在１５０℃以上的高温中使用的ＳｉＣ等宽禁带半导体装置中，为了改善半导体元件的绝缘性，得到高耐电压的宽禁带半导体装置，而采用合成高分子化合物来覆盖宽禁带半导体元件的外表面，这种合成高分子化合物通过附加反应生成的共价键使有机硅聚合物Ｃ彼此之间连接，形成三维立体结构，其中，所述有机硅聚合物Ｃ通过硅氧烷键连接了具有硅氧烷（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ结合键）的交联结构的１种以上的有机硅聚合物Ａ、以及具有硅氧烷的线状连接结构的１种以上的有机硅聚合物Ｂ而形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有高耐热性的高耐电压宽禁带半导体装置。
技术介绍
碳化硅(以下，记为SiC)等宽禁带半导体材料与硅(以下，记为Si)相比，具有禁带宽度较大且绝缘击穿电场强度也大约大1个量级等优越的物理特性。因此，SiC作为适合于在高耐热且高耐电压的功率半导体装置中使用的半导体材料而引人注目。作为使用了SiC的现有例的高耐热和高耐电压的功率半导体装置的例子，在2001年的国际学会论文集「Proceedings of 2001International Symposium on Power Semiconductor Devices &IC’s」第27～30页(以下，称为现有技术1)公开了以下所示的使用了SiC二极管元件的装置。在该SiC二极管元件中，在SiC基板上用外延生长技术生长的外延膜形成注入电荷的pn结。用台式腐蚀法除去基板端部区域的外延膜后，用离子注入法形成缓和电场的端部。具体地说，采用深度约1μm的台式腐蚀除去厚度为0.7μm的p型外延层，用厚度约0.4μm的二氧化硅等无机物膜形成钝化膜。该现有例的SiC二极管元件具有12kV～19kV的高耐电压。图6是使用上述现有例的SiC二极管元件构成SiC二极管装置情况下的封装的剖面图。在该图中，SiC二极管元件90连接其阴极97安装在下表面具有阴极端子92的金属制的支撑体93的上表面上。在支撑体93上进而设置通过绝缘物12一面保持绝缘一面贯通支撑体93的阳极端子91。阴极端子91采用引线8与SiC二极管元件90的阳极96连接。在支撑体93的上表面上，设置金属制的管帽94以便覆盖二极管元件90，密封包含二极管元件90的空间95。在该空间95中填充六氟化硫气体。填充六氟化硫气体的理由如下在阳极96与没有被钝化膜98覆盖的露出侧面90a之间，由于滑移距离(creeping distance)短因而不能使耐电压增高。为了增高该耐电压，考虑使用作为绝缘用气体的氮气等惰性气体和氩气等稀有气体。但是，由于这些气体的最大绝缘击穿电场低，在施加高电压时在气体中引起放电，SiC二极管元件90和二氧化硅等的钝化膜98被击穿。因此，为了增高耐电压，将即使在150℃的高温中也极端稳定的六氟化硫气体填充到封装内，以防止因放电引起的绝缘击穿。专利文献1专利第3395456号公报专利文献2专利第3409507号公报非专利文献「Proceedings of 2001 International Symposiumon Power Semiconductor Devices & IC’s」第27～30页六氟化硫气体作为绝缘用气体目前具有最突出的绝缘性，但是由于它包含氟，故从防止地球温暖化的观点考虑需要避免使用。特别是为了得到高绝缘性，在半导体装置内填充的六氟化硫气体的压力在常温下需要2个气压左右。由于在半导体装置的使用中温度上升时，该压力增高到2个气压以上，如果半导体装置的封装不相当坚牢就有发生爆炸和气体泄漏的危险。宽禁带半导体装置也有在近500℃的高温下工作的情况，在这种情况下，气体热膨胀导致气体压力变得相当高，爆炸和气体泄漏的危险性进一步增加。此外，在高温下，还存在六氟化硫气体发生热分解并且耐电压降低等问题。在六氟化硫气体以外的物质中，作为具有突出的绝缘性的现有的材料，可以列举包含具有硅氧烷(Si-O-Si结合键)的线状结构的聚甲基苯基硅氧烷的合成高分子化合物、和包含具有硅氧烷的交联结构的聚苯基倍半硅氧烷的合成高分子化合物。前者一般称为硅橡胶(Si橡胶)。在温度150℃以下，通过用这些合成高分子化合物的覆盖体覆盖整个半导体元件(半导体芯片)，从而能够保持较高的绝缘性。虽然聚甲基苯基硅氧烷耐热性不那么高，但像Si功率半导体元件那样在结温度为150℃以下的范围内使用时，没有问题。但是，像使用宽禁带半导体材料SiC的半导体元件那样，在200℃以上的高温中使用时，就不能说具有充分的耐热性。当SiC半导体元件的温度达到200℃以上时，聚甲基苯基硅氧烷的覆盖体就失去柔软性。此外，在空气中，当达到250℃以上时，就玻璃化成为完全坚硬。因此，当SiC半导体元件的温度返回到室温时，在聚甲基苯基硅氧烷覆盖体的内部会发生许多裂纹。此外，当被聚甲基苯基硅氧烷覆盖的元件在高温下长时间地在六氟化硫气体等惰性气体中工作时，将产生重量的减轻，并在元件表面附近发生空隙和裂纹。据推测这是由于聚甲基苯基硅氧烷的支链的甲基和苯基分解蒸发的缘故。当发生空隙和裂纹时，元件的表面保护将不完全，并且漏电流增大。进而，在发生裂纹时有时会损伤元件的钝化膜，其结果是，漏电流大幅度增加，有时甚至达到半导体元件击穿的情况。如上所述，聚甲基苯基硅氧烷虽然在低温下耐热性良好，但具有在高温下它的功能就丧失的缺点。聚苯基倍半硅氧烷虽然耐热性突出，但很脆，容易产生裂纹，故难于制成较厚的膜。当使用聚苯基倍半硅氧烷时，在元件表面上涂覆数微米的厚度。但是，如果涂敷数微米的厚度，则耐电压受到限制，不能使用在3kV以上的高耐电压半导体装置中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用高耐电压且高耐热的物质来覆盖构成半导体装置的半导体元件而形成的高耐电压的宽禁带半导体装置。