(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を含み、半導体材料から作られる少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）と、
前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）の中に設けられたバリア層（１２０、２２０、３２０）と、
を含む半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）であって、
前記バリア層（１２０、２２０、３２０）は、ポリマー材料と、前記ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含み、
前記半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）は、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）及び前記バリア層（１２０、２２０、３２０）を囲む封止材（１３０）を更に含み、前記封止材（１３０）は、前記バリア層（１２０、２２０、３２０）の前記ポリマー材料とは異なる成形材料で作られている、
半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記有機金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンドであり得る、
請求項１に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３】
前記バリア層（１２０、３２０）は、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）と前記封止材（１３０）との間に少なくとも部分的に設けられている、
請求項１又は２に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４】
前記封止材（１３０）に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレーム（３１０、４１０）を更に含み、前記少なくとも１つ半導体構成要素（１１０）は、前記リードフレーム（３１０、４１０）に電気的に接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（３００、４００）。
【請求項５】
前記バリア層（１２０、３２０）は、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）の表面領域の少なくとも一部を被覆する、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、３００、４００）。
【請求項６】
前記バリア層（２２０）は、特に中間誘電体層として、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）内に中間層として設けられている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（２００）。
【請求項７】
前記ポリマー材料に共有結合されている前記有機金属錯化剤の濃度が、２００ｇの前記ポリマー材料当たり１モルの前記有機金属錯化剤から１，５００，０００ｇの前記ポリマー材料当たり１モルの前記有機金属錯化剤の範囲である、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
クラウンエーテルが、１５−クラウン−５及びその誘導体、１８−クラウン−６及びその誘導体、１２−クラウン−４及びその誘導体、２１−クラウン−７及びその誘導体、２４−クラウン−８及びその誘導体、又はそれらの任意の組み合わせのうち少なくとも１つを含む、
請求項１から７までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
クリプタンドが［２．２．２］クリプタンド（＝１，１０−ジアザ−４，７，１３，１６，２１，２４−ヘキサオキサビシクロ［８．８．８］ヘキサコサン）、［２．２．１］クリプタンド、及び／又はその誘導体を含む、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１０】
前記ポリマー材料が、イミド、エポキシ、シリコーン、官能性側鎖を有するモノマー、メタクリレート、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるモノマーの重合から得られるホモポリマー又はコポリマーである、
請求項１から９までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１１】
第２の半導体構成要素（１１０Ｂ）を更に含み、前記バリア層（２２０）は、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）と前記第２の半導体構成要素（１１０Ｂ）との間に設けられている、
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１２】
前記バリア層（１３３、１２０）は、前記封止材（１３０）の内層（１３１）と外層（１３２）との間に設けられている、
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１３】
半導体材料から作られる少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）と、
前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）の中に設けられたバリア層（１２０、２２０、３２０）と、
を含む半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）であって、
