JPS6051264B2 - 半導体被覆用のガラス - Google Patents
半導体被覆用のガラスInfo
- Publication number
- JPS6051264B2 JPS6051264B2 JP10020277A JP10020277A JPS6051264B2 JP S6051264 B2 JPS6051264 B2 JP S6051264B2 JP 10020277 A JP10020277 A JP 10020277A JP 10020277 A JP10020277 A JP 10020277A JP S6051264 B2 JPS6051264 B2 JP S6051264B2
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- JP
- Japan
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- glass
- semiconductor
- zno
- heat treatment
- thermal expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/07—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing lead
- C03C3/072—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing lead containing boron
- C03C3/074—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing lead containing boron containing zinc
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、シリコン整流器、シリコンダイオード、トラ
ンジスタ等の半導体素子のＰＮ接合部を含む表面を保護
又は不働態（パシベーシヨン）化するため、半導体表面
に被覆し、又は電極を含めて半導体素子全体を厚いガラ
スの層で被覆しパシベーシヨンと共にハーメチックシー
ルのパッケージ化するいわゆるモールド型半導体装置を
製造するため、半導体表面に被覆するのに好適な封着用
ガラスに関する。
ンジスタ等の半導体素子のＰＮ接合部を含む表面を保護
又は不働態（パシベーシヨン）化するため、半導体表面
に被覆し、又は電極を含めて半導体素子全体を厚いガラ
スの層で被覆しパシベーシヨンと共にハーメチックシー
ルのパッケージ化するいわゆるモールド型半導体装置を
製造するため、半導体表面に被覆するのに好適な封着用
ガラスに関する。
一般に上記の如き半導体素子の被覆のためには、半導体
素子の表面に低融点のガラス粉末を塗布し、ガラスの軟
化点以上の高温に焼成しガラスフを素子表面に融着させ
る。
素子の表面に低融点のガラス粉末を塗布し、ガラスの軟
化点以上の高温に焼成しガラスフを素子表面に融着させ
る。
この場合、ガラスに要求される特性としては第１に焼成
（作業）温度が約７５０℃以下である必要があり、これ
より高温である場合に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。また、焼成後のガラスの熱膨・
張係数がシリコン及び電極材料であるＭｏ又はＷ等の低
膨脹の金属にマッチする必要がある。シリコン単結晶の
室温〜５００℃の平均熱膨張係数は３５〜３６×１０−
”℃−゛現在一般に半導体被覆のためには、ＺｎＯ−Ｊ
桟Ｏｓ−ＳｉＯ。
（作業）温度が約７５０℃以下である必要があり、これ
より高温である場合に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。また、焼成後のガラスの熱膨・
張係数がシリコン及び電極材料であるＭｏ又はＷ等の低
膨脹の金属にマッチする必要がある。シリコン単結晶の
室温〜５００℃の平均熱膨張係数は３５〜３６×１０−
”℃−゛現在一般に半導体被覆のためには、ＺｎＯ−Ｊ
桟Ｏｓ−ＳｉＯ。
系の低融点ガラスが用いられており、例えば特公昭３７
−１４９１３号に示されるＺｎＯ一均Ｏｓ−ＳｉＯ２−
ＰｂＯガラス、特公昭４５−１１２２ に示されるＺｎ
Ｏ−Ｂ２Ｏａ−ＳｉＯ２−ＰｂＯ−ＣｅＯ２−Ｂｉ２Ｏ
３系ガラスが知られている。更に、本出願人の特公昭４
８−１０９２５号に開示されるＺｎＯ−Ｂ２０。−Ｓｉ
