JPS6160583B2 - - Google Patents
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- JPS6160583B2 JPS6160583B2 JP56139363A JP13936381A JPS6160583B2 JP S6160583 B2 JPS6160583 B2 JP S6160583B2 JP 56139363 A JP56139363 A JP 56139363A JP 13936381 A JP13936381 A JP 13936381A JP S6160583 B2 JPS6160583 B2 JP S6160583B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
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- H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
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Description
本発明は、シリコン単結晶を素材としたダイオ
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（パシベーシヨン）のために被覆するガラス
に係り、特にシリコンウエ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つた適量の負電荷を有するこ
と、（これによつ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
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
大きくなつて使用に適さない。従つて、このガラ
スとしては、半導体素子の窃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、シリコンウエハーの反りが大きくなつて、電
極パターンを作成することが困難となる。このシ
リコンウエハーの反りは、最近のようにウエハー
の寸法が大口径化されると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−Al2O3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
い欠点があつた。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エハーと比べて大き
いため、被覆したガラスに亀裂が入つたり、ま
た、シリコンウエハーが反つて電極パターンを作
成することが困難となる問題があつた。 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エハーに直
接被覆した場合にガラスの割れがなく、シリコン
ウエ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−SiO2
系のガラス粉末に、重量比でウイレマイト粉末
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
−B2O3−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％、SiO230〜50
％、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％、SiO20.1〜50％、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，Al2O3の成分以外に、
MnO2，CeO2，Sb2O3，ZrO2を各５％以下、
Ta2O5，TiO2，La2O5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
PbO−B2O3−SiO2系ガラスの組成側と各ガラス
の軟化点、熱膨張係数、封着温度を示す。
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（パシベーシヨン）のために被覆するガラス
に係り、特にシリコンウエ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つた適量の負電荷を有するこ
と、（これによつ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
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
大きくなつて使用に適さない。従つて、このガラ
スとしては、半導体素子の窃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、シリコンウエハーの反りが大きくなつて、電
極パターンを作成することが困難となる。このシ
リコンウエハーの反りは、最近のようにウエハー
の寸法が大口径化されると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−Al2O3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
い欠点があつた。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エハーと比べて大き
いため、被覆したガラスに亀裂が入つたり、ま
た、シリコンウエハーが反つて電極パターンを作
成することが困難となる問題があつた。 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エハーに直
接被覆した場合にガラスの割れがなく、シリコン
ウエ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−SiO2
系のガラス粉末に、重量比でウイレマイト粉末
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
−B2O3−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％、SiO230〜50
％、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％、SiO20.1〜50％、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，Al2O3の成分以外に、
MnO2，CeO2，Sb2O3，ZrO2を各５％以下、
Ta2O5，TiO2，La2O5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
PbO−B2O3−SiO2系ガラスの組成側と各ガラス
の軟化点、熱膨張係数、封着温度を示す。
【表】
【表】
上記の鉛系のガラス粉末は、全体的に好ましい
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つてい
る。従つて、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、ウイレマイト粉末、ジルコ
ン粉末の一者又は両者を所定量混合する。ウイレ
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、シリコンウエハ
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エ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。ウイレマイト（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SiO2粉末とを固相反応によつて合成した
ものが用いられる。 このウイレマイト粉末、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、
重量比でウイレマイト粉末0.01〜9.0％、ジルコ
ン粉末0.01〜5.0％の範囲で混合して用いる。そ
のウイレマイト粉末、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
流が大きくなつて好ましくないとともに、流動性
が悪くなつ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、本発明におけるウイ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（Metal−Qxide−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
導体素子表面の電荷密度（NFB）を測定し、ウ
イレマイト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、先の表に掲げられ
ているPbO−SiO2系のNo.１ガラス（PbO53.0％、
SiO244％、Al2O33.0％）にウイレマイト粉末を添
加していつたとき、ウイ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、ウイ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
イレマイト粉末を加えたものに、更にジルコン粉
末を添加していつたとき、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イ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＋ウイ
レマイト粉末５重量％、(C)No.１ガラス＋ウイレマ
イト粉末５重量％＋ジルコン粉末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
