【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この発明は、通常のICは勿論のこと、大容量
メモリー素子である64KRAMや256KRAM等の
メモリーや、各種の超LSI等の半導体装置のアツ
センブリーに際して、気密封着用の封着剤として
使用するのに適した低融点ガラス、特にメモリー
エラーの発生を低減させたホウ酸鉛系の低融点ガ
ラスに関するものである。
一般に、半導体装置の一つとして、第２図に概
略縦断面図で示されているサーデイツプタイプの
パツケージが知られている。このサーデイツプタ
イプのパツケージは、主として、所定のキヤビテ
イ３を形成させるための凹所を有するアルミナセ
ラミツク容器２，２′と、一方のアルミナセラミ
ツク容器の凹所にろう付けされた半導体素子５
と、ボンデイングリード線４，４′と、そのリー
ド線を挾んで一対のアルミナセラミツク容器２，
２′を互に気密に封着しているガラスシール１で
構成されており、このようなサーデイツプタイプ
のパツケージは、例えば、第１図に示されるよう
なサーデイツプ、すなわち一対のアルミナセラミ
ツク容器２，２′の互に接合すべき表面にガラス
粉末のスラリー１′を塗布した後に、重ね合わせ
て炉内でガラス粉末を加熱溶融することによつ
て、得ることができる。
このような半導体装置の気密封着用の低融点ガ
ラスとしては、若干量のAl2O3、SiO2、ZnO、
PbF2等が添加され、通常PbO：70〜85重量％お
よびB2O3：10〜13重量％を主成分とするホウ酸
鉛系ガラスが従来用いられているが、上記のサー
デイツプの材質は通常純度：92重量％位のアルミ
ナであつて、その線膨脹係数は30〜70×10-7／℃
程度であるところから、β―ユークリープタイト
やチタン酸鉛の結晶粉末のようなフイラーをこの
ような低融点ガラス粉末に約30〜50重量％加えて
ガラスの線膨脹係数を75〜45×10-7／℃位に調整
している。
このように半導体装置のアツセンブリーには、
外部雰囲気の遮断性にすぐれた封着剤としてホウ
酸鉛系の低融点ガラスが使用されているが、この
ような従来のガラスを封着剤として使用した半導
体装置では半導体メモリーが一過性の誤動作を起
こす現象があり、そのメモリーエラーのために装
置の信頼性に難点があつた。
そこで、本発明者は、上記のような観点から、
半導体装置のメモリーエラーの発生を防止すべく
種々研究を重ねた結果、このメモリーエラーの発
生は低融点ガラス中に不可避不純物として含まれ
る放射性同位元素に起因することを見出すととも
に、その含有量を20ppb（1ppbは１億分の１）未
満とすれば放射性α粒子のカウント数を0.1CPH
（カウント／時）／cm2以下に抑えることが可能と
なり、以つてメモリーエラーの発生がなく、きわ
めて信頼性の高い半導体装置を得ることができる
という知見を得た。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、不可避不純物としての放射性同位元
素の含有量を20ppb未満とすることによつて放射
性α粒子のカウント数を0.1CPH／cm2以下とし、
以つてメモリーエラーの発生を低減させたことを
特徴とする半導体装置封着用のホウ酸鉛系低融点
ガラスに特徴を有するものである。
つぎに、この発明の低融点ガラスにおいて、不
可避不純物としての放射性同位元素の含有量を上
記の通りに限定した理由を説明する。すなわち、
通常の方法で製造された酸化鉛またはホウ酸鉛中
にはＵ、Th等の放射性同位元素が100ppb以上も
含有されており、これは放射性α粒子のカウント
数で、数CPH／cm2〜数100CPH／cm2に相当する。
このように放射性同位元素の含有量が高い酸化鉛
またはホウ酸鉛を主成分とする低融点ガラスを、
半導体装置の封着に使用すると、このガラスから
発する放射性α粒子がメモリーエラーの原因とな
り、信頼性のないものとなる。したがつて、これ
らの放射性同位元素による悪影響が現われないよ
うにするためには、放射性同位元素の含有量を
20ppb未満として、放射性α粒子のカウント数を
0.1CPH／cm2以下にする必要がある。
つぎに、この発明の低融点ガラスを実施例によ
り具体的に説明する。
実施例
原料として放射性同位元素の含有量を低く調製
した酸化鉛とホウ酸鉛、およびホウ酸、水酸化ア
ルミニウム、珪砂、フツ化鉛、亜鉛華を用意し、
所定量を第１表に示される配合組成に配合し、混
合して白金るつぼに装入し、800〜900℃にて約30
分間溶融させた後冷却して板状に成形し、粉砕し
て、それぞれ配合組成と実質的に同一の組成をも
ち、かつ放射性同位元素の含有量が20ppb未満で
ある本発明低融点ガラス１〜３の150メツシユ以
下の粉末を製造し、さらに、酸化鉛とホウ酸鉛と
して、それぞれ放射性同位元素の含有量が高い通
常の酸化鉛とホウ酸鉛を使用する以外は、同一の
条件で放射性同位元素の含有量が本発明の範囲か
ら外れて高い比較低融点ガラス１〜３の粉末を製
造した。
ついで、上記のようにして製造された各低融点
ガラス：55重量％とβ―ユークリープタイト：45
重量％を適当量のビークル（アクリル樹脂のテル
ピネオール溶液）と十分に混合して封着剤スラリ
ーを作成し、これを第１図に示すようなアルミナ
セラミツク容器２および２′の表面にスラリー
１′としてそれぞれ0.3mmの厚さに塗布し、乾燥
後、電気炉中340℃で10分間保持することによつ
てスラリーを焼結させ、つぎに、リード線４，
４′と接続している半導体素子５をキヤビテイ３
に収
This invention can be used as a sealant for hermetically sealing not only ordinary ICs, but also large-capacity memory devices such as 64KRAM and 256KRAM, and semiconductor devices such as various VLSIs. The present invention relates to a suitable low melting point glass, particularly a lead borate based low melting point glass that reduces the occurrence of memory errors. 2. Description of the Related Art Generally, as one type of semiconductor device, a dipping type package shown in a schematic vertical cross-sectional view in FIG. 2 is known. This ceramic type package mainly consists of alumina ceramic containers 2, 2' each having a recess for forming a predetermined cavity 3, and a semiconductor element 5 brazed into the recess of one of the alumina ceramic containers.