前記バリア層（１２０、２２０、３２０）は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、前記有機金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンドであり得、
前記半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）は、前記少なくとも１つの半導体構成要素（１１０）及び前記バリア層（１２０、２２０、３２０）を囲む封止材（１３０）を更に含み、前記封止材（１３０）は、前記バリア層（１２０、２２０、３２０）の前記ポリマー材料とは異なる成形材料で作られている、
半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１４】
前記バリア層（１２０、２２０、３２０）は、前記バリア層（１２０、２２０、３２０）中に拡散しているカチオン、例えば、ナトリウムイオンなどのイオンを固定化するように構成されている、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１５】
前記バリア層（１２０、２２０、３２０）は、イオンゲッター層として構成されている、
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１６】
前記半導体デバイスは、パワー半導体デバイスである、
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の半導体デバイス（１００、２００、３００、４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された実施態様は、バリアを有する半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及び半導体デバイスの製造方法に関する。本開示の実施態様は、特に、イオンゲッター層を有する半導体デバイス及びイオンゲッター層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおける課題は、イオンの移動に関連している。デバイスサイズが小さくなる傾向にあるため、移動するイオンが、例えばゲート酸化物に達する危険性が増している。このことは半導体デバイスのスレッショルド電圧のシフトにつながり得る。スレッショルド電圧のシフトは更に半導体デバイスの故障につながり得る。移動するイオンの中でも、特に、ナトリウムイオンが半導体デバイスの中をすばやく移動することが知られている。特に、ナトリウムは頻繁に生じる元素であり且つやや小さいイオン半径を有する。従って、ナトリウムイオンが例えばゲート酸化物に達することを防ぐためのナトリウムイオンの結合は、解決しがいのある課題になり得る。イオンの移動によって生じる別の悪影響は例えば腐食であり、腐食作用を示すイオン、例えばフッ化物イオン又は塩化物イオンの移動を低減又は防止することが一般的に望ましい。
【０００３】
上記を考慮して、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及び改善されたバリア特性又はイオンゲッター特性をもたらす半導体デバイスの製造方法が求められている。特に、新規な半導体デバイス、半導体デバイス用の封止材、及びナトリウムイオンなどのイオンの移動を低減すること又は更に防止することが可能な半導体デバイスの製造方法が求められている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、半導体基板を含む少なくとも１つの半導体構成要素と、少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。
【０００５】
本開示の別の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、少なくとも１つの半導体構成要素と、少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれた少なくとも１つのクリプタンドと、を含む。
【０００６】
本開示のさらに別の態様によれば、半導体デバイスが提供される。半導体デバイスは、少なくとも１つの半導体構成要素と、少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも上に又はその一部に設けられたバリア層と、を含み、その際、バリア層は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンド（クラウンエーテル及びクリプタンドのうち少なくとも１つ）であり得る。
【０００７】
本開示の別の態様によれば、半導体デバイス用の封止材が提供される。封止材は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。
【０００８】
本開示の態様によれば、少なくとも１つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、有機金属錯化剤をポリマー材料に共有結合させることによってバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。
【０００９】
本開示の別の態様によれば、少なくとも１つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、少なくとも１つのクリプタンドをポリマー材料中に埋め込むことによってバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。
【００１０】
本開示の更に別の態様によれば、少なくとも１つの半導体構成要素を有する半導体デバイスの製造方法が提供される。本方法は、少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンドからなるバリア材料を調製すること、及び該バリア材料を少なくとも１つの半導体構成要素の少なくとも一部に塗布してバリア層を形成することを含む。
