[发明专利]高耐热合成高分子化合物以及高耐电压半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及耐热性高的合成高分子化合物和覆盖有该合成高分子化合物的高耐电压功率半导体装置，该半导体装置耐热性高、散热性好。

背景技术

对于处理较大功率的功率半导体装置，半导体装置因大功率通电时产生的热而温度变高，所以要求这种功率半导体装置具有高耐热性。现阶段的功率半导体装置基本是硅(Si)功率半导体装置，但Si功率半导体装置的耐热极限温度通常为150℃。现在正在进行将硅功率半导体装置的耐热极限温度提高到200℃左右的尝试。

另一方面，尝试使用碳化硅(以下记作SiC)等宽隙半导体材料构成功率半导体装置。SiC等宽隙半导体材料比Si的能隙大，具有优异的物理特性，例如绝缘破坏电场强度也大约1个数量级，所以适合用于高耐热且高耐电压的功率半导体装置。

作为使用SiC的现有的高耐热和高耐电压功率半导体装置的实例，下述非专利文献1中公开了如下所示的SiC二极管元件。该SiC二极管元件中，在SiC基板上通过利用外延生长技术得到的外延膜形成注入电荷的pn结。另外，通过台面型晶体管蚀刻法除去基板的端部区域的外延膜后，通过离子注入形成缓和电场的终端部。具体地说，通过深约1μm的台面型晶体管蚀刻处理除去厚0.7μm的p型外延层，形成厚0.4μm的二氧化硅等的无机物膜作为钝化膜。由此得到具有12kV～19kV的高耐电压的SiC二极管元件。

图6是使用现有的SiC二极管元件构成便于组装到各种仪器的SiC二极管装置时的外壳的剖面图。图中，SiC二极管元件90安装在下面具有阴极端子92的金属制支撑体93的上面。支撑体93的上面连接SiC二极管元件90的阴极电极97。支撑体93上还设置有阳极端子91。阳极端子91在通过绝缘物12保持绝缘状态下贯穿支撑体93。阳极端子91通过引线8连接在SiC二极管元件90的阳极电极96。支撑体93的上面设有金属制帽94，以覆盖二极管元件90。包含二极管元件90的空间95被帽94密封。空间95中填充有六氟化硫气。填充六氟化硫气的理由如下。即，未被钝化膜98覆盖的露出侧面90a和阳极电极96之间的沿面距离短，所以不能提高反向击穿电压。为了提高该反向击穿电压，在外壳内填充六氟化硫气作为绝缘用气体。使用氮气等惰性气体或氩气等稀有气体作为绝缘用气体的情况下，最大绝缘破坏电场低，所以在施加高电压时在气体中发生放电，引起SiC二极管元件90自身或二氧化硅等的钝化膜98被破坏。因此，为了提高耐电压，现状是填充在150～200℃左右的高温也极稳定的六氟化硫气来防止放电引起的绝缘破坏。

专利文献1：日本专利第3395456号公报

专利文献2：日本专利第3409507号公报

非专利文献1：“Proceedings of 2001 International Symposium onPower Semiconductor Devices & IC’S”中从第27页到第30页，2001年国际学会论文集

非专利文献2：《パワ一デバイス·パワ一ICハンドバツク》第289页和图9.102：电气学会编，コロナ公司发行(发行日1996年7月30日)

发明内容

发明所要解决的技术问题

现阶段，六氟化硫气作为绝缘用气体具有最为优异的绝缘性，但是由于其含有氟，所以从防止地球变暖的角度出发，有必要避免使用六氟化硫气。特别是为了得到高绝缘性，必须将填充到半导体装置内的六氟化硫气的压力设定在常温下2大气压左右。但是，使用中半导体装置的温度升高时，填充的六氟化硫气的压力增高到2大气压以上。因此，如果半导体装置的外壳不够坚固，则存在发生爆炸或漏气的危险性。宽隙半导体装置有时在近500℃的高温下运行。这种情况下，气体发生热膨胀，气压变得相当高，爆炸和漏气的危险性进一步增大，并且还存在六氟化硫气发生热分解而耐电压下降等问题。

为了通过六氟化硫气以外的物质保持半导体装置的高绝缘性，已知有通过绝缘性材料厚厚地覆盖半导体元件的方案。作为具有优异绝缘性的现有材料，已知硅橡胶和环氧树脂(参见非专利文献2)。硅橡胶是合成高分子化合物，包括具有硅氧烷键(Si-O-Si键)的线状结构的聚甲基苯基硅氧烷。通过这些合成高分子化合物覆盖物覆盖半导体元件(半导体芯片)整体时，在温度150℃以下时，能保持高绝缘性并且能提高耐电压。