述的實施例1也可知，使得玻璃層的電荷密度從負(fù)(minus)變?yōu)檎?plus)成為可能。其結(jié)果是，能夠抑制高溫反偏壓試驗中耗盡層向外圍錐形區(qū)域的端部延伸(參考后述的圖6)，從后述的實施例2也可知，能夠比以往進一步降低在高溫反偏壓試驗中增大的漏(leak)電流。
[0021]其結(jié)果是，本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)雖然與以往同樣具有將臺面型半導(dǎo)體裝置用樹脂鑄模而形成的結(jié)構(gòu)，但是一種比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置具有更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。即，本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)既是一種將臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模而制成的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，還是一種具有比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。
[0022]另外，以往已知在形成了鉛系玻璃層后，通過在含氫的氣體中退火(annealing)來使得鉛系玻璃層的電荷密度變?yōu)檎档募夹g(shù)(日本專利第3313566號)。但是，在從前技術(shù)中，由于在鉛系玻璃層形成后需要在含氫的氣體中進行退火，因此工序變長，生產(chǎn)率下降。另外，由于在含氫的氣體中退火，因此安全性低，并且需要使用防爆式的退火爐，使得制造成本上升。與此相對，本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)不存在這樣的問題。
[0023]另外，在以往的技術(shù)中，為了達(dá)到容易去除燒制時在玻璃層內(nèi)產(chǎn)生的氣泡等目的，通常，通過在超過鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層來形成鉛系玻璃。[0024]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)的情況下，關(guān)于能夠?qū)⒉Ａ拥碾姾擅芏葟呢?fù)變?yōu)檎脑颥F(xiàn)在還不明了。
[0025]在這里，在燒制工序中，之所以在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層，從后述的試驗例I和圖5也可知，是因為當(dāng)在超過鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf的溫度(這時為870°C)下燒制玻璃復(fù)合物層時，不能使得玻璃層的電荷密度從負(fù)變?yōu)檎?br>
[0026]為了提高樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的高溫反偏壓耐量，可以考慮以下的方法:(I)在制造臺面型半導(dǎo)體元件的過程中形成寬度較大的溝道(臺面溝道)的方法；(2)在制造臺面型半導(dǎo)體元件的過程中使用擴散晶片(wafer)來形成深的溝道(臺面溝道)的方法；(3)使用電阻率低的晶片的方法；以及(4)形成較厚的鉛系玻璃層的方法。但是，在上述(I)的方法中，存在由于切片面積變大，產(chǎn)品的生產(chǎn)成本提高的問題。另外，在上述(2 )的方法中，由于使用了擴散晶片，而晶片的價格不斷暴漲，又需要形成深的溝道，因此工序困難，所以存在產(chǎn)品的生產(chǎn)成本提高的問題。另外，在上述(3)的方法中，存在難以保證耐壓度的問題。另外，在上述(4)的方法中，存在工序中晶片容易彎曲或破碎的問題。與此相對，本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置不會產(chǎn)生上述問題，而且還能夠提高高溫反偏壓耐量。
[0027]在本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置中，非常適合使用以往被廣泛使用的“以硅酸鉛為主要成分的玻璃復(fù)合物”來作為鉛系玻璃復(fù)合物。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的圖；
[0029]圖2是顯示用于說明實施方式中的臺面型半導(dǎo)體元件100的圖；
[0030]圖3是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0031]圖4是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖；
[0032]圖5是顯示鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線的圖；
[0033]圖6是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的效果的圖；
[0034]圖7是顯示試驗例I的條件及結(jié)果的圖表；[0035]圖8是顯示試驗例2中的高溫反偏壓試驗的結(jié)果的圖；
[0036]圖9是顯示用于說明變形例中的臺面型半導(dǎo)體元件200的圖；以及
[0037]圖10是顯示用于說明以往的臺面型半導(dǎo)體元件900的圖。
【具體實施方式】
[0038]以下，基于附圖所示的實施方式對本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置來進行說明。
[0039]實施方式
[0040]1.樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置
