(57)【要約】本発明は、パワー半導体基板（１）のような基板上にガラス状の層（３）を生成する方法を開示し、本方法は、プラズマ支援された電子ビーム蒸着により、ガラス状のコーティング物質を蒸着するステップを含む。本方法により電子コンポーネントを製造することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状の層の蒸着物質の熱蒸着により、前記ガラス状の層の蒸着物質を堆積するステップを含む、基板（１）上にバリア層（３）を生成する方法。
【請求項２】
前記熱蒸着が、プラズマ支援された電子ビーム蒸着として実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
酸化アルミニウムおよび／または窒化シリコンのような無機層を蒸着するステップをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記バリア層（３）が、前記基板（１）に適合された熱膨張係数を有する、請求項１〜３の少なくとも１つに記載の方法。
【請求項５】
前記基板がパワー半導体コンポーネントを含む、請求項１〜４の少なくとも１つに記載の方法。
【請求項６】
基板（１）と、少なくとも１つのガラス状の層の蒸着物質の熱蒸着によるバリア層（３）とを備え、例えば、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、高性能ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、およびサイリスタのグループから選択されるパワー半導体コンポーネントである、電子コンポーネント。
【請求項７】
前記コンポーネントに適用される前記バリア層が、層構造において酸化アルミニウムおよび／または窒化シリコンのような無機層をさらに有する、請求項６に記載の電子コンポーネント。
【請求項８】
前記バリア層が、前記基板に適合された熱膨張係数を有する、請求項６または７に記載の電子コンポーネント。
【請求項９】
表面に基板（１）を配置可能な基板ホルダ（６）と、電子ビーム蒸着装置（７）と、プラズマソース（８）とを備え、前記パワー半導体コンポーネント（１）上に、ガラス状の層の蒸着物質からバリア層（３）を生成する装置。
【請求項１０】
前記基板ホルダ（６）が回転可能である、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクスにおける半導体コンポーネント用の技術に関し、より詳細には、特に半導体コンポーネントの信頼性について絶えず増大する要求である耐湿性に関し、半導体コンポーネントの密閉性を改善するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最先端の技術によると、基板にガラス層を適用する方法が知られている。例えば、独国特許出願公開第１０ ２００５ ０４４ ５２２号明細書（Schott）は、基板に多孔質ガラス層を適用する方法を開示する。その公知の方法は、基板および物質のソースを準備するステップと、続いて、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）により、１％を超える多孔度を有するガラス層を基板上に蒸着するステップとを含む。その方法は、電子ソースと、偏向マグネットと、電子ソースとを備えるＰＶＤシステムを使用する。電子ソースからの電子ビームは、好ましくは低融点のホウ珪酸ガラスである円盤状のガラスターゲットをターゲットにする。電子ビームはターゲットを蒸発させ、ターゲットからの物質が基板上に堆積して、ガラス状の層を形成する。
【０００３】
ガラス層を生成するための物質は、例えば国際公開第０３／１００８５４６号に記載されている。この特許出願は、高周波基板または高周波回路に用いる絶縁層を製造するためのガラス物質を開示する。
【０００４】
先行技術に述べられているガラス物質は、重量で数％までの範囲の割合のアルカリ成分を有する。パワー半導体コンポーネントにおいて使用された場合、これらのアルカリ成分は、境界層内の部分的に非常に強い電場内を移動し、それにより、コンポーネントの対応する回路に否定的な影響を及ぼし得る。
【０００５】
先行技術によると、ポリイミドのような高性能のポリマーは、パワーエレクトロニクスの分野における応用において、コンポーネントの表面を密閉するために好まれていた。このことは、例えば米国特許出願公開第２００８／０２２４３０３Ａ１号明細書に開示されている。これらの高性能ポリマーは、半導体産業において共通のフォトリソグラフィプロセスにより適用および構造化することができるという利点を有する。さらに、これらの高性能ポリマーは非常に優れた絶縁耐力を有する。
