(57)【要約】【課題】ＳｉＯ２で作製された表面保護膜とポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製されている被覆部との間に不均一な電荷分布が発生するのを回避して耐電圧性の低下を防止できる半導体装置を提供する。【解決手段】この半導体装置は、ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０の表面を被覆すると共にＳｉＯ２で作製された表面保護膜１６と表面保護膜１６(膜厚１μｍ)を被覆するポリイミド樹脂膜２２、およびポリイミド樹脂膜２２を被覆するシリコン樹脂で作製された被覆部２３を備えた。ポリイミド樹脂膜２２はＳｉＯ２表面保護膜１６およびシリコン樹脂製の被覆部２３との親和性が高い。したがって、ポリイミド樹脂膜２２は表面保護膜１６および被覆部２３との境界面において安定な接合面を形成するから、上記境界面に電荷が溜まりにくく上記境界面に帯電する電荷を減少させることができる。【選択図】図１
2012156153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイドギヤップ半導体で作製された半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子の表面を被覆すると共にＳｉＯ２膜で作製された表面保護膜と、
上記表面保護膜を被覆すると共にポリイミドで作製されたポリイミド樹脂膜と、
上記ポリイミド樹脂膜および上記電気接続部の少なくとも一部と上記半導体素子の側面を被覆すると共にポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製された被覆部と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
上記被覆部を作製する熱硬化性樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜３００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2012156153.tif 000008
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2012156153.tif 000009
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｈは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
上記半導体素子は、炭化けい素半導体で作製されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化けい素等のワイドバンドギャップ半導体で作製された半導体素子を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化けい素等のワイドバンドギャップ半導体で作製された半導体素子の表面保護膜としては、一般にＳｉＯ２膜が用いられている。さらに、この半導体素子をモジュールに内蔵する際には、表面にポリシロキサンを主成分とする熱硬化性の絶縁保護樹脂を塗布する。
【０００３】
ところで、上記表面保護膜としてのＳｉＯ２膜と上記ポリシロキサンを主成分とする熱硬化性の絶縁保護樹脂との界面の親和性が高くないため、この界面に電荷が溜るなどして不均一な電荷分布が発生し、耐電圧性の低下を招くという問題がある。
【０００４】
ＳｉＯ２は共有結合性結晶であり、珪素を中心とした正面体構造が酸素原子を介して無数に連なる構造を持っている。また、ポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂も、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合(シロキサン結合)を持つ珪素と酸素を骨格とした化合物である。ＳｉＯ２もポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂も主骨格の結合が強く、電気絶縁性が高い。
【０００５】
ＳｉＯ２もポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂も、基本的には珪素と酸素を骨格とした化合物であるが、表面の安定性は高いため、両者を接合した界面境界の親和性はよくない。そのため、高電圧下では、界面境界に電荷が溜ってしまう。さらに、この電荷は、境界界面内を自由に動くことができず、界面境界の不均一な電荷分布を引き起こす。これは、局所的な電界集中を発生させ、特に、ターンオフやリカバリーなどの動的な耐圧回復時に素子の絶縁破壊を引き起こす。ＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉより一桁大きい絶縁破壊強度を持ち、ＳｉＯ２とほぼ同等の絶縁破壊強度を持つので、このようなワイドバンドギャップ半導体では、この界面境界の不安定さを解消することが大きな課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１２３４２号公報