【００１１】
当業者であれば、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照する際に、更なる特徴及び利点を認識するであろう。
【００１２】
図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。また、各図において、対応する部分には同一の参照符号を付している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本明細書に記載された実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
【図２】図２は、本明細書に記載された更なる実施態様による半導体デバイスの断面図を示す。
【図３】図３は、本明細書に記載された実施態様によるリードフレームを有する半導体デバイスの断面図を示す。
【図４】図４は、本明細書に記載された更なる実施態様によるリードフレームを有する半導体デバイスの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明では、本発明の一部をなす添付の図面を参照し、本発明が実施され得る特定の実施態様を例示として示す。この点に関して、「上（top）」、「下（bottom）」、「前（front）」、「後（back）」、「先（leading）」、「後（trailing）」、「横（lateral）」、「縦（vertical）」などの方向性の用語は、説明されている図の向きに関して使用される。実施態様の構成要素は多数の異なる方向に配置することができるので、方向の用語は説明のために使用されており、決して制限するものではない。本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施態様が利用され且つ構造的又は論理的変更が行われ得ることが理解されるべきである。従って、以下の詳細な説明は、制限的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。記載されている実施態様は、特定の言語を使用しており、添付の特許請求の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【００１５】
図１Ａに関して、実施態様による半導体デバイス１００Ａについて説明する。幾つかの実施態様によれば、半導体デバイス１００Ａは、パワー半導体デバイスであり得る。
【００１６】
半導体デバイス１００Ａは、例えば半導体基板（図示せず）を有する半導体構成要素１１０（半導体チップともいう）を含む。幾つかの実施態様によれば、半導体構成要素１１０は、端子１４０上に設けることができる。端子１４０は、その下側を端子１４０の上側にはんだ付けされた半導体構成要素１１０の下方に配置された大きなランドによって形成されている。はんだ層を符号１５０で示す。はんだ付けは、いかなるタイプのはんだ付けでも行うことができる。端子１４０の下面が露出されて、広範囲のはんだ付けや熱接触がもたらされる。端子１４０の下側及び外側若しくは側面は露出しているが、上面などの別の面は封止材１３０によって完全に封止されている。封止材１３０は、半導体デバイス１００Ａの筐体を構成し得る。
【００１７】
幾つかの実施態様では、バリア層１２０は、少なくとも１つの半導体構成要素１１０の少なくとも上に又はその一部に設けられる。バリア層１２０はポリマー材料を含み得る。バリア層１２０は、少なくとも１つの半導体構成要素１１０の表面領域の少なくとも一部を覆う。幾つかの実施態様では、バリア層１２０は、半導体構成要素１１０の上面又は上表面を部分的に又は更に完全に覆うことができる。一例として、バリア層１２０は、上面又は上表面の少なくとも２０％、具体的には少なくとも５０％、より具体的には少なくとも８０％を覆うことができる。任意に、バリア層１２０は、半導体構成要素１１０の側面の少なくとも１つを部分的に又は完全に覆うことができる。幾つかの実施態様によれば、バリア層１２０は、半導体構成要素１１０上に直接配置することができる、即ち、バリア層１２０は半導体構成要素１１０と直接接触している。他の実施態様では、バリア層１２０と半導体構成要素１１０との間に１つ以上の更なる層を設けることができる、即ち、バリア層１２０は半導体構成要素１１０と直接接触していない。
【００１８】
幾つかの実施態様によれば、封止材１３０は、少なくとも１つの半導体構成要素１１０及びバリア層１２０を囲む又は取り囲む。特に、バリア層１２０は、少なくとも１つの半導体構成要素１１０と封止材１３０との間に少なくとも部分的に設けられる。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、封止材１３０は、バリア層１２０のポリマー材料とは異なる成形材料で作ることができる。
【００１９】
幾つかの実施態様では、半導体デバイス１００Ａの製造方法は、バリア層１２０のポリマー材料とは異なる成形材料を準備すること、並びに少なくとも１つの半導体構成要素１１０及びバリア層１２０を封止して成形材料から構成された封止成形体（封止材１３０）を形成することを含み得る。
【００２０】
一実施態様では、バリア層１２０の材料は、スピンコーティング又はインクジェット印刷などの適切なコーティング技術によって液体として塗布することができる。液体は、更なるプロセスで硬化される未反応のモノマー及び／又はポリマーを含有し得る。選択的硬化が望ましい場合、硬化されるべき塗布された液体の部分を選択的に露光できるマスクを使用して、塗布された液体にＵＶ光などの放射線を照射する。次に液体が現像され、液体の未露光部分が除去される。
【００２１】
更なるプロセスでは、揮発性成分を除去するために熱プロセスを適用し、液体の残りの部分を少なくとも部分的に硬化して、硬化したバリア層１２０を形成する。硬化は熱プロセス以外であってもよく、サイクルで実施され得る。