[0041]圖1是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的圖。圖1 (a)是樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的立體圖，圖1 (b)是從樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10去除了樹脂后的平面圖，圖1 (C)是從樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10去除了樹脂后的側(cè)面圖。
[0042]圖2是顯示用于說明實施方式中的臺面型半導(dǎo)體元件100的圖。
[0043]實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10，如圖1所示，包括臺面型半導(dǎo)體元件100，以及對臺面型半導(dǎo)體元件100進行封裝的鑄模用樹脂40。臺面型半導(dǎo)體元件100被放置在由導(dǎo)線(lead) 21、導(dǎo)線22及下墊板23所構(gòu)成的引線框架(lead frame) 20中的下墊板(Die pat) 23上。臺面型半導(dǎo)體元件100的一個電極通過下墊板23與導(dǎo)線21相連接，臺面型半導(dǎo)體元件100的另一個電極通過金線(wire) 30與導(dǎo)線22相連接。
[0044]臺面型半導(dǎo)體元件100,如圖2所示,包括在包圍臺面區(qū)域A的外圍錐形區(qū)域B具有PN結(jié)露出部C的臺面型半導(dǎo)體基體108、以及至少覆蓋外圍錐形區(qū)域B的鉛系玻璃層124。外圍錐形區(qū)域B通過基底氧化層221被鉛系玻璃層124覆蓋。鉛玻璃層系124由以硅酸鉛為主要成分的玻璃(例如，含有摩爾比為SiO2:75.0%，PbO:20.0%，AL2O3:5.0%的玻璃)所構(gòu)成。
[0045]臺面型半導(dǎo)體基體108具有η—型半導(dǎo)體層(η—型娃基板)110、通過從η—型半導(dǎo)體層110 —側(cè)的表面擴散P型雜質(zhì)而形成的ρ+型半導(dǎo)體層112、以及通過從η—型半導(dǎo)體層110另一側(cè)的表面擴散η型雜質(zhì)而形成的η+型半導(dǎo)體層114。臺面型半導(dǎo)體元件100是PN 二極管(diode)。另外,在圖2中，符號134表不陽極(anode)電極層,符號136表不陰極(cathode)電極層。
[0046]然后，在實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10中，通過實施將溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過基底氧化層覆蓋溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物所構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層124。
[0047]2.樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法
[0048]實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10能夠通過以下的方法(實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法)來制造。
[0049]圖3和圖4是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖3 (a)?圖3 (d)和圖4 (a)?圖4 (d)是各工序圖。圖5是顯示鉛系玻璃復(fù)合物的DTA (差熱分析法)曲線的圖。
[0050]實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，如圖3和圖4所示，依次實施:“半導(dǎo)體基板形成工序”、“溝道形成工序”、“基底氧化層形成工序”、“鉛系玻璃層形成工序”，“光致抗蝕劑(photoresist)形成工序”、“氧化膜去除工序”、“粗面化區(qū)域形成工序”、“電極形成工序”、“半導(dǎo)體基板切斷工序”及“樹脂封裝工序”。下面依工序順序?qū)嵤┓绞缴婕暗臉渲庋b型半導(dǎo)體裝置的制造方法進行說明。
[0051](a)半導(dǎo)體基板準(zhǔn)備工序
[0052]首先,通過從η—型半導(dǎo)體基板(η—型娃基板)110 一側(cè)的表面擴散P型雜質(zhì)而形成P +型半導(dǎo)體層112，通過從另一側(cè)的表面擴散η型雜質(zhì)而形成η +型半導(dǎo)體層114，從而形成具有與主面平行的PN結(jié)的半導(dǎo)體基板。之后，通過熱氧化在P +型半導(dǎo)體層112和η +型半導(dǎo)體層114的表面形成氧化膜116、118。
[0053](b)溝道形成工序
[0054]其次，通過光刻法，在氧化膜116的預(yù)定部位形成預(yù)定的開口部。在氧化膜的蝕刻(etching)后,繼續(xù)進行半導(dǎo)體基板的蝕刻,從而從半導(dǎo)體基板一側(cè)的表面形成深度超過PN結(jié)的溝道120 (參考圖3 (a))。
[0055]( c)基底氧化層形成工序
[0056]其次，通過使用了干氧(DryO2)的熱氧化法，在溝道120的內(nèi)面形成由硅氧化膜構(gòu)成的基底氧化層121 (參考圖3 (b))。將基底氧化層121厚度設(shè)定在IOnm?IOOnm的范圍內(nèi)(例如20nm)?；籽趸瘜?21是通過把半導(dǎo)體基體放入擴散爐后，流通氧氣，并在950°C?1050°C范圍的溫度下處理5分?30分鐘后形成的。當(dāng)基底氧化層121的厚度未滿IOnm時，得不到反向電流下降的效果。另一方面，當(dāng)基底氧化層121的厚度超過IOOnm時，則有時會有在玻璃層形成工序中不能通過電泳法形成由玻璃復(fù)合物所構(gòu)成的層的情況。