【特許文献２】特開２００５−１６７０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の課題は、ＳｉＯ２で作製された表面保護膜とポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製されている被覆部との間に不均一な電荷分布が発生するのを回避して耐電圧性の低下を防止できる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の半導体装置は、ワイドギヤップ半導体で作製された半導体素子と、
上記半導体素子が載置される支持体と、
上記半導体素子を外部機器に電気的に接続するための電気接続部と、
上記半導体素子の上面を被覆すると共にＳｉＯ２で作製された表面保護膜と、
上記表面保護膜を被覆すると共にポリイミドで作製されたポリイミド樹脂膜と、
上記ポリイミド樹脂膜および上記電気接続部の少なくとも一部と上記半導体素子の側面を被覆すると共にポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製された被覆部と
を備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明の半導体装置によれば、上記ポリイミドで作製されているポリイミド樹脂膜は、ＳｉＯ２で作製された表面保護膜およびポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製された被覆部との親和性が高い。したがって、上記ポリイミド樹脂膜は、上記表面保護膜および被覆部との境界面において安定な接合面を形成する。これにより、上記ポリイミド樹脂膜と上記表面保護膜との界面および上記ポリイミド樹脂膜と上記被覆部との界面に電荷が溜まりにくく上記界面に帯電する電荷を減少させることができる。よって、高電圧下、特に、動的な耐圧回復時の不均一な電荷の分布を抑制し、局所的な電界の集中を回避でき、耐電圧性の低下を防止できて素子の破壊を防ぐことができる。
【００１０】
ポリイミドは、繰り返し単位にイミド結合を含む高分子の総称である。通常は、芳香族化合物が直接イミド結合で連結された芳香族ポリイミドを指す。芳香族ポリイミドは、芳香族同士がイミド結合を介して、共役構造を持つため、強固な分子構造を持ち、かつ、イミド結合が強い分子間力を持つために全ての高分子中で最高レベルの高い熱的,機械的,化学的性質を持つ。その一方、ポリイミドは、二つの原子のｐ軌道の間で直接的に電子が共有されているπ結合を持つ。π結合は、原子核の正電荷から距離があるため、σ結合よりも結合力が弱い。そのため、ＳｉＯ２やポリシロキサンとの界面境界において、安定な接合面を形成する。これにより、上記界面に帯電する電荷を減少させ、高電圧下、特に、動的な耐圧回復時の不均一な電荷の分布を抑制し、局所的な電界の集中を回避でき、素子の破壊を防ぐことができる。
【００１１】
尚、この発明において、ポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂は、シリコン樹脂に相当している。
【００１２】
また、一実施形態の半導体装置では、上記被覆部を作製する熱硬化性樹脂は、
下記の(Ａ)成分、(Ｂ)成分、(Ｄ)成分を含有する珪素含有硬化性組成物であり、
上記被覆部は、上記珪素含有硬化性組成物を熱硬化させた硬化物であり、上記硬化物の線膨張係数が５０〜３００ｐｐｍ/℃であることを特徴としている。
【００１３】
(Ａ)成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2012156153.tif 000003
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2012156153.tif 000004
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｈは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
この実施形態によれば、上記被覆部を作製する熱硬化性樹脂は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物であり、さらに充填剤としてセラミックス粒子を配合してもよい。これにより、上記被覆部は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。
【００１４】
また、一実施形態の半導体装置では、上記半導体素子は、炭化けい素半導体で作製されている。
【００１５】