【００２２】
最終的なプラズマ処理を、例えば、ヘリウム／酸素又は窒素／酸素雰囲気下で使用して、ポリマー層の表面を清浄化し、汚染を低減し及び／又は後続の層の接着性を高めることができる。
【００２３】
従って、バリア層１２０の製造方法は、未反応のモノマー及び／又はポリマーを含有する液体を塗布すること、任意に塗布された液体を放射線に曝すこと、必要に応じてリソグラフィーマスクを使用して選択的に露光すること、任意に露光された液体及び／又は未露光の液体を現像すること、硬化のための熱処理、及び任意のプラズマでの処理を含み得る。
【００２４】
本開示のバリア層１２０は、バリア層１２０中に拡散している、例えば封止材１３０から生じるイオンを固定化するように構成されている。移動するイオンは、一般的にカチオンとアニオンを含む。カチオンとしては、アルカリカチオン、例えばリチウム、ナトリウム又はカリウムイオン、アルカリ土類金属カチオン、例えばカルシウム又はマグネシウムイオン、及び周期律表の他の群に属する元素のイオン、特に遷移金属のイオンが挙げられる。アニオンとしては、特にハロゲン、例えばフッ化物及び塩化物が挙げられる。以下において、ナトリウムイオンを特定例として説明するが、本発明はこれに制限されるものではなく、移動が低減されるように意図されている他のイオンにも適用可能である。具体的には、バリア層１２０は、ナトリウムイオンを固定化するように構成されている。従って、本明細書に記載された実施態様によるバリア層１２０は、イオンゲッター層として構成され得る。バリア層１２０は、例えば、イオンが半導体構成要素１１０のゲート酸化物に達することを防止する。半導体構成要素１１０のスレッショルド電圧のシフトは低減又は更に回避され得る。半導体デバイスの機能は確保され得る。
【００２５】
本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせられ得る幾つかの実施態様によれば、バリア層１２０は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤と、を含む。本開示を通して使用される共有結合は、ポリマー材料の原子と有機金属錯化剤との間で電子対を共有することを含む化学結合として理解されている。従って、有機金属錯化剤は、ポリマーマトリックスに単に分散又は希釈されるのではなく、ポリマーの分子に共有結合されている。有機金属錯化剤をポリマー中で共有結合により固定することは、有機金属錯化剤をポリマーマトリックス中に分散させることと比較して、複数の利点をもたらす。有機金属錯化剤を単に分散させるだけの場合、特に高濃度で使用する場合、錯化剤が分離して分離相を形成し得る。また、有機金属錯化剤は、例えばスピンコーティングプロセス中に沈殿し得る。ポリマーに共有結合させる場合、有機金属錯化剤はポリマー全体に均一に分布し、より高い有機金属錯化剤濃度に達し、沈殿が回避され得る。更に、金属錯化剤は潜在的に危険な物質である。それらをポリマーマトリックス内で共有結合により固定することで金属錯化剤の移動を防ぎ、従って金属錯化剤で富化された領域が潜在的危険濃度でポリマーマトリックスの表面に形成されることを回避する。
【００２６】
一実施態様によれば、封止成形体の成形材料（封止材１３０）はポリイミドを含む。バリア層１２０は成形材料に埋め込むことができる。成形材料は、また、エポキシ、ＰＢＯ（シス−ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール））、ＰＢＩ（ポリベンズイミダゾール）、ポリイミド、シリコーン、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、ＰＮＢ（ポリノルボルネン）、ポリシロキサン、及び多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも１つであり得る。
【００２７】
一実施態様によれば、有機金属錯化剤の有無にかかわらず上記のポリマーは、半導体基板と封止成形体との間の任意の保護層として使用されてもよい。更に、有機金属錯化剤の有無にかかわらず上記のポリマーは、封止成形体の異なる層の間の任意の中間層として使用されてもよい。例えば、封止成形体は、少なくとも内層と外層を含み、内層と外層との間に中間層を含み得る。封止成形体１３０の内層及び外層は、使用するポリマーの種類で及び／又は内層及び外層のいずれか１つ又はその両方が有機金属錯化剤を含有するかどうかのいずれかで異なり得る。それに加えて、中間層も有機金属錯化剤を含み得る。中間層は、封止成形体１３０の内層及び外層のポリマーとは異なるポリマーのものであり得る。中間層は、少なくとも、封止成形体１３０の内層及び外層のうちの１つと界面を形成し得る。
【００２８】
図１Ｂは、例えば、内層１３１、外層１３２、及び内層１３１と外層１３２との間の中間層１３３を有する封止材１３０（封止成形体）を有する半導体デバイス１００Ｂの実施態様を示す。中間層１３３は、上記のようにバリア層１２０として機能し得る。あるいは、内層１３１及び／又は外層１３２はバリア機能をもたらし且つ有機金属錯化剤を含み得る。
【００２９】
図１Ｃは、バリア層１２０が、半導体デバイス１００Ｃにおいて、第１の半導体構成要素を形成する第１のチップ１１０Ａと第２の半導体構成要素を形成する第２のチップ１１０Ｂとの間に形成される実施態様を示す。半導体構成要素１１０Ａ及び１１０Ｂの両方が封止材１３０で封止されている。
【００３０】
更なる実施態様によれば、封止成形体の成形材料（封止材１３０）は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれた又は共有結合された有機金属錯化剤と、を含む。一実施態様によれば、ポリマー材料はポリイミドであり、有機金属錯化剤はポリイミドに共有結合され得る。更に、上記のポリマー材料はいずれも同様に使用され得る。
【００３１】