[0057](d)玻璃層形成工序
[0058]其次，通過電泳法在溝道120的內(nèi)面及其附近的半導(dǎo)體基板表面形成由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的同時，通過燒制該玻璃復(fù)合物層來形成鈍化用的玻璃層124(參考圖3 (C))。玻璃復(fù)合物使用以硅酸鉛為主要成分的玻璃復(fù)合物(例如，含有摩爾比SiO2:75.0%、PbO:20.0%、Al2O3:5.0%的玻璃復(fù)合物)。另外，當(dāng)在溝道120的內(nèi)面形成由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的層時，形成通過基底氧化層121覆蓋溝道120的內(nèi)面的玻璃復(fù)合物層。因此，溝道120內(nèi)部的PN結(jié)露出部為通過基底氧化層121被鉛系玻璃層124覆蓋的狀態(tài)。
[0059]玻璃復(fù)合物層的燒制(燒制工序)是通過在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層來進行的(參考圖5)。在該燒制工序中，比較理想的是在鉛系玻璃復(fù)合物的軟化點Ts以上的溫度下對玻璃復(fù)合物層進行燒制(參考圖5)。另外，在燒制工序中，更為理想的是當(dāng)從鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線中的表示玻璃化轉(zhuǎn)變點Tg的點開始，向高溫一側(cè)引一條與橫軸平行的線時，與該DTA曲線相交于一點，在這個表示預(yù)定溫度Tp的相交點以上的溫度下對玻璃復(fù)合物層進行燒制(參考圖5)。在燒制工序中，比較理想的是在濕氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層。
[0060]( e )光致抗蝕劑形成工序
[0061]其次，形成覆蓋玻璃層124的表面的光致抗蝕劑126 (參考圖3 (d))。
[0062](f)氧化膜去除工序
[0063]其次，以光致抗蝕劑126為掩膜(mask)進行氧化膜116的蝕刻，去除形成鍍鎳電極膜的部位130上的氧化膜116 (參考圖4 (a))。[0064](g)粗面化區(qū)域形成工序
[0065]其次，對形成鍍鎳電極膜的部位130上的半導(dǎo)體基板表面進行粗面化處理，形成用于提高鍍鎳電極和半導(dǎo)體基板的密接性的粗面化區(qū)域132 (參考圖4 (b))。
[0066](h)電極形成工序
[0067]其次，對半導(dǎo)體基板進行鍍鎳，在粗面化區(qū)域132上形成陽極電極134的同時，在半導(dǎo)體基板另一側(cè)的表面形成陰極電極136 (參考圖4 (C))。各電極的退火在氮氣中并在600°C?800°C的溫度下進行。
[0068]( i )半導(dǎo)體基板切斷工序
[0069]其次，通過切割(dicing)等在鉛系玻璃層124的中央部將半導(dǎo)體基體切斷，將半導(dǎo)體基體切片(chip)化，從而制造臺面型半導(dǎo)體元件(PN 二極管)102 (參考圖4 (d))。
[0070](j)樹脂封裝工序
[0071]其次，通過在沒有圖示的引線框架(參考圖1)中的下墊板23上封裝臺面型半導(dǎo)體元件100，在將臺面型半導(dǎo)體元件100 —側(cè)的電極與導(dǎo)線21相連接的同時，用金線30將臺面型半導(dǎo)體元件100另一側(cè)的電極與導(dǎo)線22相連接。之后，把這些放入沒有圖示的樹脂封裝用模具后，把鑄模用樹脂注入到模具中并使其變硬，從而制造樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。只要將樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置從模具中取出，就得到了實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10。
[0072]按以上方法可以制造實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10。3.樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的效果
[0073]圖6是顯示用于說明實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的效果的圖。圖6Ca)是顯示對實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10施加了反方向電壓時的狀態(tài)的圖，圖6 (b)是顯示對比較例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置施加了反方向電壓時的狀態(tài)的圖。另外，圖6中虛線表示耗盡層的前端部。比較例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置是將以往的臺面型半導(dǎo)體元件900 (沒有基底氧化層，且玻璃復(fù)合物的燒制是在濕潤氧氣中在870°C下進行)用樹脂鑄模而制成的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。另外，圖6中的BT試驗指的是高溫反偏壓試驗。
[0074]根據(jù)實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10(以及通過實施方式涉及的本樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)，由于是通過實施對溝道的內(nèi)面進行氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過所述基底氧化層覆蓋溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層，因此，從后述的試驗例I也可知，使得將鉛系玻璃層的電荷密度從負(fù)變?yōu)檎蔀榭赡?。其結(jié)果是，能夠抑制在高溫反偏壓試驗中向外圍錐形區(qū)域的端部伸長的耗盡層的延伸(參考圖6)，從后述的試驗例2也可知，使得與以往相比能夠進一步降低在高溫反偏壓試驗中增大的漏電流。