０。−ｓｎｏ２系ガラスは、ＡＳＦ−１４００の商品名
で市販されている。しかしながら、これら公知のガラス
の室温乃至ガラス転移点（約５５０゜Ｃ）間の熱膨張係
数は５０〜５５刈０−７゜Ｃ−１であり、製造工程中又
は製造後においてシリコンウエーフアーの反りや急冷等
によつて、ガラスが剥落し電気的諸特性不良の原因の一
つとなる。このようなガラスの楊合、熱膨張係数（室温
〜ガラス転移点）を約４０×１０−７０Ｃ−１にするた
めには、７５０℃以上で４紛間程度以上の熱処理によつ
てガラスを結晶化する必要があり、半導体素子を劣化さ
せてしまう。
−１４９１３号に示されるＺｎＯ一均Ｏｓ−ＳｉＯ２−
ＰｂＯガラス、特公昭４５−１１２２ に示されるＺｎ
Ｏ−Ｂ２Ｏａ−ＳｉＯ２−ＰｂＯ−ＣｅＯ２−Ｂｉ２Ｏ
３系ガラスが知られている。更に、本出願人の特公昭４
８−１０９２５号に開示されるＺｎＯ−Ｂ２０。−Ｓｉ
０。−ｓｎｏ２系ガラスは、ＡＳＦ−１４００の商品名
で市販されている。しかしながら、これら公知のガラス
の室温乃至ガラス転移点（約５５０゜Ｃ）間の熱膨張係
数は５０〜５５刈０−７゜Ｃ−１であり、製造工程中又
は製造後においてシリコンウエーフアーの反りや急冷等
によつて、ガラスが剥落し電気的諸特性不良の原因の一
つとなる。このようなガラスの楊合、熱膨張係数（室温
〜ガラス転移点）を約４０×１０−７０Ｃ−１にするた
めには、７５０℃以上で４紛間程度以上の熱処理によつ
てガラスを結晶化する必要があり、半導体素子を劣化さ
せてしまう。
このような欠点を解消する他の手段として、ガラス粉末
中に低膨張のセラミック粉末をいわゆるフィラーとして
添加することが知られ、例えば本出願人の特公昭４９−
４１０８３号にカバーされるチタン酸鉛を含むＺｎＯ−
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス粉末は、ＡＳＦ−１４１０
の商品名で市販されている。
中に低膨張のセラミック粉末をいわゆるフィラーとして
添加することが知られ、例えば本出願人の特公昭４９−
４１０８３号にカバーされるチタン酸鉛を含むＺｎＯ−
Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス粉末は、ＡＳＦ−１４１０
の商品名で市販されている。
しかしながら、フィラーの添加量の増大と共にガラスの
流動性を減少するので、ある限度以上の添加は、作業性
の低下及び半導体の電気的特性の劣化をもたらすので、
このような手段には一定の限界がある。本発明の目的は
、約７００℃でかつ４紛以内の比較的短時間の熱処理に
より結晶化し、シリコンの熱膨張係数に近似し、かつシ
リコンと濡れ性の良好な焼成物（結晶化ガラス）を与え
るＺｎＯ−Ｂ，Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスを提供すること
である。
流動性を減少するので、ある限度以上の添加は、作業性
の低下及び半導体の電気的特性の劣化をもたらすので、
このような手段には一定の限界がある。本発明の目的は
、約７００℃でかつ４紛以内の比較的短時間の熱処理に
より結晶化し、シリコンの熱膨張係数に近似し、かつシ
リコンと濡れ性の良好な焼成物（結晶化ガラス）を与え
るＺｎＯ−Ｂ，Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスを提供すること
である。
本発明の他の目的は、前記熱処理により、耐水性、耐酸
性に優れ、また異常放電時の電気的特性不良の原因とな
る大きな径の残存気泡のない結晶化ガラスの焼成物を得
ることができるガラスを提供することである。しかして
、本発明の前記目的は下記の重量％表示で示される組成
を有するガラスを用いることにより達成される：及びＳ
ｎＯ２は必須成分であり、更に望ましいガラスを与える
範囲はである。
性に優れ、また異常放電時の電気的特性不良の原因とな
る大きな径の残存気泡のない結晶化ガラスの焼成物を得
ることができるガラスを提供することである。しかして
、本発明の前記目的は下記の重量％表示で示される組成
を有するガラスを用いることにより達成される：及びＳ
ｎＯ２は必須成分であり、更に望ましいガラスを与える
範囲はである。
各成分の範囲を限定した理由は次の通りであ）る。
ＺｎＯが５５％より少ないとガラスの耐水性が悪化する
と共にガラスの結晶化速度が低下し、他方７０％を越え
ると失透しやすくなつてガラス化が困難となる。