封止成形体は、埋め込まれた又は共有結合された有機金属錯化剤又は更なるポリマーバリア層を有していないクリプタンド若しくはクラウンエーテルなどの有機金属錯化剤を用いて材料を成形することによって形成され得る。有機金属錯化剤は、次に封止成形体のポリマー材料に埋め込まれるか又は共有結合される。本明細書に記載されるように更なるバリア層を更に設けることができ、該バリア層は、例えば、半導体基板と封止成形体との間に配置され、封止成形体の成形材料に、又は封止成形体上に埋め込まれ得る。従って、封止成形体は、有機金属錯化剤を含む又は含まない成形材料及び同一又は異なる有機金属錯化剤を有する任意のバリア層を含み得る。
【００３２】
有機金属錯化剤は、成形材料及びバリア層のいずれか又はその両方に埋め込まれ得るか又は共有結合され得る。
【００３３】
半導体デバイス１００Ａは、錯化剤をポリマー材料に共有結合させることによってバリア材料を調製し、且つ該バリア材料を少なくとも１つの半導体構成要素１１０の少なくとも一部に塗布してバリア層１２０を形成することによって製造することができる。金属錯化剤は、少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンドであり得る。
【００３４】
一例として、バリア層１２０は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に埋め込まれたクリプタンドと、を含む。半導体デバイス１００Ａは、クリプタンドをポリマー材料に埋め込むことによってポリマー材料を調製し、且つバリア材料を少なくとも１つの半導体構成要素１１０の少なくとも一部に塗布してバリア層１２０を形成することによって製造することができる。
【００３５】
本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせられ得る、幾つかの実施態様によれば、バリア層１２０は、共有結合により架橋された有機金属錯化剤によって形成されたポリマー材料を含み、その際、金属錯化剤は少なくともクラウンエーテル及び／又はクリプタンドであり得る。半導体デバイス１００Ａは、クラウンエーテル及び／又はクリプタンド（及び任意にスペーサー／リンカー）からなる材料を調製し、且つポリマー材料を少なくとも１つの半導体構成要素１１０の少なくとも一部に塗布してバリア層１２０を形成することによって製造することができる。
【００３６】
幾つかの実施態様では、半導体デバイスを以下のように製造することができる。有機金属錯化機能を有するモノマーを形成するために、モノマーを、クラウンエーテル及び／又はクリプタンドと予め反応させてよい。このような機能化モノマーを使用することで、クラウンエーテル及び／又はクリプタンドの濃度を高くすることができ、従ってバリア層の固定化又はイオンゲッター特性を更に改善することができる。任意に、他のモノマー又はコポリマーを加えることができる。通常、そこに共有結合したクラウンエーテル又はクリプタンドを有するモノマーを重合させてバリア材料を形成することができる。他の例では、モノマーを最初に重合させ、次に形成したポリマーをクラウンエーテル及び／又はクリプタンドと反応させることができる。
【００３７】
幾つかの実施態様によれば、ポリマーを予め重合させることができ、溶液を調製することができ、これを、例えば、スピンコーティングを用いて半導体構成要素に塗布することができる。任意に、この方法は、溶液の塗布後に、塗布された溶液を乾燥させること及び放射線重合及び／又は熱重合によりプレポリマーを硬化させることを含み得る。
【００３８】
他の実施態様では、スピンコーティング用の溶液を、モノマーを用いて調製し、スピンコーティングを行うことができる。硬化も同様に、放射線重合及び／又は熱重合によって行われ得る。
【００３９】
他の実施態様では、硬化はラジカル重合によって行われ得る。このような場合、スピンコーティング用の溶液を調製し、スピンコーティングプロセスの直前に開始剤（例えば、２成分接着剤）を溶液に加えることができる。スピンコーティングプロセスを行うことができ、被覆された材料を、開始剤によって誘導される重合によって硬化することができる。任意に、放射線エネルギー又は熱エネルギーが、重合をサポート／促進するために適用され得る。
【００４０】
他の実施態様では、有機金属錯化剤を含まないポリマーが使用され、共有結合した有機金属錯化剤を有する架橋試薬がポリマー溶液に添加され得る。スピンコーティングプロセスを行うことができ、被覆された材料を乾燥させて架橋することができる。
【００４１】
幾つかの実施態様によれば、バリア材料の塗布は、スピンコーティングプロセスの代わりに、スクリーン印刷、ステンシル印刷、又はインクジェット印刷などの印刷プロセスによって行われ得る。
【００４２】
ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、広い範囲にわたって、例えば、２００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤から１，５００，０００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤まで変わり得る。典型的な実施態様では、ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、３００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤から３００，０００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤までの範囲にある。例えば、ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤の濃度は、６００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤から３０，０００ｇのポリマー材料当たり１モルの有機金属錯化剤までの範囲にある。高濃度の有機金属錯化剤は、バリア層１２０のイオンゲッター特性を改善する。