この実施形態によれば、上記半導体素子が炭化けい素半導体で作製されたことで、特に高温での使用条件での耐久性向上を図れる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の半導体装置によれば、表面保護膜を被覆すると共に被覆部で被覆されるポリイミドで作製されているポリイミド樹脂膜は、ＳｉＯ２で作製された表面保護膜およびポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製された被覆部との親和性が高い。したがって、上記ポリイミド樹脂膜は、上記表面保護膜および被覆部との境界面において安定な接合面を形成する。これにより、上記ポリイミド樹脂膜と上記表面保護膜との界面および上記ポリイミド樹脂膜と上記被覆部との界面に電荷が溜まりにくく上記界面に帯電する電荷を減少させることができる。よって、高電圧下、特に、動的な耐圧回復時の不均一な電荷の分布を抑制し、局所的な電界の集中を回避でき、耐電圧性の低下を防止できて素子の破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の半導体装置の実施形態であるｐｉｎダイオードを備えた半導体装置を示す断面図である。
【図２】上記ｐｉｎダイオードに逆方向電圧を印加したときの電位分布を模式的に示す断面図である。
【図３】上記逆方向電圧印加時にｐｉｎダイオード上に順次積層された表面保護膜,ポリイミド樹脂膜,被覆部の箇所における等電位線を示す部分断面図である。
【図４】ｐｉｎダイオード上に表面保護膜,被覆部が順に積層された比較例において逆方向電圧を印加したときの電位分布を模式的に示す断面図である。
【図５】上記比較例における電圧の過渡状態における電位分布を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１９】
図１は、この発明の半導体装置の実施形態の断面図である。この実施形態は、半導体素子としてＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード(ｐｉｎダイオード)１０を備える。このＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０を銅製の支持体１の上面１Ａに載置している。
【００２０】
ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０は、ｎ型ＳｉＣ基板１１と、ｎ型ＳｉＣ基板１１上にエピタキシャル成長で形成されたｎ型ＳｉＣドリフト層１２を有する。上記ｎ型ＳｉＣ基板１１は、一例として、キャリヤ密度が８×１０１８ｃｍ−３、厚さは４００μｍである。また、ｎ型ＳｉＣドリフト層１２は、一例として、ドナー密度が５×１０１３ｃｍ−３、膜厚は３００μｍである。
【００２１】
また、ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０は、ｎ型ＳｉＣドリフト層１２上に形成されたｐ型ＳｉＣアノード層１３を有する。このｐ型ＳｉＣアノード層１３は、一例として、アクセプタ密度５×１０１７ｃｍ−３、膜厚は２μｍである。
【００２２】
このｐ型ＳｉＣアノード層１３は、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)により両端部を除去してメサ構造に加工する。このＲＩＥにおけるエッチングガスとしては、ＣＦ４(４弗化炭素)とＯ２を用いて、プラズマ処理装置により、圧力５Ｐａ、高周波電力２６０Ｗの条件で深さ約２μｍまでエッチングした。また、このときのマスク材料として、ＣＶＤによって堆積したＳｉＯ２膜(厚さ１０μｍ)を用いた。
【００２３】
次に、エッチングにより形成したメサ底部での電界集中を緩和するために、メサ底部に幅２５０μｍ、深さ０．７μｍのｐ型ＪＴＥ(ジャンクション・ターミネーション・エクステンション)１５を設けた。このｐ型ＪＴＥ１５は、Ａｌイオン注入により形成した。このＡｌイオン注入のエネルギーは３０〜４５０ｋｅＶの間で６段階に変え、トータルドーズ量は１．２×１０１３ｃｍ−２である。また、このｐ型ＪＴＥ１５の形成時には、ＪＴＥ１５の注入層がボックスプロファイルとなるように設計した。イオン注入は全て室温で行い、イオン注入のマスクには、グラファイト(厚さ５μｍ)を用いた。注入イオンの活性化のための熱処理をアルゴンガス雰囲気中で１７００℃、３分の条件で行った。なお、図１の符号１４は、ｎ型のチャネルストッパーである。
【００２４】
また、この実施形態は、ＳｉＯ２で作製された表面保護膜１６を有し、この表面保護膜１６は、ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０の上面を被覆しているが後述するアノード電極１８が形成されるｐ型アノード層１３の上面上の領域には形成されていない。この実施形態では、一例として、表面保護膜１６の厚さを１μｍとしたが、この表面保護膜１６の厚さは１μｍ以上でも１未満でもよい。
【００２５】
また、上記ｎ型ＳｉＣ基板１１の下面にＮｉ(厚さ３５０ｎｍ)を形成しカソード電極１７としている。また、Ｐ型アノード層１３上に、Ｔｉ(チタン：厚さ３５０ｎｍ)とＡｌ(アルミニウム：厚さ１００ｎｍ)の膜をそれぞれ蒸着し、アノード電極１８としている。アノード電極１８は、Ｔｉ層とＡｌ層から構成されている。
【００２６】