と共にガラスの結晶化速度が低下し、他方７０％を越え
ると失透しやすくなつてガラス化が困難となる。
Ｂ２Ｏ３はガラス形成酸化物であるが、３０・％を越え
るとガラスの耐水性が悪化すると共に、ガラスが不均質
しやすい。他方、１８％より少ないとガラス化が困難と
なる。ＳｉＯ２はガラス形成酸化物であり、ガラスの耐
水性、耐酸性を向上させるため少くとも８％含有・され
るが１６％を越えると結晶化速度が低下するので好まし
くない。ＰｂＯは、ガラスを均質化するため及びガラス
の結晶化を促進するための必須成分であり少くとも６．
５％含有されるが、１５％を越えると結晶化速度が過度
に増大し焼成時ガラスの流動性が低下するので、半導体
との濡れ、接着性が悪くなる。
るとガラスの耐水性が悪化すると共に、ガラスが不均質
しやすい。他方、１８％より少ないとガラス化が困難と
なる。ＳｉＯ２はガラス形成酸化物であり、ガラスの耐
水性、耐酸性を向上させるため少くとも８％含有・され
るが１６％を越えると結晶化速度が低下するので好まし
くない。ＰｂＯは、ガラスを均質化するため及びガラス
の結晶化を促進するための必須成分であり少くとも６．
５％含有されるが、１５％を越えると結晶化速度が過度
に増大し焼成時ガラスの流動性が低下するので、半導体
との濡れ、接着性が悪くなる。
ＳｎＯ２は、後に説明するように、半導体素子の耐逆電
圧を高めるために優れた効果を有する。この含有量が０
．１％より少ないときにはその効果が実質的になくなり
、３％を越えると均質なガラスを得ることが困難となる
。Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５およびＮｂ２Ｏ５
を添加する理由はこれら各成分のうち１成分以上をＳｎ
Ｏ２と併用することによつてＳｎＯ２の効果を強めるこ
とができるからである。
圧を高めるために優れた効果を有する。この含有量が０
．１％より少ないときにはその効果が実質的になくなり
、３％を越えると均質なガラスを得ることが困難となる
。Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５およびＮｂ２Ｏ５
を添加する理由はこれら各成分のうち１成分以上をＳｎ
Ｏ２と併用することによつてＳｎＯ２の効果を強めるこ
とができるからである。
これらの遷移金属酸化物、即ちＳｎＯ。
を必須成分として他に必要ならばＳ■０，、．ＡＳ２Ｏ
，、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５及びＮｂ２Ｏ．のうち少くと
も１成分を少量ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｊＯ２系ガラスに
含有させると、電気的諸特性特に耐逆電圧特性に優れた
半導体装置が得られる理由は充分明らかにされていない
が、ガラス中でのイオン原子価の変化が前記の金属イオ
ン内で起こるために硼素などの導電決定不純物が半導体
表面付近に生成するのを防ぐか、あるいは前記金属イオ
ンが熱処理中に半導体物質を酸化し、半導体装置とガラ
スとの付着結合力を増すものと考えられる。なかでも、
本発明の必須成分であるＳｎＯ２の役割が決定的で以下
にＳｂ２Ｏ３、ＡＳ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ３及び
Ｎｂ２Ｏ３は補助的にＳｎＯ２の性能を強めあるいはガ
ラスの溶解性、清澄性に効果があるものと考えられる。
以上説明した各成分の外に、少量の添加成分例えばＡＩ
２Ｏ３、他のアルカリ土類金属の酸化物例えばＢａＯ．
．ＭｇＯを含有させることができるが、アルカリ金属酸
化物、酸化銅は、イオンが熱処理中に半導体中に拡散し
ショートの原因となるので、その含有は避けるべきであ
る。
，、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ５及びＮｂ２Ｏ．のうち少くと
も１成分を少量ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｊＯ２系ガラスに
含有させると、電気的諸特性特に耐逆電圧特性に優れた
半導体装置が得られる理由は充分明らかにされていない
が、ガラス中でのイオン原子価の変化が前記の金属イオ
ン内で起こるために硼素などの導電決定不純物が半導体
表面付近に生成するのを防ぐか、あるいは前記金属イオ
ンが熱処理中に半導体物質を酸化し、半導体装置とガラ
スとの付着結合力を増すものと考えられる。なかでも、
