JPS6349897B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は半導体素子のパツシベーシヨンのため
のガラス被覆方法に関する。 半導体素子のｐ−ｎ接合部表面を多成分系ガラ
スで覆い、これによつてその表面汚染を防止する
ことが行われている。このガラス被覆は所謂ガラ
スパツシベーシヨンと称されるもので、上記作用
のほか、素子の耐熱性を向上し得る等の効果を奏
し、高信頼性機種に多く用いられている。このパ
ツシベーシヨンに用いられるガラスは、高温や高
電界に対して安定であり、また有害なアルカリイ
オン等を含まず、更には表面電荷密度が適当な範
囲内にあること、熱膨張特性がシリコン等の半導
体素子と略々等しく、これによつてガラスクラツ
クを生じないこと等の諸仕様を満たすことが必要
である。 しかして従来一般にパツシベーシヨン用として
多く用いられているものに、PbO−B₂O₃−SiO₂
系ガラス、PbO−Al₂O₃−SiO₂系ガラス、ZnO−
B₂O₃−SiO₂系ガラス等があるが、いずれも上記
条件を完全に満していないと言う不具合がある。
然し乍ら、この中ではZnO−B₂O₃−SiO₂系ガラ
スは、電気的特性に優れていることから、高耐
圧・大容量等の高級機種の信頼性向上の為に多く
適用されている。ところが、この種、ZnO−
B₂O₃−SiO₂系ガラスは、その熱膨張係数が半導
体素子であるシリコンとのマツチング性が良くな
く、この結果ガラスクラツクや反り等を起し易い
と言う不具合を有している。そこでこのガラス中
に低膨張率のZnO−SiO₂結晶等を析出させ、こ
れによつて全体の膨張係数を小さくした所謂結晶
化ガラスとして用いることが行われている。これ
は、組成および添加物を吟味したガラスを粉末化
して半導体素子に塗布被覆したのち、これを焼成
してガラスを緻密化すると同時に結晶を析出させ
ることによつて実現される。ところが一般的には
ガラスの結晶化が進行するに従つて流動性が減少
し、この結果結晶析出量の多いガラスではピンホ
ールやボイドが出来易くなると言う問題がある。
また流動性を増したガラスにあつては結晶化が不
十分となり、この為膨張係数の低減を図ると言う
所期の目的が達せられなくなる問題がある。つま
り、この流動性と結晶性との相反する特性を十分
に満足させることが非常に困難であつた。その
上、例えば高耐圧トランジスタ等のように深いメ
サ溝にガラスを充填する場合、特に従来の結晶化
ガラスではその流動性の問題に起因して、ガラス
内部やシリコンとの界面に気泡が残り、目的とす
る電気的特性が得られなくなる問題が生じた。 本発明はこのような事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、特に深いメサ溝
を有する半導体素子のパツシベーシヨンに適し
た、ZnO−B₂O₃−SiO₂系ガラスを用いた半導体
素子のガラス被覆方法を提供することにある。 本発明は、ZnO−B₂O₃−SiO₂系ガラスの特徴
を有効に利用したもので、この系のガラス単体で
は、軟化流動する温度に加熱しても結晶化し難い
組成であつても、この同じ系の結晶化物と上記温
度で接触させると容易に結晶化すると言う現象を
見出し、これを積極的に利用して、軟化流動点温
度で結晶化し難い難結晶性ガラスと、上記軟化流
動点温度で結晶化し易い結晶性ガラスとを混合し
て半導体素子に塗布、焼成し、難結晶性ガラスを
結晶化することを要旨とするものである。 しかして、今、難結晶性ガラスと結晶性ガラス
の各粉末を混合してなる混合ガラスを軟化流動点
温度まで焼成加熱すると両ガラス組成共に流動
し、時間経過に伴つて結晶性ガラスの粒子中に結
晶が析出してくる。そして、十分な量の結晶が析
出すると、その結晶が核となつて難結晶性ガラス
が結晶化するに至る。尚、このときまでに要する
時間は、通常のつまり従来の結晶化ガラスが固化
するに要する時間よりはるかに長く、その間難結
晶ガラスの流動性が保たれることになるから、そ
の結果全体としての流動性が極めて良くなる。そ
の上、上記流動性と結晶化との役割を上記両ガラ
ス組成にそれぞれ分担させることができるので、
個々のガラス組成を自由に選択することが可能と
なり、従来の結晶化ガラスのようにその粒度や焼
成条件等に対する厳密な制御が不要となる効果も
奏する。 しかして、ここで用いられるガラスはZnO−
B₂O₃−SiO₂系ガラスであり、このガラス系の基
本成分にAl₂O₃、Y₂O₃、PbO、BaO、Ta₂O₅、
