JPS5837925A - 半導体被覆用ガラス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体素子の表面を被覆するためのガラス組
成物に関する。

一般に、シリコンダイオード・シリコン整流器、トラン
ジスター等の半導体装置においては、半導体素子の表面
安定化のために、あるいは半導体素子の外気による汚染
を防止し、その特性の劣化を防ぐために、半導体素子の
ＰＮ接合部を含む表面をガラスで被覆することが行なわ
れている。

この被覆用ガラスに要求される特性としては、（１）ガ
ラスの熱膨張係数がシリコン素子あるいは電極機料のそ
れに適合すること、（２）半導体素子表面に悪影響を与
えるアルカリ成分等の不純物を含まないこと、（３）高
温ではシリコン等の半導体素子の特性が劣化する恐れが
あるため、封着温度が７５０℃以下であること、（４）
半導体素子に対する密着性が良いこと、（５）被覆後ガ
ラス中の電荷量が半導体素子の設計にあった適量の負電
荷を有すること（これによって、半導体素子に誘起され
る電荷は適正な量の正電荷になる）等があげられる。

上記の被覆用ガラスとして要求される特性中、特に（５
）項のガラス中の電荷量が、半導体装置の電気的特性に
大きな影響を与えるものである。高い逆耐電圧を有し、
且つ逆方向洩れ電流の極めて小さい、いわゆる、ハード
ブレークダウン（ｈａｒｄｂｒｅｋｄｏｗｎ）の波形を
示し、しかも耐圧分布のばらつきの小さい特性を有する
高信頼性半導体装置を得るためには、この被覆用ガラス
中の電筒の状態が重要である。

従来、この種の被覆用ガラスとして、ＺＮＯ−Ｂ２Ｏ３
−ＳｉＯｚ系ガラスが用いられていた。しかし、この従
来のガラスで被覆した半導体装置は、逆耐電圧が低く、
逆方向洩れ電流の大きい、いわゆるソフトブレークダウ
ン（ｓｏｆｔ　ｂｒｅｋｄｏｗｎ）の波形を示し、且つ
、耐圧分布のばらつきが大きく信頼性に欠けるものであ
った。これは、従来のガラスが被覆後ガラス中の電荷量
が半導体装置の設計に合致した適正な量の負電荷を有す
るものではないからであった。

本発明の目的は、従来のＺＮＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯｚ系
ガラスの電気的特性を改善したガラス、すなわち先記の
被覆用ガラスとして要求される諸特性中、特に（５）項
の被覆用ガラス中の電荷量が半導体装置の設計にあった
適正な量の負電荷を有するような被覆用ガラスを提供す
ることである。

本発明は、ＺＮＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯｚ系のガラス粉末
に、ジルコン粉末を所定量添加することにより、前記目
的に合致する半導体被覆用ガラスが得られることを見い
出した。

本発明の被覆用ガラスは、主成分の割合が重量％で、Ｚ
ｎＯ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３１５〜３５％、ＳｉＯｚ　
２〜２０％からなるガラス粉末に、ジルコン粉末を０．
０１〜７．０重量％添加してなる組成物である。

本発明は、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯｚ系のガラス粉末
に対し、所定量のジルコン粉末を混合することにより、
ガラス中の負の電荷量が増加し、従って、半導体素子の
表面に誘起される正の電荷量が増加し、半導体装置の設
計に合った適正な量の正電荷になるという現象を効果的
に利用したものである。これにより逆耐電圧が高く、逆
方向洩れ電流の極めて小さい半導体装置が得られるもの
である。

本発明に係る被覆用ガラスにおいて、基本組成の主たる
成分の割合は、重量％で、ＺｎＯ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ
３１５〜３５％、ＳｉＯＺ２〜２０％からなる。この主
成分のＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＳｉＯｚの範囲を前記のよう
に限定したのは次の理由による。

ＺｎＯが４５％以下のときは、熱膨張係数が大きくなり
過ぎるとともにガラス化が困難になる。一方７５％以上
になると結晶化が急速に進行するためガラスの流動性が
悪くなって、半導体素子に対するぬれが悪くなり、良好
な封着が得られなくなる。

Ｂ２Ｏ３が１５％以下になると、ガラスが失透し易く なり気密性のよい封着を行ない難い。３５％以上になる
と均質なガラスが得られなくなるとともに熱膨張係数が
大きくなりすぎる。

ＳｉＯ２が２％以下になるとガラスが失透し易くなり、
１５％以上になると均質なガラスが得にくくなる。

上記の主成分のＺｎＯ、ＳｉＯｚ、Ｂ２Ｏ３、以外に、
Ｐ６Ｏ、ＧｅＯ２を各１５％以下、Ｂｉ２Ｏ３、Ｎｂ２
Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３を各１０％
以下、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＳｎＯ２、ＭｎＯ２を各
５％以下の範囲で含有され得る。