本発明の必須成分であるＳｎＯ２の役割が決定的で以下
にＳｂ２Ｏ３、ＡＳ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｔａ２Ｏ３及び
Ｎｂ２Ｏ３は補助的にＳｎＯ２の性能を強めあるいはガ
ラスの溶解性、清澄性に効果があるものと考えられる。
以上説明した各成分の外に、少量の添加成分例えばＡＩ
２Ｏ３、他のアルカリ土類金属の酸化物例えばＢａＯ．
．ＭｇＯを含有させることができるが、アルカリ金属酸
化物、酸化銅は、イオンが熱処理中に半導体中に拡散し
ショートの原因となるので、その含有は避けるべきであ
る。
以上説明した如き組成のガラスの製造に当つては、常法
に従つて、各成分の原料を目標組成に従つて調合してバ
ッチを調整し、１２００〜１３０００Ｃの温度で約１時
間加熱し、熔融する。
に従つて、各成分の原料を目標組成に従つて調合してバ
ッチを調整し、１２００〜１３０００Ｃの温度で約１時
間加熱し、熔融する。
熔融ガラスはついで薄片状に成形しあるいは水砕した後
、ボールミル等の粉砕機により１０μ以下、一般には平
均粒径４〜８μの粒子にまで粉砕される。半導体素子へ
の被覆に当つては、粉末ガラスを純水又はエタノール、
ニトロセルロース、アミル．アルコール、ブチルカルビ
トール等の有機質のビヒクルと混合しスリップ状とし、
通常の塗布法あるいは電気泳動塗装、遠心分離沈降法等
により半導体の表面に塗布する。
、ボールミル等の粉砕機により１０μ以下、一般には平
均粒径４〜８μの粒子にまで粉砕される。半導体素子へ
の被覆に当つては、粉末ガラスを純水又はエタノール、
ニトロセルロース、アミル．アルコール、ブチルカルビ
トール等の有機質のビヒクルと混合しスリップ状とし、
通常の塗布法あるいは電気泳動塗装、遠心分離沈降法等
により半導体の表面に塗布する。
次いで被覆された半導体素子は乾燥後焼成炉において熱
処理を受ける。
処理を受ける。
被覆された粉末ガラス層は一担流動化し均一に半導体表
面を濡らし次いで結晶化して硬化する。本発明のガラス
の場合、熱処理条件は６６０℃〜７２０゜Ｃで５分乃至
４紛間により熱膨張係数が４２×１０−７０Ｃ−１〜３
５×１０−７゜Ｃ−１（室温〜ガラス転移点）のほぼシ
リコンのそれに匹敵する結晶化ガラスを得ることができ
る。例えば６６０〜６９０′Ｃで５〜１紛間の熱処理の
場合、得られた結晶化ガラスの熱膨張係数は４２×１０
−７℃−１程度、６９０〜７２０℃の温度で２０〜３０
分間の熱処理の場合、熱膨張係数は３５×１０−７０Ｃ
−１程度になる。このような熱処理によりガラス中には
酸化亜鉛一硼酸系の結晶（α−ＺｎＯ・八０３、ＺｎＯ
−２ｙ３２０３ノＮＯ・八０３、α−ワＮＯ・Ｊ？０３
）が析出し、生成物（結晶化ガラス）を低膨張化する。
実施例 第１表は、本発明のガラスの実施例ＮＯ．ｌ〜７の組成
（Ｗｔ％）を示し、ＮＯ．８は比較例として前述の特公
昭４８−１０９２５号公報第３頁第１表試料１のガラス
を示す。
面を濡らし次いで結晶化して硬化する。本発明のガラス
の場合、熱処理条件は６６０℃〜７２０゜Ｃで５分乃至
４紛間により熱膨張係数が４２×１０−７０Ｃ−１〜３
５×１０−７゜Ｃ−１（室温〜ガラス転移点）のほぼシ
リコンのそれに匹敵する結晶化ガラスを得ることができ
る。例えば６６０〜６９０′Ｃで５〜１紛間の熱処理の
場合、得られた結晶化ガラスの熱膨張係数は４２×１０
−７℃−１程度、６９０〜７２０℃の温度で２０〜３０
分間の熱処理の場合、熱膨張係数は３５×１０−７０Ｃ
−１程度になる。このような熱処理によりガラス中には
酸化亜鉛一硼酸系の結晶（α−ＺｎＯ・八０３、ＺｎＯ
−２ｙ３２０３ノＮＯ・八０３、α−ワＮＯ・Ｊ？０３
）が析出し、生成物（結晶化ガラス）を低膨張化する。
実施例 第１表は、本発明のガラスの実施例ＮＯ．ｌ〜７の組成
（Ｗｔ％）を示し、ＮＯ．８は比較例として前述の特公
昭４８−１０９２５号公報第３頁第１表試料１のガラス
を示す。
これらのガラスを前述の製造方法に従つて調製した。得
られた各試料ガラスの熱処理前のガラス状態における室
温（ＲＴ）乃至移転点（Ｔｇ）間の平均熱膨張係数及び
各ガラスの転移点を第１表下段に示す。
られた各試料ガラスの熱処理前のガラス状態における室
温（ＲＴ）乃至移転点（Ｔｇ）間の平均熱膨張係数及び
各ガラスの転移点を第１表下段に示す。
熱膨張係数及び転移点の測定は、高温で熔融した方ラス
を型に流し込んで棒状に成形し、この棒状試料を徐冷し
た後、この棒状試料について行なわれた。