[0075]其結(jié)果是，實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)是一種雖然與以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置同樣具有將臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模后形成的結(jié)構(gòu)，但具有比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。即、實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(以及通過實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法制造的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置)是一種將臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模而制成的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，但具有比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。
[0076]在這里，在燒制工序中，之所以在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層，從后述的試驗例I和圖5也可知，是因為當(dāng)在超過鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層時，就不能使得鉛系玻璃層的電荷密度從負(fù)變?yōu)檎Ａ硗?，在燒制工序中，之所以在鉛系玻璃復(fù)合物的軟化點Ts以上的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層，是因為當(dāng)在未滿鉛系玻璃復(fù)合物的軟化點Ts的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層時，就不能充分燒制玻璃復(fù)合物層，只能得到有很多缺陷的玻璃層。因此，當(dāng)使用以硅酸鉛為主要成分的玻璃復(fù)合物時，比較理想的是在760°C?840°C的溫度范圍內(nèi)燒制玻璃復(fù)合物層，更為理想的是在800°C?840°C的溫度范圍內(nèi)燒制玻璃復(fù)合物層。
[0077]另外，在燒制工序中，之所以在濕潤氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層，從后述的試驗例I也可知，是因為當(dāng)在干燥氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層時，不能使得鉛系玻璃層的電荷密度從負(fù)變?yōu)檎?br>
[0078]另外，在基底氧化層形成工序中，之所以在950°C?1150°C的溫度范圍內(nèi)形成基底氧化層，是因為當(dāng)在未滿950°C的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層時，不能使得鉛系玻璃層的電荷密度從負(fù)變?yōu)檎?。另一方面，?dāng)在超過1050°C的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層時，有可能對半導(dǎo)體元件的電特性產(chǎn)生影響。
[0079][試驗例I]
[0080]1.試料的制備
[0081]圖7是顯示實驗例I的條件及結(jié)果的圖表。
[0082]按下面的方法制作了 24個試料。對于其中的20個試料(試料2-6，8-12，14-18,20-24)，在預(yù)定的溫度條件(850°C?1050°C)下，將η—型硅基板一側(cè)的表面氧化形成預(yù)定厚度(20nm)的基底氧化層,之后,通過電泳法形成預(yù)定厚度(20 μ m?30 μ m)的玻璃復(fù)合物層，之后，在預(yù)定的溫度條件(820°C或870°C)及預(yù)定的氣體條件(壓力:常壓，流量:3?9升/分，氣體:干燥純氧條件或濕潤純氧條件)下燒制玻璃復(fù)合物層15分鐘。另外，對于剩下的四個試料(試料1、7、13、19)，在η—型硅基板一側(cè)的表面，不形成基底氧化層就形成預(yù)定厚度的玻璃復(fù)合物層，之后，在預(yù)定的溫度條件(820°C或870°C)及預(yù)定的氣體條件(壓力:常壓，流量:3?9升/分，氣體:干燥純氧條件或濕潤純氧條件)下燒制玻璃復(fù)合物層15分鐘。之后，在η—型硅基板另一側(cè)的表面及玻璃層表面形成鉬電極。
[0083]另外，試料2、8、14、20是在850°C形成了基底氧化層，試料3、9、15、21是在900°C形成了基底氧化層，試料4、10、16、22是在950°C形成了基底氧化層，試料5、11、17、23是在1000V形成了基底氧化層，試料6、12、18、24是在1050°C形成了基底氧化層。
[0084]另外，試料I?12是在干燥氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層，試料13?24是在濕潤氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層。另外，試料I?6、13?18是在820°C燒制玻璃復(fù)合物層，試料7?
