[发明专利]模塑环氧封装高可靠性半导体器件

说明书

在环氧树脂封装中具有表面终端PN结的高可靠性半导体器件，其特征在于为了确保半导体器件符合在125℃和更高温度下的高温‑反向偏压（HTRB）应力测试的要求，所述半导体器件在25℃至150℃范围内的环境温度下，光子能量在500KeV‑2MeV范围内、总剂量为50‑500KGy的伽马射线辐射下后固化。

技术领域

本发明涉及压力模塑环氧封装半导体器件，尤其涉及硅基高压高可靠性二极管在高于125℃的高温和高反向偏压条件下的应用。

背景技术

1961年8月1日的美国专利US 2994121，1967年10月17日的美国专利US3348105，1960年9月30日的美国专利US2953730，1962年4月17日的美国专利US3030562公开了压力模塑环氧封装半导体器件的制作工艺。

大多数环氧封装的半导体器件的制作工艺中与封装相关的部分从芯片组件的封装操作本身构建之前开始。包括将芯片触点直接附接/连接至外部引线（包括引线框/衬底上的引线），或者首先将芯片附接到可以用作外部引线之一的引线框架，以及其次将芯片触点连接到外部引线。例如，1962年4月17日的美国专利US8080562或者1996年2月13日的美国专利US5491111。该步骤之后通常是在环氧基封装介质中的芯片组件的压力成型和初始固化以及随后的后固化。

在半导体行业推出和实施60年以上的封装工艺是基于两个推定的相关性：

首先，塑料封装可以保护芯片组件免受有害环境因素和普通机械损伤的影响；以及

第二，塑料封装是电“惰性”的，即它不以任何方式干扰封装半导体器件的电功能。

因为已知塑料封装对有害环境因素（例如湿度）的保护是不完善的，第一种推定仅被验证为部分有效的，使得密封封装仍然是要求严苛的应用的首选封装。第二种推定仍然为被视为普遍有效的，尽管塑料封装存在一些缺陷：例如高频损耗，由于CTE与相关应力的不匹配而对封装器件的电特性的影响，夹杂离子的影响，以及其他一些影响。尽管如此，所述器件中普遍存在的可靠性的问题的一般解释仍然使得封装芯片和芯片组件的“钝化”/保护盖中的“移动离子”、“通道”、和“电荷”成为根本原因。

然而，在进一步的观察中发现：高温和反向偏压（HTRB）应力条件下，与未封装的相同芯片和芯片组件相比，现有技术塑料封装的硅二极管表现出明显较高的反向电导和反向电导残余记忆的积聚（即如图1所示的反向电导的测试前和测试后读数之间的差异），最终导致所述器件的退化和/或灾难性故障。此外，在现有技术的二极管中也观察到了类似的行为，这些二极管在施加HTRB偏压之前在175℃下进行了100小时的干燥处理（重量损失约4%）。

如由本申请的同一申请人于2018年1月9日提出的发明专利CN2018100534558以及于2018年5月8日提出的发明专利CN2018104330579中对现有技术的塑料封装半导体器件的进一步观察显示：在HTRB应力测试条件下，过度反向电导及其残余记忆的积聚主要不是由器件芯片或芯片组件的性质和特征（例如“钝化”涂层）引起的，而是由于封装环氧基介质中与半导体器件本身并行发生的电场激活的附加导电机制引起的。这可能是由于在密封的芯片组件附近剩余的环氧树脂/酚醛树脂的高维和低维低聚物的辅助电场自组装引起的。

虽然在上述公开中所提出的技术解决方案大体上减轻了所指出的塑料封装半导体器件的可靠性缺陷。然而，它们的实施需要改变对芯片和/或芯片组件的设计或封装工艺。因此，根据主流的现有技术，在现有主流的塑料封装半导体器件中，显然仍然需要一种成本更低的技术方案解决所描述的可靠性退化现象。

发明内容