上述した本発明の被覆用ガラスにおいて、基本組成をな
すＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスの実施例を下の
表に示す。表の下段には３０〜３００℃での熱膨張係数
及び被覆封着温度を示す。

以下余白 本発明の被覆用ガラスは、上記のようなＺｎＯ−Ｂ２Ｏ
３−ＳｉＯ２系ガラスの粉末に必須成分としてジルコン
（ＺｒＳｉＯ４）粉末を０．０１〜７．０重量％混合し
たものである。尚、ジルコン粉末の添加には次に説明す
るようにガラスの電気的特性の面に大きな影響を与える
が、ガラスの熱膨張係数及び封着温度等の特性にはほと
んど変化を与えない。従って、上表に例示した組成のガ
ラス粉末にジルコン粉末が添加されてもその特性に変化
はない。

本発明の半導体被覆用ガラスを用い、金属（アルミニウ
ム電極）−ガラス−半導体（シリコン）のＭＯＳ（Ｍｅ
ｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）と呼称されてい
る構造体を作製して、その電圧容量特性から半導体素子
表面の電筒密度（ＮＦＢ）を測定し、ジルコン粉末が半
導体素子表面の電荷密度に与える影響を調べた。

第１図は、先の表に掲げたＮＯ．１ガラスにジルコン粉
末を添加していったとき、ジルコン粉末の添加量による
電荷密度の変化を示したものである。

図からジルコン粉末の添加は、半導体素子表面に誘起さ
れる正電荷量を増加させることがわかる。

第２図は、先の表に掲げたＮＯ．１ガラスにジルコン粉
末を添加していったとき、ジルコン粉末の添加量と、設
計耐圧１５００Ｖのシリコン半導体装置の耐圧（逆方向
洩れ電流が１ＷＡになったときの逆電圧）との関係を示
すものである。図に示すようにジルコン粉末を添加しな
いガラスＮＯ．１を被覆した場合は、逆耐圧はばらつき
が大きく、ソフトブレークダウン（△印で示す）を示す
ものが多い。一方、ジルコン粉末を添加した本発明のガ
ラスで被覆した場合は、逆耐圧のばらつきは小さく、逆
耐電圧は高いところに集まっており、且つ好ましいハー
トブレークダウン（○印で示す）を示す。

このように、ジルコン粉末の添加は、半導体素子表面の
正電荷量を制御して逆耐電圧を高くし、逆方向洩れ電流
を小にするとともに逆耐圧分布のばらつきを小さくし、
好ましいハートブレークダウンを示すものにするという
ように、半導体装置の電気的特性を向上させる顕着な効
果がある。このような作用効果の発揮のために、ジルコ
ン粉末は、ガラス粉末に対して０．０１重量％以上含有
されるが、７．０重量％を超えると被覆面に十分流動せ
ず濡れが悪くなって密着した封着が得られ難くなる。

このジルコン粉末のより好ましい添加量は０．５〜５．
０重量％である。

以上説明した本発明に係る被覆用ガラスを製造するに当
っては、ガラス粉末を構成しているＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、
ＳｉＯ２、の各成分の原料を目標組成になるよう に調合したバッチを１２００〜１３００℃の温度で約１
時間溶融してガラス化する。この溶融したガラスを水砕
した後、ボールミル等の粉砕機により微粉砕し、３５０
メッシュで分級する。このガラス粉末に対し微粉砕した
ジルコン粉末を０．０１〜７．０重量％の割合で均一に
混合する。

半導体素子への被覆、封着に当っては、前記のガラス粉
末を純水と混合し、スラリー状として通常の塗布法によ
り、あるいは有機溶媒に分散させて、電気泳動法によっ
て半導体素子表面に塗布する。次いで被覆した半導体素
子を乾燥後電気焼成炉において６３０〜７３０℃で５〜
１０分間加熱して封着する。

以上、説明した本発明の被覆用ガラスは、特に設計耐圧
が１５００〜２０００Ｖの高耐圧のシリコン半導体素子
の被覆に適しており、この高耐圧の半導体素子に被覆し
た際には、逆耐圧が高く、逆洩れ電流が極めて小さく、
ハードブレークダウンの波形を示す優れた特性を備えた
今信頼性半導体装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明被覆用ガラスのジルコン粉末の添加量と
半導体素子表面に誘起される表面電荷密度との関係を示
し、第２図は同じくジルコン粉末添加量とシリコン半導
体素子の逆耐電圧との関係を示したものである。 特許出願人 日本電気硝子株式会社 代表者　長　崎　準　一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分が、重量％で、ＺｎＯ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３１
   ５〜３５％、ＳｉＯ２２〜２０％からなるガラス粉末に
   、ジルコン粉末を０．０１〜７．０重量％添加してなる
   半導体被覆用ガラス。