上記アノード電極１８には、アルミニウム,金,銅等で作製されるボンディングワイヤ２１が接続されている。ボンディングワイヤ２１は、ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０を外部機器に電気的に接続するための電気接続部である。
【００２７】
また、上記カソード電極１７は、パッケージをなす銅製の支持体１に金シリコン,金スズ,金ゲルマニウムのような金系半田やその他の高温用半田を用いて電気的接続を保って取り付けられている。
【００２８】
また、上記ＳｉＯ２で作製された表面保護膜１６を被覆するようにポリイミド樹脂膜２２が形成されている。この実施形態では、一例として、ポリイミド樹脂膜２２の厚さを２μｍとしたが、このポリイミド樹脂膜２２の厚さは、１μｍ或いは３μｍでもよく、１０ｎｍから１０μｍの範囲で設定可能であるが必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２９】
また、このポリイミド樹脂膜２２,アノード電極１８,ボンディングワイヤ２１の一部,ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード１０の側面,および支持体１の上面１Ａを被覆するように被覆部２３が形成されている。この被覆部２３は、ポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製されている。この実施形態では、上記被覆部２３を作製する熱硬化性樹脂として、以下に詳しく説明するようなポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂を採用したが、それ以外のシリコン樹脂を採用してもよい。
【００３０】
より詳しくは、この実施形態では、上記被覆部２３として使用される珪素含有硬化性組成物は、次に説明する合成工程１から合成工程５によって合成した珪素含有硬化性組成物に絶縁性セラミックスとして粒径２０μｍのアルミナ微粒子を５％の体積充填率で配合している。この珪素含有硬化性組成物を２００℃にて６時間硬化反応させることにより被覆部２３が得られる。また、上記硬化後の上記珪素含有硬化性組成物の線膨張係数は３００ｐｐｍ/℃である。なお、合成工程１〜５において「部」とは重量部を表す。
【００３１】
〔合成工程１〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）を得た。鎖状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００３２】
〔合成工程２〕上記合成工程１で得られた非環状ポリシロキサン化合物（ＨＳｉ−１）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び不飽和結合を有する環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチル−１，３，５，７−テトラビニルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）を得た。珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）は、前記一般式（１）に該当する化合物であり、ＧＰＣによる分析の結果、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００３３】
〔合成工程３〕 ジクロロジメチルシラン９０部とジクロロジフェニルシラン９部とを混合し、１００部のイオン交換水、５０部のトルエン及び４５０部の４８％水酸化ナトリウム水溶液の混合物中に滴下し、１０５℃で５時間重合させた。得られた反応溶液を５００部のイオン交換水で水洗した後に、このトルエン溶液を脱水し、ピリジンを２０部加え、これにさらにジメチルビニルクロロシラン２０部を加えて７０℃で３０分間攪拌した。その後、１００部のイオン交換水で水洗した後、１５０℃で溶媒を減圧留去した。次に１００部のアセトニトリルで洗浄し、その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）を得た。不飽和結合を有する鎖状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）のＧＰＣによる分子量はＭｗ＝２０，０００であった。
【００３４】
〔合成工程４〕上記合成工程１で得られた不飽和結合を有する非環状ポリシロキサン化合物（ＶＳｉ−２）１００部をトルエン２００部に溶かし、白金系触媒として白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００３部、及び環状ポリシロキサン化合物である１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン１０部を加え、１０５℃で２時間反応させた。７０℃で溶媒を減圧留去した後にアセトニトリル１００部で洗浄した。その後、７０℃で溶媒を減圧留去し、珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）を得た。珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）は、前記一般式（２）に相当する化合物であり、ＧＰＣによる分子量は、Ｍｗ＝２２，０００であった。
