CN115943128A - 半导体元件被覆用玻璃以及使用其的半导体被覆用材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的半导体元件被覆用玻璃的特征在于，作为玻璃组成，按摩尔％计，含有SiO2 55～85％、PbO 12～40％、Al2O3 0.1～10％、GeO2+Ta2O5+Nb2O5+Bi2O3 0.1～6％。
Description
技术领域
本发明涉及半导体元件被覆用玻璃以及使用其的半导体被覆用材料。
背景技术
对于硅二极管、晶体管等半导体元件而言，通常来说，包含P-N结的表面被玻璃被覆。基于此，半导体元件表面稳定化，能够抑制经时的特性劣化。
作为对半导体元件被覆用玻璃要求的特性，可列举(1)热膨胀系数适合于半导体元件的热膨胀系数，以使得不产生由于与半导体元件的热膨胀系数差导致的裂纹等，(2)为防止半导体元件的特性劣化，能够在低温(例如900℃以下，特别是860℃以下)下被覆，(3)不含给半导体元件表面带来不良影响的碱成分等的杂质等。
以往，作为半导体元件被覆用玻璃，已知ZnO-B2O3-SiO2系等锌系玻璃、PbO-SiO2-Al2O3系玻璃、PbO-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃等铅系玻璃，目前，从操作性的观点出发，PbO-SiO2-Al2O3系玻璃、PbO-SiO2-Al2O3-B2O3系玻璃等铅系玻璃成为主流(例如参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-64424号公报
专利文献2：日本特公平11-236239号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年，半导体被覆用玻璃中，除特性(1)～(3)以外，还要求(4)被覆后，玻璃中的电荷量成为与半导体装置的设计相符的适量的负电荷(初期NFB)，(5)通过加热和电压的施加的偏压试验中，玻璃中的负电荷量的变化小。特别是，(5)的特性，为了提高半导体元件的可靠性而被重视。
作为基于偏压试验的负电荷量的变化小的玻璃，有锌作为主成分的玻璃。但是，锌作为主成分的玻璃的耐酸性低，因此，半导体元件的制造工序中被酸侵蚀，有可能无法充分发挥其性能。
在此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其技术问题是提供偏压试验中玻璃中的负电荷量的变化小、且耐酸性高的半导体元件被覆用玻璃。
用于解决课题的手段
本发明人经过潜心研究的结果发现，通过向PbO-SiO2-Al2O3系玻璃中添加GeO2、Ta2O5、Nb2O5以及Bi2O3的至少任意1种成分，能够解决上述技术问题，作为本发明而提出。换言之，本发明的半导体元件被覆用玻璃的特征在于，作为玻璃组成，按摩尔％计，含有SiO255～85％、PbO 12～40％、Al2O3 0.1～10％、GeO2+Ta2O5+Nb2O5+Bi2O3 0.1～6％。在此，“GeO2+Ta2O5+Nb2O5+Bi2O3”是指GeO2、Ta2O5、Nb2O5以及Bi2O3的总量。另外，本发明的半导体元件被覆用玻璃优选GeO2的含量为0.1～6％。
本发明的半导体元件被覆用玻璃，如上所述，限定各个成分的含有范围。基于此，能够制成偏压试验中负电荷量的变化小、耐酸性高的玻璃。其结果是，能够适宜地被覆半导体元件。
本发明的半导体元件被覆用材料优选含有包含所述的半导体元件被覆用玻璃的玻璃粉末75～100质量％、陶瓷粉末0～25质量％。
另外，本发明的半导体元件被覆用材料优选30～300℃的温度范围中热膨胀系数为20×10-7/℃～55×10-7/℃。在此，“30～300℃的温度范围中热膨胀系数”是指，通过押棒式热膨胀系数测定装置测定的值。
发明的效果