覆して作製した半導体装置の耐圧特性（逆方向洩
れ電流が1uAになつたときの逆電圧）を示してい
る。同図よりウイレマイト粉末、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
するに当つては、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ツチを、1500〜
1600℃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する。このガラス粉末に対
し、ウイレマイト粉末の0.01〜9.0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。 シリコンウエハーの被覆、封着に当つては、上
述のように製造した被覆用ガラスを電気的泳動法
によつてシリコンウエハーの表面に塗布する。次
いで被覆したシリコンウエ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
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。
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つてい
る。従つて、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、ウイレマイト粉末、ジルコ
ン粉末の一者又は両者を所定量混合する。ウイレ
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、シリコンウエハ
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エ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。ウイレマイト（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SiO2粉末とを固相反応によつて合成した
ものが用いられる。 このウイレマイト粉末、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、
重量比でウイレマイト粉末0.01〜9.0％、ジルコ
ン粉末0.01〜5.0％の範囲で混合して用いる。そ
のウイレマイト粉末、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
流が大きくなつて好ましくないとともに、流動性
が悪くなつ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、本発明におけるウイ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（Metal−Qxide−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
導体素子表面の電荷密度（NFB）を測定し、ウ
イレマイト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、先の表に掲げられ
ているPbO−SiO2系のNo.１ガラス（PbO53.0％、
SiO244％、Al2O33.0％）にウイレマイト粉末を添
加していつたとき、ウイ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、ウイ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
イレマイト粉末を加えたものに、更にジルコン粉
末を添加していつたとき、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イ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＋ウイ
レマイト粉末５重量％、(C)No.１ガラス＋ウイレマ
イト粉末５重量％＋ジルコン粉末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
覆して作製した半導体装置の耐圧特性（逆方向洩
れ電流が1uAになつたときの逆電圧）を示してい
る。同図よりウイレマイト粉末、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
するに当つては、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ツチを、1500〜
1600℃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する。このガラス粉末に対
し、ウイレマイト粉末の0.01〜9.0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。 シリコンウエハーの被覆、封着に当つては、上
述のように製造した被覆用ガラスを電気的泳動法
によつてシリコンウエハーの表面に塗布する。次
いで被覆したシリコンウエ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
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。
第１図は鉛系ガラス粉末にウイレマイト粉末を
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％のウイレマイト
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に誘起される表面電荷
密度を示し、第３図は、鉛系ガラス、それにウイ
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。
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％のウイレマイト
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に誘起される表面電荷
密度を示し、第３図は、鉛系ガラス、それにウイ
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。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ PbOを40〜70重量％含有し、軟化点が550〜
800℃、熱膨張係数が30〜55×10-7℃（130〜300
℃）の非結晶性のPbO−SiO2系あるいはPbO−
B2O3−SiO2系のガラス粉末に、重量比でウイレ
マイト粉末0.01〜9.0％、ジルコン粉末0.01〜5.0
％の一者又は両者を混合してなる半導体被覆用ガ
ラス。 ２ 前記PbO−SiO2系ガラス粉末は、主たる成分
が重量％で、PbO40〜70％、SiO230〜50％、
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 前記PbO−B2O3−SiO2系のガラス粉末は、
主たる成分が重量％でPbO40〜70％、B2O30.1〜
15％、SiO20.1〜50％、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56139363A JPS5840845A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | 半導体被覆用ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56139363A JPS5840845A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | 半導体被覆用ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5840845A JPS5840845A (ja) | 1983-03-09 |
| JPS6160583B2 true JPS6160583B2 (ja) | 1986-12-22 |
Family
ID=15243581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56139363A Granted JPS5840845A (ja) | 1981-09-03 | 1981-09-03 | 半導体被覆用ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5840845A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59167023A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-20 | Toshiba Corp | 半導体パツシベ−シヨン用ガラス |
| JPS6229145A (ja) * | 1985-07-30 | 1987-02-07 | Nippon Electric Glass Co Ltd | 大口径シリコンウェハー被覆用ガラス |
| JP2764880B2 (ja) * | 1989-12-28 | 1998-06-11 | 日本電気硝子株式会社 | 半導体被覆用ガラス |
| US20060102228A1 (en) * | 2004-11-12 | 2006-05-18 | Ferro Corporation | Method of making solar cell contacts |
-
1981
- 1981-09-03 JP JP56139363A patent/JPS5840845A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5840845A (ja) | 1983-03-09 |
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