【００３５】
〔合成工程５〕（Ａ）成分として上記合成工程２で得られた珪素含有化合物（ＶＳｉ−１）５０部と（Ｂ）成分として上記合成工程４で得られた珪素含有化合物（ＨＳｉ−２）５０部とを混合したものに、（Ｄ）成分として白金系触媒である白金−カルボニルビニルメチル錯体０．００５部を混合して、上記第珪素含有硬化性組成物を得た。
【００３６】
なお、上記珪素含有硬化性組成物が含有する上記珪素含有重合体(Ａ),(Ｂ)としては、次に示す組成のものを採用できることが、実験により確認された。
【００３７】
珪素含有重合体(Ａ)成分：下記（Ａ）成分：下記一般式（１）で表される珪素含有化合物。
【化１】
2012156153.tif 000005
（上式(１)中、Ｒ１〜Ｒ７は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ５及びＲ６は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ８は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｚは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ａは２〜７の数であり、ｂは１〜７の数であり、ｂを繰り返し数とする重合部分と、ａ−ｂを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｅは０〜３の数である。ｃ及びｄは、ｄ：ｃ＝１：１〜１：１００且つ全てのｃと全てのｄとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（１）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｃを繰り返し数とする重合部分と、ｄを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｂ)成分：下記一般式（２）で表される珪素含有化合物。
【化２】
2012156153.tif 000006
（上式(２)中、Ｒ９〜Ｒ１５は、同一でも異なっていてもよく、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、又は、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基であり（但し、Ｒ１３及びＲ１４は同時に炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基となることはない）、Ｒ１６は炭素原子数２〜４のアルキレン基であり、Ｈは炭素原子数２〜４のアルケニル基若しくはアルキニル基であり、ｆは２〜７の数であり、ｇは１〜７の数であり、ｇを繰り返し数とする重合部分と、ｆ−ｇを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。ｊは０〜３の数である。ｈ及びｉは、ｉ：ｈ＝１：１〜１：１００且つ全てのｈと全てのｉとの合計が１５以上となる数であって、且つ一般式（２）で表される珪素含有化合物の質量平均分子量を３０００〜１００万とする数である。また、ｈを繰り返し数とする重合部分と、ｉを繰り返し数とする重合部分とは、ブロック状であってもランダム状であってもよい。）
(Ｄ)成分：白金系触媒である硬化反応触媒
(Ｆ)成分：セラミックス粒子
また、上記被覆部２３をなす珪素含有硬化性組成物が含有するセラミックス粒子の粒径は１〜５０μｍが好ましく、５〜２５μｍがより好ましい。また、上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は０〜４０％が好ましく、５％以下がより好ましい。これにより、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５〜３００ｐｐｍ/℃にすることができる。なお、上記被覆部２３をなす珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数を５０ｐｐｍ/℃より小さくすると、ポリイミド樹脂膜２２との密着性が悪くなる。なお、上記珪素含有硬化性組成物にセラミックス粒子を添加してもしなくてもよく、上記珪素含有硬化性組成物に占めるセラミックス粒子の体積充填率は、０％から７０％の範囲で設定可能であり、上記セラミックス粒子の体積充填率は、５％以下とすることが望ましい。また、上記珪素含有硬化性組成物を硬化させてなる硬化物の線膨張係数は３００ｐｐｍ/℃以下とすればよい。
【００３８】
また、上記被覆部２３をなす珪素含有硬化性組成物は絶縁性セラミックス微粒子を含有することで、上記珪素含有硬化性組成物のガスバリア性が向上する。すなわち、上記珪素含有硬化性組成物は酸化劣化しにくくなる。