本专利技术的半导体装置的特征在于用合成高分子化合物覆盖半导体元件以及用于将上述半导体元件与外部设备电气连接的电气连接装置的至少一部分。上述合成高分子化合物包含第1有机硅聚合物，它是从具有硅氧烷(Si-O-Si结合键)的交联结构的聚苯基倍半硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷、聚乙基倍半硅氧烷及聚丙基倍半硅氧烷组中选择的至少一种(以下，称为有机硅聚合物A)；和第2有机硅聚合物，它是从具有硅氧烷的线状连接结构的聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷及聚甲基苯基硅氧烷组中选择的至少一种(以下，称为有机硅聚合物B)。上述有机硅聚合物A与上述有机硅聚合物B通过硅氧烷键交替线状地连接形成了大型的第3有机硅聚合物。上述合成有机高分子化合物，以附加反应生成的共价键，立体地连接多个上述大型的第3有机硅聚合物，从而形成三维的立体结构。有机硅聚合物A与有机硅聚合物B通过硅氧烷键交替线状地连接，构成分子量从2万至80万的大型的第3有机硅聚合物。多个该第3有机硅聚合物最好用亚烷基连接。具有硅氧烷交联结构的有机硅聚合物A的电绝缘性与耐热性突出，具有高耐电压与高耐热性，但流动性非常差。根据本专利技术，经具有硅氧烷的线状连接结构的有机硅聚合物B将有机硅聚合物A交替线状地连接。由此，不失去有机硅聚合物B具备的柔软性，又能够一面保持有机硅聚合物A的突出的耐热性，一面得到同时具备高耐热性与高耐电压性的合成高分子化合物。为了增高耐热性，增大有机硅聚合物A的分子量即可，但此时柔软性降低。此外，为了增高柔软性而增大有机硅聚合物B的分子量即可，但此时耐热性降低。有机硅聚合物A的较理想的分子量是从1千到10万，有机硅聚合物B的理想的分子量是从5千到20万。有机硅聚合物A的分子量最好比有机硅聚合物B的分子量小。由于本专利技术中的合成高分子化合物键的大部分具有硅氧烷键，因此如上所述那样，具有高绝缘性，即高耐电压性能。本专利技术的合成高分子化合物与作为宽禁带半导体元件的钝化膜使用的二氧化硅和氮化硅等无机膜的亲和性极好，牢固本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，具有覆盖半导体元件、以及用于将半导体元件电气连接到外部设备的电气连接装置的至少一部分的合成高分子化合物，其特征在于： 所述合成高分子化合物包含：由通过附加反应生成的共价键连接多个第３有机硅聚合物，从而形成为三维立体结构的化合物，其中，所述第３有机硅聚合物通过硅氧烷键连接了至少１种具有硅氧烷（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ结合键）的交联结构的第１有机硅聚合物、以及至少１种具有硅氧烷的线状连接结构的第２有机硅聚合物而形成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-7-30 283057/20031.一种半导体装置，具有覆盖半导体元件、以及用于将半导体元件电气连接到外部设备的电气连接装置的至少一部分的合成高分子化合物，其特征在于所述合成高分子化合物包含由通过附加反应生成的共价键连接多个第3有机硅聚合物，从而形成为三维立体结构的化合物，其中，所述第3有机硅聚合物通过硅氧烷键连接了至少1种具有硅氧烷(Si-O-Si结合键)的交联结构的第1有机硅聚合物、以及至少1种具有硅氧烷的线状连接结构的第2有机硅聚合物而形成。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述合成高分子化合物包含由通过附加反应生成的共价键连接多个所述第3有机硅聚合物，从而形成为三维立体结构的化合物，其中，通过硅氧烷键交替线状地连接具有硅氧烷的交联结构的第1有机硅聚合物、和具有硅氧烷的线状连接结构的第2有机硅聚合物，从而构成第3有机硅聚合物。3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述半导体元件是使用了宽禁带半导体的SiC半导体元件及GaN半导体元件的任意一者；所述第1有机硅聚合物是从聚苯基倍半硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷、聚乙基倍半硅氧烷及聚丙基倍半硅氧烷组中选择的至少一种；所述第2有机硅聚合物是从聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷及聚甲基苯基硅氧烷组中选择的至少一种。4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述半导体元件是宽禁带半导体光接收元件与宽禁带半导体发光元件的任意一者或者组合了两者的元件；所述第1有机硅聚合物是从聚苯基倍半硅氧烷、聚甲基倍半硅氧烷、聚乙基倍半硅氧烷及聚丙基倍半硅氧烷组中选择的至少一种；所述第2有机硅聚合物是从聚二甲基硅氧烷、聚二乙基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷及聚甲基苯基硅氧烷组中选择的至少一种。5...
【专利技术属性】
技术研发人员：菅原良孝，
申请(专利权)人：关西电力株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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