【０００６】
しかしながら、この公知の方法において層の適用の後に必要とされる、数百℃で起こるキュア工程は、基板材料シリコン（パワー半導体用の共通の基板材料）のそれと相当に異なる熱膨張の振る舞いにより、層内でのストレスを導く。それらがパワー半導体の動作中に生じる場合があるように、後者は、高温でそれより下の層内でのコンポーネントの機能不全または増大した機械的ストレスを引き起こす可能性があり、このことは、コンポーネントの耐用年数を大幅に低下させ得る。
【０００７】
以前に用いられていた高性能なポリマーと共に密閉をすることは、それらが比較できる程に厚い層の厚さで適用されていても、周囲の湿気に対する十分な密封性がない。
【０００８】
したがって、本発明は、パワー半導体を特に湿気から保護するための改善された層を提供することを目的とする。
【発明の概要】
【０００９】
ガラス状の層の蒸着物質の熱蒸着を使用して、パワー半導体コンポーネント上に、特に湿気に対する密閉効果を有する電気絶縁層を生成する方法が開示される。コンポーネントのこの密封封入性は、例えば少なくとも一層のホウ珪酸ガラスの薄い層の適用により、および／またはより好ましくは、他のガラス状の無機層とのコンビネーションにより達成されてもよい。
【００１０】
一実施形態では、ガラス層の蒸着は、プラズマ支援された電子ビーム蒸着であってもよい。プラズマは、ガラス層のコンパクティング／圧密化を支援する。かように圧密化された層は、はるかに低い湿気の拡散性を有し、よって雰囲気の影響から、コンポーネント特に電子コンポーネントを保護することが可能となる。シリコン基板上で温度および湿気の除去を行うことにより、蒸着されたホウ珪酸ガラス層の、湿気に対するバリア機能としての特性を見出すことができる。起こり得る層内への湿気の組み込みは、層の内部テンションの増大を引き起こし、したがってコーティングされたシリコン基板の曲げを引き起こすであろう。８５℃および相対湿度８５％での保管の後でさえ、１０００時間後に曲げの増大を測定することはできない。さらに、Mil Std 883, method 1014に基づくヘリウムリークテストにより、ホウ珪酸ガラス層の密封性を見出すことができる。約８μｍの厚さの層について、１０−８ｍｂａｒ・Ｌ／ｓのリーク速度が決定された。
【００１１】
蒸着中のプラズマ支援は、層ストレスの影響のターゲット化を可能とする。蒸着ガラス層は、それらの構造の組成により、使用する基板物質の熱膨張の振る舞いにあわせてかように調節することができる。
【００１２】
本発明は、次に提示する例えばＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、高性能ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ、およびサイリスタ等の、パワーエレクトロニクスにおけるコンポーネントについて適用することができる。例えば本発明は、独国特許出願公開第１０ ２００５ ０１９ １７８号明細書（Infineon）に開示されているＩＧＢＴ（insulted gate bipolar transistor）の密閉層の生成に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】基板上への層の蒸着を示す概略図である。
【図２】基板上への層の蒸着を示す概略図である。
【図３】基板上への層の蒸着を示す概略図である。
【図４】基板上への層の蒸着を示す概略図である。
【図５】密閉層を生成するための装置を示す。
【図６】密閉層を有するコンポーネントの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図５は、半導体コンポーネント上に密閉層を生成するための装置２０を示す。真空チャンバ４は基板ホルダ６を有し、その上には基板および適用可能であれば電子コンポーネント１が適用される。コーティングされる基板の温度は、コーティングの間２５〜１２０℃である。基板ホルダ６が軸９のまわりで回転可能となるように、回転駆動機構５が真空チャンバ４内に配置される。真空チャンバ４はさらに、電子ビーム蒸着装置７およびプラズマソース８を有する。図５中の装置は単に一例として図示される。使用時の真空は１０−３〜１０−６ｍｂａｒの範囲内にある。
【００１５】