MnO、SnO₂、La₂O₅等の各種酸化物を添加した
ものを用いることも勿論可能である。これらの系
の中で前記した結晶性ガラス組成と難結晶性ガラ
ス組成とは、例えば示差熱分析により、700〜750
℃の温度域において発熱ピークのあるものを結晶
性ガラス組成、そして同条件で発熱ピークのない
ものを難結晶性ガラス組成として定義できる。
尚、上記温度域（700〜750℃）はガラスの焼成温
度、つまりガラス単体が軟化流動する温度を示し
ている。しかしてこのようなガラス組成は、例え
ば目標組成物に対してホウ酸、亜鉛華、精製ケイ
砂、水酸化アルミニウム、鉛丹などの原料を調合
し、これを白金ルツボを用いて電気炉で1350℃程
度に加熱溶融することによつて得られる。その
後、この得られたガラスを粉砕して粉末化し、難
結晶性ガラスおよび結晶性ガラスの各粉体を目標
とする割合に混合する。しかるのちこの混合ガラ
ス粉体を、ドクターブレード法等の手段によつて
半導体素子表面のベベル部等に塗布し、同ガラス
が軟化流動する温度で焼成することによつて、目
的とする半導体のガラスパツシベーシヨンが完了
することになる。尚、結晶性ガラスの難結晶性ガ
ラスに対する混合割合は、15〜50％程度とするこ
とが適当である。但し、難結晶性および結晶性ガ
ラスは、それぞれ単一組成である必要はなく、２
種以上の混合組成であつても良いことは勿論のこ
とである。 次表は、難結晶性ガラスと結晶性ガラスの代表
的な組成例を示したもので、その組成割合は重量
％で示してある。また試料Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは難結
晶性ガラスを示しており、試料Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、
Ｉは結晶性ガラスを示している。

【表】 次に本発明の実施例につき示す。先ず320メツ
シユを通過した上記表中試料Ｂなる難結晶性ガラ
ス70重量％と、同じく上記表中試料Ｇである結晶
性ガラス30重量％とを秤り取り、これに同量の純
水を加えて良く混合する。しかして、このガラス
スラリーを、例えば幅50μｍ、深さ100μｍのベベ
ル溝を有する電力用トランジスタの上記ベベル溝
にドクターブレード法により充填し、720℃で焼
成した。しかるのちこれを冷却し、上記溝の断面
を取つて研磨し、顕微鏡を用いてガラスの充填度
を調べたところ、ボイドを全く検出できなかつ
た。またこのトランジスタの目標とするV_CBOの
値、1200Vの耐圧（0.1ｍＡレンジ）にあつて、
極めてハードで良好なＶ−特性を示すことが確
認された。 また同様な混合ガラスからなるスラリーを黒鉛
の容器に流し込んで上記実施例と同様に720℃で
焼成し、これによつて得られたガラス塊の熱膨張
係数を測定したところ、100〜300℃における平均
熱膨張係数は36×10^-7／℃であつた。ちなみに試
料Ｂの熱膨張係数は46×10^-7／℃であり、実施例
に係るガラスの熱膨張係数がシリコン（半導体）
に近似することが確認された。また、試料Ｇのガ
ラスを単独で焼成した場合、結晶化し、殆んど流
動性がみられなかつた。 以上のことから明らかなように、本発明に係る
半導体被覆用ガラスは、ZnO−B₂O₃−SiO₂系ガ
ラスからなり、難結晶性ガラスと結晶性ガラスと
を混合した組成からなり、その焼成によつて上記
結晶性ガラスを核として難結晶ガラスが結晶化す
ることから、例えば半導体の深いメサ溝にガラス
を充填する場合では従来のような不都合を招くこ
となく良好にパツシベーシヨンできると言う、絶
大なる効果を奏する。 尚、本発明は上記実施例に限られるものではな
い。例えばガラスの混合割合いやその組成は仕様
に応じて定めればよいものであり、要するに本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス軟化流動温度までの焼成によつても結
   晶化し難いZnO−B₂O₃−SiO₂系の難結晶性ガラ
   ス粉末に、前記軟化流動温度までの焼成によつて
   結晶化し易いZnO−B₂O₃−SiO₂系の結晶性ガラ
   ス粉末を混合して半導体素子表面に塗布、焼成
   し、前記難結晶性ガラスを結晶化することを特徴
   とする半導体素子のガラス被覆方法。 ２ 結晶性ガラスの難結晶性ガラスに対する混合
   割合いは15〜50％である特許請求の範囲第１項記
   載の半導体素子のガラス被覆方法。