12、19?24是在870°C燒制玻璃復(fù)合物層。
[0085]2.電荷密度Nss的測定
[0086]電荷密度Nss的測定是這樣進行的:對在通過上述1.制成的各試料中的η —型硅基板另一側(cè)的表面形成的鉬電極和在玻璃層的表面形成的鉬電極之間施加的電壓進行掃描，從而制成CV曲線，再從這個CV曲線計算出電荷密度Nss。
[0087]3.結(jié)果
[0088]通過試驗例I的結(jié)果，如圖7所示，知道了在(a)通過基底氧化層形成玻璃層，并且(b )在950 V?1050 V的溫度范圍內(nèi)形成基底氧化層，并且(c )在濕潤氧氣中燒制玻璃復(fù)合物層，并且(d)在820°C下燒制玻璃復(fù)合物層的情況下，電荷密度Nss為正值。
[0089]另外，通過之后的試驗，知道了在840°C下燒制玻璃復(fù)合物層時，電荷密度Nss也為正值。進一步，通過后面的試驗，知道了當(dāng)在流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層時，電荷密度Nss為正值。另外，通過后面的試驗，知道了當(dāng)在軟化點Ts以上的溫度(比較理想的是當(dāng)從玻璃復(fù)合物的DTA曲線中的表示玻璃化轉(zhuǎn)變點Tg的點開始向高溫一側(cè)引一條與橫軸平行的線時，與該DTA曲線相交的點所在的預(yù)定溫度Tp以上的溫度)下進行玻璃復(fù)合物層的燒制時，能夠在較短的時間(例如30分鐘以下)內(nèi)完成玻璃復(fù)合物層的燒制。
[0090][試驗例2]
[0091]通過與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法相同的方法制造樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(耐壓600V)并將其作為試料。但是將在1000°C的溫度下形成基底氧化層，且在820°C的溫度和濕潤氧氣的條件下對玻璃復(fù)合物層進行燒制而形成的半導(dǎo)體裝置作為試料25 (實施例)。另外，將不形成基底氧化層就在870°C的溫度和濕潤氧氣的條件下燒制玻璃復(fù)合物層而形成的半導(dǎo)體裝置作為試料26 (比較例)。
[0092]之后，對制成的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置(試料25、26)進行高溫反偏壓試驗，從而測定高溫反偏壓耐量。高溫反偏壓耐量是這樣進行的:向溫度條件被設(shè)定在150°C的恒溫槽和高溫反偏壓試驗機中放入各試料，在陽極電極和陰極電極間被施加了 480V (耐壓80%)的電壓狀態(tài)下在1000小時中每10分鐘測定一次反向電流。
[0093]圖8是顯示實驗例2中的高溫反偏壓試驗的結(jié)果的圖。在圖8中，實線表示試料25 (實施例)的反向電流，虛線表示試料26 (比較例)的反向電流。
[0094]其結(jié)果如圖8所示，可知在試料26中，高溫反偏壓試驗一開始，漏電流(反向電流)就隨著溫度的上升而增大，之后，漏電流(反向電流)還繼續(xù)增大。并且，可以確定經(jīng)過100小時后的漏電流(反向電流)與最初的漏電流(反向電流)相比增大了 10倍左右。與此相對，對于試料25，可知高溫反偏壓試驗開始后，漏電流(反向電流)在隨著溫度的上升而增大后，漏電流(反向電流)幾乎不再增大。還可以確定經(jīng)過1000小時后的漏電流(反向電流)穩(wěn)定在最初的漏電流(反向電流)的兩倍左右后。
[0095]以上，基于上述實施方式對本發(fā)明的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置以及樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法進行了說明，但本發(fā)明不限于此，只要是在不脫離這一主旨的范圍內(nèi)均可以實施。例如還可以進行如下的變形。
[0096](I)在上述的實施方式中，通過使用了干氧(DryO2)的熱氧化法來形成基底氧化層，但本發(fā)明并不以此為限。例如，也可以通過使用了干氧和氮氣(DryO2 + N2)的熱氧化法來形成絕緣層，也可以通過使用了濕氧(WetO2)的熱氧化法來形成絕緣層，還可以通過使用了濕氧和氮氣(WetO2 + N2)的熱氧化法來形成絕緣層。
[0097](2)在以上的實施方式中，使用了由二極管(PN二極管)構(gòu)成的臺面型半導(dǎo)體元件，但本發(fā)明并不以此為限。例如，還可以使用由晶閘管(thyristor)構(gòu)成的臺面型半導(dǎo)體元件。另外， 除由晶閘管構(gòu)成的臺面型半導(dǎo)體元件外，PN結(jié)露出的所有半導(dǎo)體裝置(例如，功率MOSFET、IGBT等。)都可以適用于本發(fā)明。