根据本发明能够提供偏压试验中玻璃中的负电荷量的变化小、且耐酸性高的半导体元件被覆用玻璃。
具体实施方式
本发明的半导体元件被覆用玻璃的特征在于，作为玻璃组成，按摩尔％计，含有SiO2 55～85％、PbO 12～40％、Al2O3 0.1～10％、GeO2+Ta2O5+Nb2O5+Bi2O3 0.1～6％。以下对将各个成分的含量按照上述这样限定的理由进行说明。需要说明的是，以下的各个成分的含量的说明中，只要特别是没有否定的限定，％的表达是指摩尔％。
SiO2是提高耐酸性的成分。SiO2的含量优选为55～85％、60～80％、特别是65～75％。若SiO2的含量过少，则耐酸性容易降低，另外玻璃化变得困难。另一方面，若SiO2的含量过多，则烧结温度变高，被覆工序中半导体元件的特性容易劣化。另外熔融温度变得过高，玻璃化变得困难。
PbO是使烧结温度变低的成分。PbO的含量优选为12～40％、14～36％、16～32％、特别是18～28％。若PbO的含量过少，则烧结温度变高，被覆工序中半导体元件的特性容易劣化。另外熔融温度变得过高，玻璃化变得困难。另一方面，若PbO的含量过多，则热膨胀系数变得过高，晶圆的翘曲变大。
Al2O3是使玻璃稳定化的成分。Al2O3的含量优选为0.1～10％、2～8％、2～7％、特别是3～6％。若Al2O3的含量过少，则玻璃化变得困难。另一方面，若Al2O3的含量过多，则有烧结温度变高的可能性。
GeO2、Ta2O5、Nb2O5以及Bi2O3的任一个是使玻璃的骨架稳定化、抑制基于偏压试验的负电荷量的变化的成分。该成分的总量优选为0.1～6％、0.3～5％、0.5～4％、特别是0.5～3.5％。该成分的各自的含量也优选为0.1～6％、0.3～5％、0.5～4％、特别是0.5～3.5％。特别是，GeO2优选为0.1～6％。若该成分的含量过少，则基于偏压试验的负电荷量的变化变大。另一方面，若该成分的含量过多，则得到适用于半导体被覆的电气特性变得困难。
除所述成分以外，也可添加其他的成分。例如，也可含有B2O3、CaO、SrO、BaO、MnO2、CeO2、Sb2O3等各自到7％(优选到3％)。其他的成分的总量优选为7％以下、特别是3％以下。
从给半导体元件的影响的观点出发，优选实质上不含给半导体元件表面带来不良影响的碱金属氧化物(Li2O、Na2O以及K2O)。在此，“实质上不含碱金属氧化物”是指，玻璃组成中的碱金属氧化物的含量不足0.1摩尔％。
本发明的半导体元件被覆用玻璃是粉末状的，即优选为玻璃粉末。只要加工为玻璃粉末，则能够使用例如糊剂法、电泳涂布法等容易地进行半导体元件表面的被覆。
玻璃粉末的平均粒径D50优选为25μm以下、特别是15μm以下。若玻璃粉末的平均粒径D50过大，则糊剂化变得困难。另外基于电泳法的糊剂涂布也变得困难。需要说明的是，玻璃粉末的平均粒径D50的下限没有特别限定，现实中为0.1μm以上。需要说明的是，“平均粒径D50”是指以体积基准测定的值，是由激光衍射法测定的值。
本发明的半导体元件被覆用玻璃例如可以通过以下方式得到：配合各个氧化物成分的原料粉末制成配合料，在1500℃左右熔融约1小时进行玻璃化后进行成形(在其之后，根据需要进行粉碎、分级)。
本发明的半导体元件被覆用材料中优选含有玻璃粉末75～100质量％、陶瓷粉末0～25质量％，更优选含有玻璃粉末85～100质量％、陶瓷粉末0～15质量％，进一步优选含有玻璃粉末95～100质量％、陶瓷粉末0～5质量％，特别优选含有玻璃粉末超过99质量％且为100质量％以下、陶瓷粉末0质量％以上且不足1质量％。若添加陶瓷粉末，则调整热膨胀系数变得容易。另一方面，若陶瓷粉末的含量过多，则损害软化流动性，半导体元件表面的被覆变得困难。
陶瓷粉末的平均粒径D50优选为30μm以下、特别是20μm以下。若陶瓷粉末的平均粒径D50过大，则被覆层的表面平滑性容易降低。陶瓷粉末的平均粒径D50的下限没有特别限定，现实中为0.1μm以上。