を型に流し込んで棒状に成形し、この棒状試料を徐冷し
た後、この棒状試料について行なわれた。
斗＊ 各ガラ
スの耐水性の測定に当つては、０．３〜０．５順の粒径
に粉砕されたガラスをガラスの比重値の２倍のｙ数だけ
９８℃の水の中に１時間曝露した後、その重量減少率（
Ｗｔ％）を測定することにノよつて行なわれた。結果は
第１表の最下段に示される。次に各試料ガラスを１０ｐ
以下の粒径に粉砕した粉末ガラス試料を６９０℃に５分
間熱処理し結晶化した場合及び７１０℃に２紛間熱処理
し結晶化した・場合の夫々について熱処理後の試料の熱
膨張係数（ＲＴ−Ｔｇ間）を測定した。
スの耐水性の測定に当つては、０．３〜０．５順の粒径
に粉砕されたガラスをガラスの比重値の２倍のｙ数だけ
９８℃の水の中に１時間曝露した後、その重量減少率（
Ｗｔ％）を測定することにノよつて行なわれた。結果は
第１表の最下段に示される。次に各試料ガラスを１０ｐ
以下の粒径に粉砕した粉末ガラス試料を６９０℃に５分
間熱処理し結晶化した場合及び７１０℃に２紛間熱処理
し結晶化した・場合の夫々について熱処理後の試料の熱
膨張係数（ＲＴ−Ｔｇ間）を測定した。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％表示で、 ＺｎＯ５５〜７０％ Ｂ＿２Ｏ＿３１８〜３０％ ＳｉＯ＿２８〜１６％ ＰｂＯ６．５〜１５％ ＳｎＯ＿２０．１〜３％ Ｓｂ＿２Ｏ＿３０〜０．８％ Ａｓ＿２Ｏ＿３０〜０．５％ ＣｅＯ＿２０〜１．５％ Ｔａ＿２Ｏ＿５０〜１．０％ Ｎｂ＿２Ｏ＿５０〜１．０％ の組成を有する半導体被覆に適したガラス。 ２ 前記ＺｎＯ、Ｂ＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２、ＰｂＯ及
びＳｎＯ＿２は重量％表示で下記組成範囲、すなわちＺ
ｎＯ６０〜６５％ Ｂ＿２Ｏ＿３１８〜２５％ ＳｉＯ＿２８〜１３％ ＰｂＯ６．５〜１３％ ＳｎＯ＿２０．５〜１．５％ にある特許請求の範囲第１項記載のガラス。 ３ 前記Ｓｂ＿２Ｏ＿３、Ａｓ＿２Ｏ＿３、ＣｅＯ＿２
、Ｔａ＿２Ｏ＿５及びＮｂ＿２Ｏ＿５のうち少くとも１
成分を含有する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
ガラス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10020277A JPS6051264B2 (ja) | 1977-08-23 | 1977-08-23 | 半導体被覆用のガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10020277A JPS6051264B2 (ja) | 1977-08-23 | 1977-08-23 | 半導体被覆用のガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5434681A JPS5434681A (en) | 1979-03-14 |
| JPS6051264B2 true JPS6051264B2 (ja) | 1985-11-13 |
Family
ID=14267708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10020277A Expired JPS6051264B2 (ja) | 1977-08-23 | 1977-08-23 | 半導体被覆用のガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6051264B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0337412B1 (en) * | 1988-04-15 | 1995-07-05 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Encapsulant composition |
-
1977
- 1977-08-23 JP JP10020277A patent/JPS6051264B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5434681A (en) | 1979-03-14 |
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