[0098]圖9是顯示用于說明變形例中的臺面型半導(dǎo)體元件200的圖。
[0099]變形例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置14 (沒有圖示)基本上具有與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10相同的結(jié)構(gòu)，但在使用的是由晶閘管構(gòu)成的臺面型半導(dǎo)體元件這一點上，與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的情況不同。
[0100]即、變形例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置14是一種包括臺面型半導(dǎo)體元件200和鑄模用樹脂的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體元件200包括:具有在包圍臺面區(qū)域的外周錐圍區(qū)域具有PN結(jié)露出部的臺面型半導(dǎo)體基體、和覆蓋至少外圍錐形區(qū)域的鉛系玻璃層224的半導(dǎo)體元件200 ;以及用于封裝臺面型半導(dǎo)體元件200的鑄模用樹脂。并且，通過實施對溝道的內(nèi)面進行氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成將溝道的內(nèi)面通過基底氧化層覆蓋且由鉛系玻璃復(fù)合物所構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層224。
[0101]變形例中的臺面型半導(dǎo)體元件200是晶閘管,如圖8所示,包括:n—型半導(dǎo)體層210、被設(shè)置為與η —型半導(dǎo)體層210相接的第一 P +型半導(dǎo)體層212、被設(shè)置為與η —型半導(dǎo)體層210相接的第二 P +型半導(dǎo)體層214、形成在第二 P +型半導(dǎo)體層214表面的η +型半導(dǎo)體區(qū)域216、與第一 P +型半導(dǎo)體層212相連接的陽極電極234、與η+型半導(dǎo)體區(qū)域216相連接的陰極電極236、以及與第二 P +型半導(dǎo)體層214相連接的柵極電極238。
[0102]這樣，變形例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置14雖然在使用了由晶閘管構(gòu)成的臺面型半導(dǎo)體元件這一點上與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10的情況不同，但由于與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10同樣，是通過實施對溝道的內(nèi)面進行氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過基底氧化層覆蓋溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在鉛系玻璃復(fù)合物的流動點Tf以下的溫度下燒制玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成鉛系玻璃層的，因此，雖然與以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置同樣具有把臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模而得到的結(jié)構(gòu)，但是一種與實施方式涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置10同樣具有比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。即、變形例涉及的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置14是一種把臺面型半導(dǎo)體元件用樹脂鑄模而制成的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，同時也是一種具有比以往的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置更高的高溫反偏壓耐量的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置。
