JPS5840845A - 半導体被覆用ガラス - Google Patents

半導体被覆用ガラス

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JPS5840845A
JPS5840845A JP56139363A JP13936381A JPS5840845A JP S5840845 A JPS5840845 A JP S5840845A JP 56139363 A JP56139363 A JP 56139363A JP 13936381 A JP13936381 A JP 13936381A JP S5840845 A JPS5840845 A JP S5840845A
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Japan
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glass
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sio2
willemite
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JP56139363A
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Takehiro Shibuya
武宏 渋谷
Kazuo Hatano
和夫 波多野
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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Nippon Electric Glass Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/291Oxides or nitrides or carbides, e.g. ceramics, glass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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、シリコン単結晶を素材としたダイオ1 ード、サイリスター、トランジスター等の半導体素子の
PN接合部を含む表面を保護、あるいは安定化(パシベ
ーション)のために被覆するガラスに係り、特にシリコ
ンウェハーの表面に直接被覆するのに好適なガラスに関
する。
この半導体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半導体素子のそれに適合する
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900
℃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)電極形成などの半導体製造工程のため
に良好な耐薬品性、耐酸性を有すること、(6)被覆後
ガラス中の電荷量が半導体素子の設計に合った適量の負
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、(6)項
のガラス中の負電荷量が、半導体素子の電気的特性に大
きな影響を与えるものであり、その電2 荷量が少ないと逆耐電圧が低く、電荷量が多いと逆耐電
圧は高くなるが、多すぎると逆洩れ電流が大きくなって
使用に適さない。従って、このガラスとしては、半導体
素子の設計に合致した適正な量の負電荷をもつことが必
要である。また、先記の被覆用ガラスとして要求される
項目の中で、(1)項の熱膨張特性も重要視され、適当
な膨張係数を有していない場合には、被覆したガラスが
割れたり、シリコンウェハーの反りが大きくなって、電
極パターンを作成することが困難となる。このシリコン
ウェハーの反りは、最近のようにウェハーの寸法が大口
径化されるより大きくなるものである。
従来、この種の被覆用ガラスとしてZnOを主成分とす
るZnO−B2O3−SiO2系ガラス、いわゆる亜鉛
系ガラスと、PbOを主成分とするPbO−SiO2−
Al2O3系またはPbO−B2O3−SiO2−Al
2O3系ガラス、いわゆる鉛系ガラスが用いられていた
。しかし、この従来の被覆用ガラスのうち、鉛系ガラス
は亜鉛系ガラスに比べ耐薬品性が優れているという利点
があ3 る反面、電気的特性、特に逆耐電圧、逆洩れ電流特性が
劣るため1000〜1500Vの逆方向の設計耐圧の高
い半導体素子には適用できない欠点があった。
また、この従来の鉛系ガラスでは、熱膨張係数がシリコ
ンウェハーと比べて大きいため、被覆したガラスに亀裂
が入ったり、また、シリコンウェハーが反って電極パタ
ーンを作成することが困難となる問題があった。
本発明の目的は、先記の被覆用ガラスとして要求される
諸特性に優れた半導体被覆用ガラス、特に従来の鉛系被
覆用ガラスの欠点を解消し、電気的特性に優れ、設計耐
圧の高い半導体素子の被覆に好適な被覆用ガラス及びシ
リコンウェハーに直接被覆した場合にガラスの割れがな
く、シリコンウェハーの反りのない被覆用ガラスを提供
することである。
本発明者は、PbOを40〜70重量%含有する非結晶
性のPbO−SiO2系あるいはPbO−B2O3−S
iO2系のガラス粉末に、重量比でウィレマイト粉末0
.01〜9.0%、ジルコン粉末0.01〜5.0%の
一者または両者を混合する4 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。
本発明に係る被覆用ガラスで、基本組成をなすガラス粉
末としては、PbOを40〜70重量%含有する非結晶
性のPbO−SiO2系ガラス、あるいは、PbO−B
2O3−SiO2系ガラスが選定される。例えば主たる
成分が重量%でPbO40〜70%、SiO230〜5
0%、Al2O30〜20%からなるPbO−SiO2
系ガラス、または主たる成分が重量%で、PbO40〜
70%、B2O30.1〜15%、SiO20.1〜5
0%、Al2O30〜20%からなるPbO−B2O3
−SiO2系ガラスが好ましい。このガラス粉末には、
必要に応じて前記のPbO、SiO2、B2O3、Al
2O3の成分以外に、MnO2、CeO2、Sb2O3
、ZrO2を各5%以下、Ta2O5、TiO2、La
2O5を各10%以下含有され得る。このような組成を
有するガラス粉末は、一般的に軟化点550〜800℃
、封着温度650〜890℃、熱膨張係数30〜55×
10−7℃−1(30〜300℃)の特性を有している
下の表に、前記したPbO−SiO2系ガラス及びPb
O−B2O3−SiO2系ガラスの組成例と各ガラスの