【００３９】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ１〜Ｒ７,Ｒ９〜Ｒ１５で表される炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基の一例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第２ブチル、第３ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、第３アミル、ヘキシル、２−ヘキシル、３−ヘキシル、シクロヘキシル、１−メチルシクロヘキシル、ヘプチル、２−ヘプチル、３−ヘプチル、イソヘプチル、第３ヘプチル、ｎ−オクチル、イソオクチル、第３オクチル、２−エチルヘキシル、ノニル、イソノニル、デシル、ドデシル等が挙げられる。
【００４０】
また、上記一般式(１),(２)において、Ｒ５,Ｒ１３で表される飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基は、置換基である飽和脂肪族炭化水素基も含めた全体で炭素原子数が６〜１２である。置換基である飽和脂肪族炭化水素基としては、例えば、上に例示した飽和脂肪族炭化水素基のうち、上記炭素原子数を満たすことができるものを採用することができ、一例として、フェニル、ナフチル、２−メチルフェニル、３−メチルフェニル、４−メチルフェニル、３−イソプロピルフェニル、４−イソプロピルフェニル、４−ブチルフェニル、４−イソブチルフェニル、４−第３ブチルフェニル、４−ヘキシルフェニル、４−シクロヘキシルフェニル、２，３−ジメチルフェニル、２，４−ジメチルフェニル、２，５−ジメチルフェニル、２，６−ジメチルフェニル、３，４−ジメチルフェニル、３，５−ジメチルフェニル、シクロヘキシルフェニル、ビフェニル、２，４，５−トリメチルフェニル等が挙げられる。
【００４１】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ８,Ｒ１６で表される炭素原子数２〜４のアルキレン基としては、一例として、−ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−、−ＣＨ（ＣＨ３）ＣＨ２−、−ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）−等が挙げられる。
【００４２】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｚ,Ｈで表される炭素原子数２〜４のアルケニル基としては、一例として、ＣＨ２＝ＣＨ−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２−ＣＨ２−、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−、ＣＨ２＝Ｃ（ＣＨ３）−ＣＨ２−、ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ（ＣＨ３）−等が挙げられる。
【００４３】
また、上記一般式(１),(２)に置いて、Ｚ,Ｈで表される炭素原子数２〜４のアルキニル基としては、一例として、下記の基が挙げられる。
【化３】
2012156153.tif 000007
上記一般式(１)，(２)中のＲ１〜Ｒ７，Ｒ９〜Ｒ１５において、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基の割合を大きくすると、得られる硬化物の可撓性が向上し、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基の割合を大きくすると、得られる硬化物の耐熱性及び硬度が向上する。該飽和脂肪族炭化水素基と該芳香族炭化水素の割合は、硬化物に求められる物性により任意に設定することができる。好ましい割合（数）は、該飽和脂肪族炭化水素基：該芳香族炭化水素が１００：１〜１：２であり、２０：１〜１：１がより好ましい。また、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基としては、耐熱性が良好であるのでメチル基が好ましく、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数６〜１２の芳香族炭化水素基としては、耐熱性が良好であるのでフェニル基が好ましい。
【００４４】
上記一般式(１),(２)に置いて、Ｒ３,Ｒ１１及びＲ４,Ｒ１２が、炭素原子数１〜１２の飽和脂肪族炭化水素基、特にメチル基であり、Ｒ５,Ｒ１３及びＲ６,Ｒ１４の少なくとも一方が、飽和脂肪族炭化水素基で置換されていてもよい炭素原子数１〜１２の芳香族炭化水素基、特にフェニル基であるものが好ましい。
【００４５】
上記ケイ素含有化合物の質量平均分子量は、３０００〜１００万である。３０００より小さいと得られる硬化物の耐熱性が不充分となり、１００万より大きいと粘度が大きくなりハンドリングに支障をきたす。質量平均分子量は、５０００〜５０万が好ましく、１万〜１０万がより好ましい。
【００４６】