[0103](3)在上述的實施方式中，使用以硅酸鉛為主要成分的玻璃復(fù)合物來形成玻璃層，但本發(fā)明并不以此為限。例如，也可以使用實質(zhì)上不含鉛的玻璃復(fù)合物來形成玻璃層。
[0104]符號說明
[0105]10…樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，20…引線框架，21、22."導(dǎo)線，23…下墊板，30…金線，40…樹脂，100、200…臺面型半導(dǎo)體元件，110、910…η—型半導(dǎo)體層，112、912…ρ+型半導(dǎo)體層，114、914…η—型半導(dǎo)體層，116、118、916、918…氧化膜，120、920…溝道，121,221-基底氧化層，124、924…玻璃層，126、926…光致抗蝕劑，130、930…形成鍍鎳電極膜的部位，132、932…粗面化區(qū)域，134、234，934、23七..陽極電極，136、236、936吣陰極電極，21(>..11一型半導(dǎo)體層，212…第一 p+型半導(dǎo)體層，212、214…第二 p+型半導(dǎo)體層，216…n+型半導(dǎo)體區(qū)域，238…柵極電 極
【權(quán)利要求】
1.一種樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，依次包含: 準(zhǔn)備具有與主面平行的PN結(jié)的半導(dǎo)體基板的半導(dǎo)體基板準(zhǔn)備工序； 從所述半導(dǎo)體基板的一側(cè)的表面形成深度超過所述PN結(jié)的溝道的溝道形成工序； 形成覆蓋所述溝道的內(nèi)面的鉛系玻璃層的玻璃層形成工序； 通過沿所述溝道將所述半導(dǎo)體基板切斷，制作臺面型半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基板切斷工序；以及 將所述臺面型半導(dǎo)體元件使用鑄模用樹脂封裝的樹脂封裝工序，其特征在于: 其中，所述玻璃層形成工序包含: 將所述溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序； 形成通過所述基底氧化層覆蓋所述溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及 在所述鉛系玻璃復(fù)合物的溶倒點Tf以下的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層的燒制工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于: 其中，在所述燒制工序中，在所述鉛系玻璃復(fù)合物的軟化點Ts以上的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于: 其中，在所述燒制工序中，在當(dāng)從所述鉛系玻璃復(fù)合物的DTA曲線上的表示玻璃化轉(zhuǎn)變點Tg的點向高溫側(cè)引一條與橫軸平行的線時，與該DTA曲線相交的點表示的預(yù)定溫度Tp以上的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于: 其中，在所述燒制過程中，在濕潤氧氣中燒制所述玻璃復(fù)合物層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于: 其中，在所述基底氧化層形成工序中，形成厚度在IOnm?IOOnm的所述基底氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于: 其中，在所述基底氧化層形成工序中，在950°C?1150 V的溫度范圍內(nèi)形成所述基底氧化層。
7.一種樹脂封裝型半導(dǎo)體裝置，包括:在包圍臺面區(qū)域的外圍錐形區(qū)域具有PN結(jié)露出部的臺面型半導(dǎo)體基體，和具有覆蓋所述外圍錐形區(qū)域的鉛系玻璃層的臺面型半導(dǎo)體元件；以及封裝所述臺面型半導(dǎo)體元件的鑄模用樹脂，其特征在于， 其中，通過實施將所述溝道的內(nèi)面氧化從而形成基底氧化層的基底氧化層形成工序；形成通過所述基底氧化層覆蓋所述溝道的內(nèi)面的由鉛系玻璃復(fù)合物構(gòu)成的玻璃復(fù)合物層的玻璃復(fù)合物層形成工序；以及在所述鉛系玻璃復(fù)合物的溶倒點Tf以下的溫度下燒制所述玻璃復(fù)合物層的燒制工序，來形成所述鉛系玻璃層。
【文檔編號】H01L21/316GK103975422SQ201280033933
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月28日
【發(fā)明者】小笠原淳, 伊東浩二, 六鎗広野 申請人:新電元工業(yè)株式會社