【００４３】
クラウンエーテルは、ナトリウムイオンなどのイオンを錯化し得る環状エーテルである。クラウンエーテル構造に組み込まれた酸素原子は部分的に負に帯電しており、その原子価電子はナトリウムイオンなどのイオンとの結合を確立することができる。ナトリウムイオンの正電荷は多くの酸素原子に分布しているため、環のような安定した錯体が形成され、これはナトリウムイオンの周りに形成される。
【００４４】
クラウンエーテルは、一般に、一般式（−ＣＲ１Ｒ２−ＣＲ３Ｒ４−Ｏ）ｘ−を有するか又は類似の構造若しくは関連した構造を有する環状エーテルであり、ここでｘは典型的には少なくとも４から８までの整数である。Ｒ１〜Ｒ４は有機部分であり、Ｒ１〜Ｒ４のほとんどは典型的には水素又は非官能性部分であり、典型的には低級脂肪族又は芳香族部分である。しかしながら、少なくとも１つの場合、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは、モノマー、ポリマー、又は架橋剤の官能基との反応によって共有結合を形成することができる官能基を含む。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、バリア層に組み込まれるクラウンエーテルは、
・  １５−クラウン−５及びその誘導体、
・  １８−クラウン−６及びその誘導体、
・  １２−クラウン−４及びその誘導体、
・  ２１−クラウン−７及びその誘導体、
・  ２４−クラウン−８及びその誘導体、
並びにそれらの任意の組み合わせ
のうち少なくとも１つを含む。
【００４５】
クリプタンドは、クラウンエーテルに類似する、例えばナトリウムイオンなどのイオンと安定な錯体を形成する化合物である。しかしながら、クリプタンドは、クラウンエーテルと同様に、２つの酸素原子が窒素原子で置換されている環状エーテルである。窒素原子の利用可能な自由原子価により、窒素を更なるエーテル架橋と結び付けることができる。従って、より多くの酸素原子がナトリウムイオンと相互作用することができ、カップのようなより一層安定な錯体が形成され、これは例えばナトリウムイオンなどのイオンに課される。
【００４６】
クラウンエーテルに関して上記で論じたのと同様に、クリプタンドも同様にモノマー、ポリマー又は架橋剤の官能基との反応によって共有結合を形成することができる少なくとも1つの官能基を含む。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる幾つかの実施態様によれば、クリプタンドは、［２．２．２］クリプタンド（＝１，１０−ジアザ−４，７，１３，１６，２１，２４−ヘキサオキサビシクロ［８．８．８］ヘキサコサン）及びその誘導体を含む。本発明に適したクリプタンドのもう１つの例は、［２．２．１］クリプタンドである。
【００４７】
本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる、幾つかの実施態様によれば、バリア層１２０のポリマー材料はホモポリマー又はコポリマーである。本明細書で使用される「コポリマー」との用語は、ブロックコポリマー及びランダムコポリマーを包含し、且つ２つ、３つ、４つ又はそれ以上の異なるモノマーの重合から生じる任意のコポリマーを包含することを意図している。好適なモノマーは、例えば、イミド、エポキシ、シリコーン、官能性側鎖を有するモノマー、メタクリレート、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。
【００４８】
ポリマー主鎖に有機金属錯化剤を含むポリマーは、少なくとも２つの官能基を有する少なくとも１つのクラウンエーテル及び／又はクリプタンドと、有機金属錯化剤の官能基と反応可能な少なくとも２つの官能基を有する少なくとも１つのモノマーとを反応させることによって調製され得る。具体例として、有機金属錯化剤を主鎖に含むポリマーを合成するために、ジアミノ誘導体化クラウンエーテルは、二酸又は二無水物誘導体化モノマーと反応し得る。別の例として、ジハロゲン誘導体化クラウンエーテルは、そのようなポリマーを合成するためにシランと反応し得る。
【００４９】
バリア層１２０のポリマー材料は、動作温度で固体又は半固体である材料を含む。動作温度は、とりわけ、特定のポリマー材料の種類に依存する。ポリイミドに関しては、例えば、動作温度は一般的に−５５℃〜２５０℃の範囲内にあり、通常、−５５℃〜１７５℃の範囲内、例えば０℃〜１２０℃の範囲内にある。半固体材料は、通常、動作温度で高い粘度を有し、且つワックスなどの材料を含む。塗布の間、より高い温度も可能である。工場での加工中（例えば、硬化中）、より高い温度が使用される。
【００５０】
以下に、１８−クラウン−６の誘導体をポリマー主鎖に導入するポリイミドホモポリマー及びコポリマーを例示する。例えば、４，４’−ジアミノベンゾ−１８−クラウン−６（ＤＡＢ１８）などのジアミノ官能性クラウンエーテル誘導体は、ヘキサフルオロイソプロピリデンジフェニル無水物（６ＦＤＡ）及びオキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）などの１種以上の二無水物官能性化合物との重縮合によって反応し得る。
【化１】
0006732646.tif 000002
【００５１】
ＤＡＢ−１８と６ＦＤＡ及びＯＤＰＡとを重合させて得られるホモポリマーは、それぞれ、以下に示す、繰り返し単位ＤＡＢ１８−６ＦＤＡ又はＤＡＢ−ＯＤＰＡからなる。ＤＡＢ−１８と６ＦＤＡ及びＯＤＰＡとを重合させて得られるランダム又はブロックコポリマーは、可能性のある変動量で、ＤＡＢ１８−６ＦＤＡ及びＤＡＢ−ＯＤＰＡの両方の繰り返し単位を含む。
【化２】
0006732646.tif 000003
【００５２】
モノマービス（アミノフェニル）フルオレン（ＢＡＰＦ）のさらなる組み込みは、得られるポリイミドの疎水性を増加させ、且つ非プロトン性極性溶媒への溶解度を増加させ、このことはスピンコーティングプロセスにとって望ましい。