プラズマソースは、マッチング回路を有する高周波の磁場支援されたプラズマソースであり、準中性プラズマジェットを生成する。例えば、希ガスプラズマまたは酸素プラズマ（または両方のコンビネーション）を用いることができる。
【００１６】
ポリマー層の不十分な密封性は、例えば装置２０の支援による、パワー半導体コンポーネント表面上へのホウ珪酸塩層の直接的な適用により回避することができる。ホウ珪酸ガラス層は、周囲の湿気に対する強いバリア効果だけではなく、非常に優れた耐化学性も有する。さらに、ポリマーの層のものと比較して、ホウ珪酸ガラス層のプラズマ支援された蒸着に起因する内部ストレスは適度である。さらに、ホウ珪酸ガラスは非常に優れた電気的な特性を有し、例えば層の絶縁耐力は２５０Ｖ／μｍまでである。
【００１７】
装置では、例えばホウ珪酸ガラスの層を５０ｎｍ〜数十μｍの間の厚さで、好ましくは１００ｎｍ〜１０μｍの間の厚さで製造することができる。成長率は１００〜５００ｎｍ／ｍｉｎの範囲内にあり、したがって、例えばスパッタリングのような他の蒸着方法によるものよりも高い。
【００１８】
装置２０は、半導体コンポーネントのメタライゼーション上への直接的な蒸着と、例えば窒化シリコンのような他の無機層上への蒸着との両方を可能にする。窒化シリコンのみの層は、周囲の湿気に対する十分なバリア効果を持たず、特に層の厚さが厚い場合、層ボンディングに適用されたテンションを通じてコンポーネントに強くストレスを加え得る。
【００１９】
別の実施形態では、例えばホウ珪酸ガラス層を、プラズマ支援された電子ビーム蒸着により、前もって堆積されていた酸化アルミニウムのガラス状の層の上に堆積することができる。
【００２０】
上述のように、ホウ珪酸ガラスのシステムは湿気に対して非常に高いバリア効果を有する。しかしながら、通常そのようなシステムは、重量で数％までの範囲のアルカリ成分のシェアを含んでいる。これらのアルカリ成分は、パワー半導体コンポーネントの応用において、部分的に非常に強い電場内で基板の境界層内へ移動し、対応する回路に決定的な影響を及ぼし得る。このことは、例えば、特別に合成された無アルカリ・ガラスシステムの蒸着により回避することができる。しかしながら、これら無アルカリ・ガラスシステムは、アルカリの組成を有するホウ珪酸ガラスよりも、製造および処理がはるかに困難である。さらに、最適化された膨張の振る舞いのセッティングは、必要な組成という理由で耐湿性を犠牲にすることのみで、これまでのところ実現することができる。
【００２１】
例えば酸化アルミニウムまたは窒化シリコンのような単一のコンポーネントのシステムの層は、たとえ層の厚さが薄くても、アルカリのための一種の拡散バリアであり、したがって、それらはアルカリのためのバリア層として作用する。複数の層を有する複合層構造においては、例えばホウ珪酸ガラスのような、単一のコンポーネントのシステムのそのようなガラス状の無機層を用いて、異なる層物質（一方ではアルカリのためのバリアであり、他方では周囲の湿気に対するバリア）の特定の特徴を、例えば湿気のような雰囲気の影響からパワー半導体コンポーネントを保護するために、同時に最適な機能で有利に使用することができる。
【００２２】
酸化アルミニウムはプラズマ支援的に蒸発することができ、その蒸着はかように同じ装置２０内で起こることができる。酸化アルミニウムのバリア層は、５０ｎｍ〜１０μｍの間の厚さ、好ましくは１００ｎｍ〜４μｍの間の厚さを有することができる。発明の一態様では、窒化シリコンのバリア層はスパッタリングによりまたはＣＶＤプロセスにおいて適用される。既に言及した無機のシステムに加えて、蒸着中に窒素を追加することにより、特に高密度の窒化物相を形成することができるので、チタン−タングステン（titanium-tungsten）またはチタンのスパッタリングされた金属フィルムを使用することができる。
【００２３】
記述したガラス層または他の無機ガラス状の層とのコンビネーションは、例えばポリイミドのような最先端の技術に従って使用されるポリマー層と比較して、概して、基板１に適合された膨張の振る舞いの利益を有する。
【００２４】
方法の一態様では、例えば酸化アルミニウムおよびホウ珪酸ガラスの蒸着を、後続の工程ステップにおいて同じ装置２０内で行うように意図することができる。異なる物質のスムーズな移送もまた、異なるソースからの同時の蒸着により実現されてもよい。周囲の湿気は、前もって堆積した層の付着性の低下、または層構成において追加のストレスを導くことがあり、同じ真空チャンバ４内での蒸着は、基板１または最初に堆積させた層が、蒸着中に周囲の湿気と結びつくことができないという利益を提供する。