軟化点5 熱膨張係数、封着温度を示す。
上記の鉛系のガラス粉末は、全体的に好ましい6 ガラス特性を有するけれども、それのみではガラス中の
負電荷量が低くて設計耐圧の高い半導体素子に適合した
負電荷量を有しておらず、ために逆耐電圧が低く、電気
的特性の面で著しく劣っている。従って、本発明の被覆
用ガラスにおいては、かかる電気的特性の改善のために
、前記の鉛系ガラスの粉末に対して、ウィレマイト粉末
、ジルコン粉末の一者又は両者を所定量混合する。ウィ
レマイト粉末は、この電気的特性の改善以外にガラスの
熱膨張係数を若干低下させ、シリコンウェハーの封着に
最適なものに調整する作用もあり、これによりシリコン
ウェハーの反りがなくなり、電極パターンを正確に形成
することができ、また、被覆ガラスの割れを防止できる
効果が発揮される。
ウィレマイト(Zn2SiO4)は亜鉛華及びシリカ粉
をZnOとSiO2のモル比が2:1になるように調合
し、約1450℃の高温で焼成した後、得られた焼結体
を微粉砕して製造されたものが使用される。ジルコン(
ZrSiO4)は、天然品著しくはZrO2粉末とSi
O2粉末とを固相反応によって合成したものが用いら7 れる。
このウィレマイト粉末、ジルコン粉末を一者または両者
を鉛系ガラス粉末に所定量、すなわち、重量費でウィレ
マイト粉末0.01〜9.0%、ジルコン粉末0.01
〜7%の範囲で混合して用いる。そのウィレマイト粉末
、ジルコン粉末の混合量が下限値以下では添加による効
果がなく、一方、上限値を超えると負電荷量が多くなり
すぎ、逆洩れ電流が大きくなって好ましくないとともに
、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。
以下、本発明におけるウィレマイト粉末及びジルコン粉
末の添加による電気的特性の改善効果を実施例について
説明する。
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)を呼称されてい
る構造体を作製して、その電圧容量特性から半導体素子
表面の電荷密度(NFB)を測定し、ウィレマイト粉末
が半導体素子表面の電荷密度に与える影8 響を調べた。第1図は、先の表に掲げられているPbO
−SiO2系のNO.1ガラス(PbO53.0%、S
iO244%、Al2O33.0%)にウィレマイト粉
末を添加していったとき、ウィレマイト粉末の添加量に
よる表面電荷密度の変化を示したものである。図から、
ウィレマイト粉末の添加により、半導体素子表面に誘起
される正電荷量が増すことがわかる。第2図は、前記の
NO.1ガラスに5重量%のウィレマイト粉末を加えた
ものに、更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表面電荷密度の変化を示してい
る。同図からジルコン粉末は、半導体素子表面の正電荷
量を増加させること及びウィレマイト粉末とジルコン粉
末の両者を添加した場合は、単独の場合と比べて半導体
素子表面に誘起される正電荷量をより増加させることが
わかる。
第3図は、(A)NO.1ガラス、(B)NO.1ガラ
ス+ウィレマイト粉末5重量%、(C)NO.1ガラス
+ウィレマイト粉末5重量%+ウィレマイト粉末3重量
%の各ガラスを設計耐圧1500Vのシリコン半導体素
子に被覆して作9 製した半導体装置の耐圧特性(逆方向洩れ電流が1μA
になったときの逆電圧)を示している。同図よりウィレ
マイト粉末、ジルコン粉末の添加は、逆耐電圧を高くし
て半導体装置の電気的特性を向上させる顕著な効果があ
ることがわかる。
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、鉛系のガラス粉末を構成するPbO、SiO2
、B2O3、Al2O3等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、1500〜1600℃の
温度で焼く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
する。このガラス粉末に対し、ウィレマイト粉末0.0
1〜9.0重量%、ジルコン粉末0.01〜5.0重量
%の割合で、これの一者または両者を均一に混合する。
シリコンウェハーの被覆、封着に当っては、上述のよう
に製造した被覆用ガラスを電気泳動法によってシリコン
ウェハーの表面に塗布する。次いで被覆したシリコンウ
ェハーを乾燥後電気焼成炉において750〜850℃で
10〜15分間加熱して封着10 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、ガラスが適正な負電荷量をもつことになり、逆
耐電圧が高く、逆洩れ電流が小さい優れた電気的特性を
示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は鉛系ガラス粉末にウィレマイト粉末を添加した
場合の半導体表面に誘起される表面電荷密度を示し、第
2図は、5重量%のウィレマイト粉末を混合した鉛系ガ
ラス粉末にジルコン粉末を添加した場合の半導体表面い
誘起される表面電荷密度を示し、第3図は、鉛系ガラス
、それにウィレマイト粉末を添加したガラス、更に、そ
れにジルコン粉末を添加したガラスにより被覆した半導
体素子の耐圧特性を示す。 特許出願人 日本電気硝子株式会社 代表者 長 崎 準 一 11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)PbOを40〜70重量%含有し、軟化点が55
    0〜800℃、熱膨張係数が30〜55×10−7℃ー
    1(30〜300℃)の非結晶性のPbO−SiO2系
    あるいはPbO−B2O3−SiO2系のガラス粉末に
    、重量比でウィレマイト粉末0.01〜9.0%、ジル
    コン粉末0.01〜7.0%の一者又は両者を混合して
    なる半導体被覆用ガラス。
  2. (2)前記PbO−SiO2系ガラス粉末は、主たる成
    分が重量%で、PbO40〜70%、SiO230〜5
    0%、Al2O30〜20%からなる特許請求の範囲第
    1項記載の半導体被覆用ガラス。
  3. (3)前記PbOB2O3−SiO2系ガラス粉末は、
    主たる成分が重量%で、PbO40〜70%、B2O3
    0.1〜15%、SiO20.1〜50%、Al2O3
    0〜20%からなる特許請求の範囲第1項記載の半導体
    被覆用ガラス。
JP56139363A 1981-09-03 1981-09-03 半導体被覆用ガラス Granted JPS5840845A (ja)

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