本发明的半导体元件被覆用材料中，30～300℃的温度范围内的热膨胀系数优选为20×10-7/℃～55×10-7/℃、特别是30×10-7/℃～50×10-7/℃。若热膨胀系数成为所述范围之外，则容易产生由于与半导体元件的热膨胀系数差导致的裂纹、翘曲等。
本发明的半导体元件被覆用材料中，软化点优选为880℃以下、860℃以下、特别是840℃以下。若软化点过高，则烧结温度变高，有可能在被覆工序中损害半导体元件的特性。在此，“软化点”是由宏观型差热分析得到的第四拐点的温度。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，以下的实施例仅作为示例。本发明不限于以下的实施例。
表1中示出本发明的实施例(试样No.1～7)和比较例(试样No.8～11)。
[表1]
各个试样按照以下方式制作。首先按照成为表中的玻璃组成的方式配合原料粉末制成配合料，在1500℃下熔融1小时进行玻璃化。接着，将熔融玻璃成形为膜状之后，在球磨机中粉碎，使用350目的筛子进行分级，得到平均粒径D50为12μm的玻璃粉末。需要说明的是，试样No.4中，对于得到的玻璃粉末添加堇青石粉末(平均粒径D50：12μm)10质量％，制成复合粉末。
对于各个试样，评价软化点、烧结温度、热膨胀系数、电气特性、耐酸性以及负电荷量的变化。其结果示于表1中。
软化点为由宏观型差热分析得到的第四拐点的温度。烧结温度为比软化点高20℃的温度。
热膨胀系数为使用押棒式热膨胀系数测定装置，在30～300℃的温度范围内测定的值。
电气特性是按照以下方式测定的。首先通过电泳法将玻璃粉末附着于硅晶圆上后，在表中的烧结温度下烧结15分钟。在由此得到的硅晶圆的玻璃表面上蒸镀铝作为电极，测定负电荷量。负电荷量为1×911/cm2～10×911/cm2的情况为“○”，除此以外为“×”。
耐酸性按照以下方式进行评价。将各个试样压制成型为直径20mm、厚4mm左右的大小后，在表中的烧结温度下烧结制作颗粒状试样，根据将该试样在25℃下浸入30％硝酸中1分钟后的质量减少量计算出每单位面积的质量变化，每单位面积的质量变化不足1.0mg/cm2为“○”，1.0mg/cm2以上为“×”。
负电荷量的变化按照以下方式进行评价。首先通过电泳法将玻璃粉末附着于硅晶圆上后，在表中的烧结温度下烧结15分钟。在由此得到的硅晶圆的玻璃表面上蒸镀铝作为电极。然后，将该硅晶圆放入150℃的恒温槽中，在硅晶圆背面与电极之间施加400V的电压的状态下保持24小时后评价电气特性，测定到的负电荷量的变化不足5×1011/cm2的情况为“○”，除此以外为“×”。
由表1明确，试样No.1～7的热膨胀系数为44×10-7/℃～49×10-7/℃，烧结温度为860℃以下，电气特性、耐酸性以及负电荷量变化的评价也是良好的。因此，认为试样No.1～7适于作为半导体元件被覆用材料。
另一方面，试样No.8中，熔化温度过高而未进行玻璃化。试样No.9中，未得到良好的电气特性。试样No.10中，负电荷量的变化过大。试样No.11中，耐酸性低。
Claims (4)
1.一种半导体元件被覆用玻璃，其特征在于，作为玻璃组成，按摩尔％计，含有SiO255％～85％，PbO 12％～40％，Al2O3 0.1％～10％，GeO2+Ta2O5+Nb2O5+Bi2O3 0.1％～6％。
2.根据权利要求1所述的半导体元件被覆用玻璃，其特征在于，GeO2的含量为0.1％～6％。
3.一种半导体元件被覆用材料，其特征在于，含有包含权利要求1或2所述的半导体元件被覆用玻璃的玻璃粉末75质量％～100质量％，陶瓷粉末0质量％～25质量％。
4.根据权利要求3所述的半导体元件被覆用材料，其特征在于，在30℃～300℃的温度范围内的热膨胀系数为20×10-7/℃～55×10-7/℃。
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