【００２５】
装置２０は、１２０℃より低い基板温度でのガラス状の層蒸着物質の堆積を可能とする。このことは、あらかじめ構造化されたレジストマスクの直接的なコーティングを可能とし、したがって、有益なリフトオフ工程を用いて、堆積した無機層の、穏和な追加的な構造化を可能とする。
【実施例】
【００２６】
図１〜４は、基板１上への層蒸着物質の追加的な構造化の堆積の概略図を示す。図１は、コーティングされる基板１を示す。基板１は、例えば半導体基板または光起電力基板であり得る。図２は、基板１と共にその上に堆積されたフォトレジスト層２を示し、堆積する構造化される層のネガパターンに対応する微細構造がある。このフォトレジスト層２はリソグラフィにより形成される。
【００２７】
図３において、基板１は、その上に堆積された層蒸着物質３の層と共に示される。この層３は、応用の事例に応じて、異なる物質のいくつかの層から同様に形成することができる。そのような異なる物質は、例えばホウ珪酸ガラスのような多重コンポーネントのシステムか、または例えば酸化アルミニウムのような単一のコンポーネントのシステムであり得る。
【００２８】
好ましくは、ホウ珪酸ガラスの多重コンポーネントのシステムは、次の組成範囲が適している。
ＳｉＯ２：６５〜８６％
Ｂ２Ｏ３：１０〜３０％
Ｎａ２Ｏ：０〜５％
Ｌｉ２Ｏ：０〜５％
Ｋ２Ｏ：０〜５％
Ａｌ２Ｏ３：０〜５％
そのようなシステムは、例えば、Schottの独国特許出願公開第１０ ２００５ ０４４ ５２２号明細書および国際公開第０３／１００８５４６号に開示されている。
【００２９】
図４は、フォトレジスト層２が分離され、基板１上に層蒸着物質の堆積層が構造化された図３の基板１を図示している。この層は、応用の事例に応じて、異なる物質のいくつかの層から同様に形成することができる。
【００３０】
図５は、このセットアップにおいてプラズマ支援された電子ビーム蒸着法を使用して適用される層蒸着物質の層を蒸着するための装置の概略図を示す。
【００３１】
図６は、本方法により製造された電子コンポーネントの一例を示す。図６は、独国特許出願公開第１０ ２００５ ０１９ １７８号明細書に記載されているＩＧＢＴを示す。しかしながら、本方法はそのような電子コンポーネントに制限されない。
【００３２】
ＩＧＢＴは、通常シリコンで作られている基板１から構成されている。その表面にはｐ型導電性のエリア１０がある。ｐ型導電性のエリア１０はｎ型導電性のゾーン１１へ組み込まれる。ｐ型導電性のエリア１０の各々では、ｎ型導電性のエリア１２が提供される。基板１の表面は、例えば二酸化シリコンの電気絶縁層１３により覆われている。この電気絶縁層１３上には、メタライゼーション１４が公知の方法により形成される。このメタライゼーション１４は、ｐ型導電性のエリア１０とｎ型導電性のエリア１２との間の接点を確立する。絶縁層１３内には、例えば多結晶シリコンの追加の電極１５が組み込まれ、電圧が印加されると、ｎ型導電性のゾーン１２と１１との間にチャネル１６を誘起することができる。
【００３３】
前方側の構造は、本方法により製造されるバリア層３により覆われる。このバリア層３は、周囲の湿気から電子コンポーネント全体を保護する。アルカリを含んでいる蒸着物質を使用する場合、このバリア層３は、例えば酸化アルミニウムおよびホウ珪酸ガラス層の多重層システム（構成物）として形成されてもよい。このバリア層３もまた構造化されてもよく、例えば金属接点（図示せず）を通じて、後にコンポーネントとの接触を可能にする。
【００３４】
基板の後方側には、ｐ型導電性のエリア１７がｎ型導電性のエリア１８と共に交互に配置され、これらは後部メタライゼーション１９により覆われている。
【符号の説明】
【００３５】
１  基板または電子コンポーネント
２  フォトレジスト層
３  ガラス状の層
４  真空チャンバ
５  回転駆動機構
６  基板ホルダ
７  電子ビーム蒸着装置
８  プラズマソース
９  軸
１０  ｐ型導電性のエリア
１１  ｎ型導電性のゾーン
１２  ｎ型導電性のエリア
１３  絶縁層
１４  メタライゼーション
１５  電極
１６  チャネル
１７  ｐ型導電性のエリア
１８  ｎ型導電性のエリア
１９  後部メタライゼーション
２０  蒸着システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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