【化３】
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【００５３】
ＢＡＰＦの存在下で、ＤＡＢ−１８と６ＦＤＡ又はＯＤＰＡのいずれかとを重合させて得られるコポリマーＤＡＢ１８−６ＦＤＡ−ＢＡＰＦ及びＤＡＢ１８−ＯＤＰＡ−ＢＡＰＦに存在する繰り返し単位を以下に示す。ＤＡＢ−１８と６ＦＤＡ、ＯＤＰＡ及びＢＡＰＦのいずれかとを重合させて得られるコポリマーも同様に調製され得る。
【化４】
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【００５４】
クラウンエーテル及び／又はクリプタンドは、ポリマー中で（例えば、ポリイミド鎖又は側鎖として）共有結合により固定されているので、予め捕捉されたナトリウムイオンは、錯体を残すことにより、それ以上移動することができない。結合定数が非常に高いので、ナトリウムイオンの移動は、著しく遅くなるか又はポリマーを使用する際に更に妨げられる。
【００５５】
本明細書に記載された更なる実施態様によれば、封止材は、ポリマー材料と、該ポリマー材料に共有結合した有機金属錯化剤と、を含み得る。一例として、ポリマー材料は、バリア層に関して上記で説明されたポリマー材料であり得る。そのような場合、半導体デバイス１００Ａは、隔てられた別個のバリア層がなくてもよい。封止材は、ナトリウムイオンなどのイオンを固定化するように構成されている。従って、封止材は、イオンゲッター要素として構成され得る。
【００５６】
更なる実施態様によれば、封止材は、（ａ）ポリイミド及びポリマー材料に共有結合された有機金属錯化剤及び（ｂ）有機金属錯化剤を含まないポリイミドを含むコポリマーを含み得る。このようなコポリマーは、例えば、モノマーに共有結合した有機金属錯化剤を有するイミドなどのモノマーと、有機金属錯化剤を有していないイミドなどのモノマーとを共重合することによって得ることができる。従って、異なるモノマーを使用することができる。モノマーは、例えば無水物の存在下で重合することができる。
【００５７】
更なる実施態様によれば、封止材は、（ａ）ポリマー及びポリマーに共有結合された有機金属錯体並びに（ｂ）有機金属錯体を含まないポリマーを含むコポリマーを含み得る。ポリマーは、エポキシ、ＰＢＯ、ＰＢＩ、ポリイミド、シリコーン、ＢＣＢ、ＰＮＢ、ポリシロキサン、ＳＯＧ、及び多環芳香族フルオロカーボンのうち少なくとも１つであり得る。ポリマーは有機金属錯化剤の有無にかかわらず同じでも異なっていてもよい。
【００５８】
半導体構成要素は、典型的には、パワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラデバイス）などの１つの別個の半導体デバイスを含む。このようなデバイスは、半導体構成要素のアクティブ領域に配置された複数の実質的に同一のセルを含む。パワーＩＣの場合、温度センサ及び／又は電流センサなどの更なるデバイス又は更なるＭＯＳＦＥＴデバイスが更に存在し得る。このようなセンサの電気的接続のために、半導体デバイスは、センサ端子と呼ぶことができる少なくとも更なる端子を含み得る。
【００５９】
本明細書に記載された半導体デバイスは、典型的には別個のパワーデバイスであり、別個のデバイスを駆動するためのドライバロジック又はドライブステージを含まない。また、各半導体デバイスは、例えばハーフブリッジを形成するパワーデバイスを少なくとも２つ含むモジュールとは異なり、別個の半導体デバイスを１つだけ含み得る。しかしながら、半導体デバイスは、別個の半導体デバイスによって形成されたモジュールも含むことができ、各別個のデバイスについては、各別個のデバイスの少数の、多くの又は全てのフィールド電極に電気的に接続されている追加の端子が設けられている。別個のデバイスのフィールド電極用の共通端子又は別個のデバイスのサブグループ用の共通端子を提供することも可能である。
【００６０】
半導体構成要素は、半導体デバイスの製造に適した任意の半導体材料で作ることができる。このような材料の例としては、元素の半導体材料、例えばシリコン（Ｓｉ）、ＩＶ族化合物の半導体材料、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）又はシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、二元、三元又は四元のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、リン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰａ）又はインジウムガリウムヒ素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）、二元又は三元のＩＩ−ＶＩ族半導体材料、例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）及び水銀カドミウムテルル（ＨｇＣｄＴｅ）等が挙げられるが、これらに制限されない。上記の半導体材料は、ホモ接合半導体材料とも呼ばれる。２種類の半導体材料を組み合わせると、ヘテロ接合半導体材料が形成される。ヘテロ接合半導体材料の例としては、シリコン（ＳｉｘＣ１−ｘ）及びＳｉＧｅヘテロ接合半導体材料が挙げられるが、これらに制限されない。パワー半導体用途では、現在、主にＳｉ、ＳｉＣ及びＧａＮ材料が使用されている。
【００６１】
図２は、本明細書に記載される更なる実施態様による半導体デバイス２００の断面図を示す。半導体デバイス２００は、図１Ａを参照して説明した半導体デバイス１００と同様であり、その違いはバリア層２２０の位置にある。
【００６２】
具体的には、バリア層２２０は、少なくとも１つの半導体構成要素１１０に中間層として設けられている。一例として、バリア層２２０を中間誘電体層として設けることができる。
【００６３】