上記ケイ素含有化合物は、その製造方法により、特に制限されることはなく、周知の反応を応用して製造することができる。
【００４７】
この実施形態によれば、上記被覆部２３を作製する熱硬化性樹脂は、上記の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を含有し、かつ硬化反応触媒である白金系触媒を含有する珪素含有硬化性組成物に充填剤としてセラミックス粒子を配合している。これにより、上記被覆部２３は高温(例えば２００℃以上)で使用してもクラック等が発生せず、高絶縁耐力を達成できる。
【００４８】
図２は、上記実施形態において、ボンディングワイヤ２１と支持体１との間に逆方向電圧Ｖを印加した時の電位分布イメージを示す。図２において、Ｌ(Ｖ)は電位Ｖの等電位線であり、Ｌ(０)は電位０の等電位線であり、この等電位線Ｌ(０)とＬ(Ｖ)との間には、上記電位０と電位Ｖとの間の電位に対応する複数の等電位線が描かれている。
【００４９】
また、図３は、図２に示すｐｉｎダイオード１０のｐ型ＪＴＥ(ジャンクション・ターミネーション・エクステンション)１５とＳｉＯ２表面保護膜１６とポリイミド樹脂膜２２と被覆部２３とが積層されている部分を拡大して示している。図３に示すように、上記積層部分において、各等電位線Ｌは曲がらず略真っ直ぐに延びている。そして、上述のように、ポリイミド樹脂膜２２はＳｉＯ２表面保護膜１６との境界面Ｓ１および被覆部２３との境界面Ｓ２において安定な接合面を形成する。したがって、両界面Ｓ１,Ｓ２では電荷が自由に動き、電圧の過渡状態においても両界面Ｓ１,Ｓ２に電荷が溜まりにくいから、各等電位線Ｌが曲がらず略真っ直ぐに延びた状態を維持できる。これにより、局所的な電界の集中を回避でき、耐電圧性の低下を防止できて素子の破壊を防ぐことができる。
【００５０】
一方、図４に、ＳｉＯ２表面保護膜１６上に上記被覆部２３を直接形成していて上記ポリイミド樹脂膜２２を有していない比較例を部分的に拡大した様子を示す。ＳｉＯ２表面保護膜１６とポリシロキサンを主成分とする被覆部２３との界面Ｓ１１の親和性はよくないので、上記界面Ｓ１１では電荷が自由に動きにくくなる。このため、電圧の過渡状態では、図５に示すように、上記界面Ｓ１１に電荷が溜って、この電荷の存在により、等電位線Ｌが実線Ｌｘで示すように曲がる。このため、矢印で示す箇所ＺのＳｉＣ内に局所的に電界が集中して、耐電圧性の低下を招き、素子の破壊につながる。
【００５１】
これに対し、本実施形態では、ＳｉＯ２表面保護膜１６と被覆部２３との間にポリイミド樹脂膜２２を形成しており、上記ポリイミド樹脂膜２２は、上記ＳｉＯ２表面保護膜１６および上記ポリシロキサンを主成分とする熱硬化性樹脂で作製された被覆部２３との親和性が高い。したがって、上記ポリイミド樹脂膜２２は、上記ＳｉＯ２表面保護膜１６および被覆部２３との境界面において安定な接合面を形成する。これにより、上記ポリイミド樹脂膜２２と上記ＳｉＯ２表面保護膜１６との界面および上記ポリイミド樹脂膜２２と上記被覆部２３との界面に電荷が溜まりにくく上記界面に帯電する電荷を減少させることができる。よって、高電圧下、特に、動的な耐圧回復時の不均一な電荷の分布を抑制し、局所的な電界の集中を回避でき、素子の破壊を防ぐことができる。
【００５２】
上記実施形態のＳｉＣ ｐｎダイオードは、家電分野、産業分野、電気自動車などの車両分野、送電などの電力系統分野等において、例えばインバータなどの電力制御装置等に組込んで使用される。上記実施形態のＳｉＣ ｐｎダイオードを電力制御装置に組込むことで、素子破壊を防ぐだけではなく、通電時の損失も抑制することができ、大電流通電が可能となると共に装置の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
尚、上記実施形態では、ワイドギャップ半導体材料を用いたバイポーラ半導体装置としてＳｉＣを用いたＳｉＣ ｐｎダイオードの一例を説明したが、バイポーラ半導体装置としては、ＧＴＯ、ＩＧＢＴなどの他のバイポーラ半導体装置であってもよい。また、本発明は、バイポーラ半導体装置だけでなくユニポーラ半導体装置にも適用できる。また、ワイドギャップ半導体材料としては、ＳｉＣの他に、ダイヤモンド、ガリウムナイトライドなどの他のワイドギャップ半導体材料を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  支持体
１Ａ  上面
１０  ＳｉＣ ｐｎ接合ダイオード
１１  ｎ型ＳｉＣ基板
１２  ｎ型ＳｉＣドリフト層１２
１３  ｐ型ＳｉＣアノード層
１４  ｎ型チャネルストッパー
１５  ｐ型ＪＴＥ(ジャンクション・ターミネーション・エクステンション)
１６  ＳｉＯ２表面保護膜
１７  カソード電極
１８  アノード電極
２１  ボンディングワイヤ
２２  ポリイミド樹脂膜
２３  被覆部
【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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