JPS6325702B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6325702B2 JPS6325702B2 JP56135809A JP13580981A JPS6325702B2 JP S6325702 B2 JPS6325702 B2 JP S6325702B2 JP 56135809 A JP56135809 A JP 56135809A JP 13580981 A JP13580981 A JP 13580981A JP S6325702 B2 JPS6325702 B2 JP S6325702B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- coating
- powder
- amount
- semiconductor
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/60—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of insulating materials
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
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
極材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、
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（hard
breakdown）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荷の
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―SiO2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 breakdown）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つた。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
いからであつた。 本発明の目的は、従来のZnO―B2O3―SiO2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)項の被覆後ガラス中の電荷量が半導体装置
の設計にあつ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。 本発明者は、ZnO―B2O3―SiO2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、ZnO45〜75％、B2O315〜35％、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％添加してなる組成物である。 本発明は、ZnO―B2O3―SiO2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、従つて、
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つ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
％、B2O315〜35％、SiO22〜20％からなる。この
主成分のZnO、B2O3、SiO2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つて、半導体素子に対する
ねれが悪くなり、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、B2O3、SiO2以外に、
PbO、GeO2を各15％以下、Bi2O3、Nb2O5、
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。
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
極材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、
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（hard
breakdown）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荷の
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―SiO2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 breakdown）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つた。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
いからであつた。 本発明の目的は、従来のZnO―B2O3―SiO2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)項の被覆後ガラス中の電荷量が半導体装置
の設計にあつ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。 本発明者は、ZnO―B2O3―SiO2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、ZnO45〜75％、B2O315〜35％、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％添加してなる組成物である。 本発明は、ZnO―B2O3―SiO2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、従つて、
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つ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
％、B2O315〜35％、SiO22〜20％からなる。この
主成分のZnO、B2O3、SiO2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つて、半導体素子に対する
ねれが悪くなり、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、B2O3、SiO2以外に、
PbO、GeO2を各15％以下、Bi2O3、Nb2O5、
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。
【表】
本発明の被覆用ガラスは、上記のようなZnO―
B2O3―SiO2系の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。従つ
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値に変化はない。 本発明の半導体被覆用ガラスを用い、金属（ア
ルミニユウム電極）―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、
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つたとき、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つたとき、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1μAになつたときの逆電
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つており、且つ好ましい
ハードブレークダウン（○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、好ましいハードブレークダ
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著な効果がある。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
ず濡れが悪くなつ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
するに当つては、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ツチを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メツシユで分級する。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、封着に当つては、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、電気泳動法によつ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高信頼性半導体装置を
得ることができる。
B2O3―SiO2系の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。従つ
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値に変化はない。 本発明の半導体被覆用ガラスを用い、金属（ア
ルミニユウム電極）―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、
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つたとき、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つたとき、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1μAになつたときの逆電
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つており、且つ好ましい
ハードブレークダウン（○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、好ましいハードブレークダ
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著な効果がある。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
ず濡れが悪くなつ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
するに当つては、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ツチを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メツシユで分級する。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、封着に当つては、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、電気泳動法によつ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高信頼性半導体装置を
得ることができる。
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。
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。
Claims (1)
- １ 主成分が、重量％で、ZnO45〜75％、
B2O315〜35％、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56135809A JPS5837925A (ja) | 1981-08-29 | 1981-08-29 | 半導体被覆用ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56135809A JPS5837925A (ja) | 1981-08-29 | 1981-08-29 | 半導体被覆用ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5837925A JPS5837925A (ja) | 1983-03-05 |
| JPS6325702B2 true JPS6325702B2 (ja) | 1988-05-26 |
Family
ID=15160322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56135809A Granted JPS5837925A (ja) | 1981-08-29 | 1981-08-29 | 半導体被覆用ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5837925A (ja) |
-
1981
- 1981-08-29 JP JP56135809A patent/JPS5837925A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5837925A (ja) | 1983-03-05 |
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