図３は、本明細書に記載された実施態様による封止材を有する半導体デバイス３００の断面図を示す。半導体デバイス３００は、封止材１３０内に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレーム３１０を含み、その際、少なくとも１つの半導体構成要素１１０はリードフレーム３１０に電気的に接続されている。
【００６４】
図３において、半導体構成要素１１０の上側に形成された金属層又はパッドは、それぞれの端子又はランドにボンディングワイヤによって結合されている。図３は、第１の端子３２０のみを示す。第１の端子３２０の上側は、ボンディングワイヤ３１０のためのランディングパッドを形成する。第１の端子３２０の下側と外側は露出され、ランディングパッド側を含む他の側は封止材１３０の成形材料によって完全に封止される。第２の端子１４０は、下側が第２の端子１４０の上側にはんだ付けされた半導体構成要素１１０の下方に配置された大きなランドによって形成されている。はんだ層を符号１５０で示す。はんだ付けは、あらゆるタイプのはんだ付けによって行うことができる。第２の端子１４０の下面が露出されて、広範囲のはんだ付けと熱接触をもたらす。
【００６５】
半導体デバイス３００は、開口部又は中断部３２６を有するバリア層３２０を含む。開口部又は中断部３２６は、ボンディングワイヤ３１０が半導体構成要素１１０に接触するための接触領域をもたらすように構成され得る。具体的には、開口部又は中断部３２６は、接触領域をもたらすために半導体構成要素１１０の一部を露出させることができる。一部の実施では、バリア層３２０は、接触領域の第１の側に設けられた第１の部分３２２と、第１の側とは反対側の接触領域の第２の側に設けられた第２の部分３２４とを有することができる。
【００６６】
上記のように、半導体デバイス３００は、電気的に接続するボンド接続、例えば、第１の端子３２０による半導体構成要素１１０のソースメタライゼーションを含むことができ、その際、ボンディングワイヤ３１０は封止材１３０に埋め込まれる。本明細書に記載された他の実施態様と組み合わせることができる実施態様では、封止材１３０に埋め込まれた第２のボンド接続を形成する別のボンディングワイヤによってゲートメタライゼーションを第３の端子（図示せず）に電気的に接続することができる。
【００６７】
図４は、本明細書に記載された更なる実施態様による封止材を有する半導体デバイス４００の断面図を示す。半導体デバイス４００は、封止材１３０に少なくとも部分的に埋め込まれたリードフレームを含み、その際、少なくとも１つの半導体構成要素１１０は、リードフレームに電気的に接続されている。具体的には、リードフレームはクリップ４１０であり得る。
【００６８】
また、半導体構成要素１１０は、半導体構成要素１１０の下面に形成された金属層によって第２の端子１４０にはんだ付けされている。はんだ付け層は１５０で示す。図３とは異なり、少なくとも半導体構成要素１１０のソースメタライゼーションを、銅ボンドになり得るクリップ４１０にはんだ付けすることができる。クリップ４１０は、第１の端子４２０にはんだ付けされている。あるいは、第１の端子４２０は、ダイ取り付けパッドを含むことができ、半導体構成要素１１０のソースメタライゼーションがダイ取り付けパッドにはんだ付けされる。図４の実施態様は銅クリップ接続による低い抵抗を示す。
【００６９】
半導体デバイス４００は、図３を参照して説明したバリア層と同様のバリア層３２０を含む。バリア層３２０の開口部又は中断部４２６は、図３に示す開口部又は中断部３２６よりも大きくすることができる。具体的には、クリップ４１０と半導体構成要素１１０との接触面積を、ボンディングワイヤ３１０と半導体構成要素１１０との接触面積よりも大きくすることができる。
【００７０】
上記のように、有機金属錯化剤は、アルカリイオンなどのイオンを固定化又はゲッタリングするために提供される。有機金属錯化剤は、バリア層のポリマー材料に共有結合させることができるか又はバリア層のポリマー材料を形成してバリア層にイオンゲッタリング特性を付与することができる。
【００７１】
上記でさらに説明したように、有機金属錯化剤は、イオンを固定化するために移動するイオンを錯化する能力を有する錯化剤として提供される。
【００７２】
空間的な相対関係を示す用語、例えば、「下側に（under）」、「下側に（below）」、「下側に（lower）」、「上に（over）」、「上側に（upper）」、「上に(above)」等は、１つの要素の第２の要素に対する位置を説明するための記述を容易にするために使用される。これらの用語は、図に描かれているものとは異なる向きに加えて、様々なデバイスの向きを包含することが意図されている。更に、「第１」、「第２」等の用語は、様々な要素、領域、区間等を記載するためにも使用されており、また、制限することを意図するものではない。同様な用語は、詳細な説明を通して同様な要素を指す。
【００７３】
本明細書で使用される、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「含む（including）」、「含む（comprising）」等の用語は、記載された要素又は特徴の存在を示すが、追加の要素又は特徴を排除するものではないオープンエンドの用語である。文脈に別段の明示がない限り、冠詞「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、複数形並びに単数形を含むことが意図されている。
【００７４】
上記範囲の変形及び適用を考慮すると、本発明は前述の説明によって制限されず、添付の図面によって制限されないことが理解されるべきである。代わりに、本発明は、以下の特許請求の範囲及びその法的同等物によってのみ制限されている。
【図１Ａ】
0006732646.tif 000006
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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