, bonding lead wires 4, 4', and a pair of alumina ceramic containers 2, sandwiching the lead wires.
2' and a glass seal 1 which hermetically seals them together. Such a cerdip type package is, for example, a cerdip type package shown in FIG. 1, that is, a pair of alumina ceramic containers. It can be obtained by applying a slurry of glass powder 1' to the surfaces of 2 and 2' to be joined together, and then stacking them together and heating and melting the glass powder in a furnace. Low melting point glasses for hermetically sealing semiconductor devices include a small amount of Al 2 O 3 , SiO 2 , ZnO,
Lead borate glass containing PbF 2 etc. as its main components, usually PbO: 70-85% by weight and B 2 O 3 : 10-13% by weight, is conventionally used. Normal purity: Alumina of about 92% by weight, and its linear expansion coefficient is 30 to 70×10 -7 /℃
Since it is about 30% to 50% by weight of filler such as β-eucreptite or lead titanate crystal powder to such low melting point glass powder, the coefficient of linear expansion of the glass can be increased to 75 to 45 x 10. It is adjusted to around -7 /℃. In this way, in the assembly of semiconductor devices,
Lead borate-based low-melting glass is used as a sealant with excellent sealing properties against external atmosphere, but in semiconductor devices that use such conventional glass as a sealant, semiconductor memory may be temporarily damaged. There was a phenomenon that caused a malfunction, and the reliability of the device was compromised due to the memory error. Therefore, from the above viewpoint, the present inventors
As a result of various studies to prevent the occurrence of memory errors in semiconductor devices, it was discovered that the occurrence of memory errors is caused by radioactive isotopes contained as unavoidable impurities in low melting point glass, and the content was reduced to 20 ppb. (1ppb is 1/100,000,000th) If it is less than 0.1CPH, the number of radioactive α particles is 0.1CPH
(counts/hour)/cm 2 or less, and we obtained the knowledge that an extremely reliable semiconductor device without memory errors can be obtained. This invention was made based on the above knowledge, and by reducing the content of radioactive isotopes as unavoidable impurities to less than 20 ppb, the count number of radioactive α particles is reduced to 0.1 CPH/cm 2 or less,
The present invention is characterized by a lead borate-based low melting point glass for sealing semiconductor devices, which is characterized by reduced occurrence of memory errors. Next, the reason why the content of the radioactive isotope as an unavoidable impurity in the low melting point glass of the present invention is limited as described above will be explained. That is,
Lead oxide or lead borate produced by conventional methods contains more than 100 ppb of radioactive isotopes such as U and Th, and this is the count number of radioactive α particles, ranging from several CPH/cm 2 to several Equivalent to 100CPH/ cm2 .
In this way, low melting point glass whose main component is lead oxide or lead borate, which has a high content of radioactive isotopes,
When used to seal semiconductor devices, the radioactive α particles emitted from this glass cause memory errors and become unreliable. Therefore, in order to prevent the negative effects of these radioactive isotopes from appearing, the content of radioactive isotopes must be reduced.
The number of counts of radioactive alpha particles is set as less than 20 ppb.
It is necessary to keep it below 0.1CPH/ cm2 . Next, the low melting point glass of the present invention will be specifically explained with reference to Examples. Example: Prepare lead oxide and lead borate with low radioisotope content as raw materials, as well as boric acid, aluminum hydroxide, silica sand, lead fluoride, and zinc white.
A predetermined amount was blended into the composition shown in Table 1, mixed and charged into a platinum crucible, and heated at 800 to 900℃ for about 30 minutes.
The low melting point glasses 1 to 1 of the present invention are melted for a minute, then cooled, formed into a plate shape, and crushed, each having a composition substantially the same as the blended composition and containing less than 20 ppb of radioactive isotopes. In addition, the radioactive isotopes were produced under the same conditions except that ordinary lead oxide and lead borate, which have a high content of radioisotopes, were used as lead oxide and lead borate, respectively. Comparative low-melting glass powders 1 to 3 were produced with high elemental contents outside the range of the present invention. Next, each low melting point glass produced as described above: 55% by weight and β-eucreptite: 45% by weight.
% by weight with an appropriate amount of vehicle (terpineol solution of acrylic resin) to prepare a sealant slurry, and apply slurry 1' on the surface of alumina ceramic containers 2 and 2' as shown in FIG. After drying, the slurry was sintered by holding it at 340°C for 10 minutes in an electric furnace.
The semiconductor element 5 connected to the cavity 3
fits in
【表】
納してから、これを重ね合せて450℃に加熱し、
この温度で10分間保持して気密封着を完了させた
後、徐々に冷却させた。
このようにして得られた各パツケージにおける
封着用低融点ガラスの放射性同位元素含有量およ
びα粒子カウント数を測定すると共に、パツケー
ジのメモリーエラーの有無も観察した。これらの
結果を第１表に合せて示した。
第１表に示される結果から、放射性同位元素の
含有量が20ppb未満である本発明低融点ガラス１
〜３を用いた場合にはいずれもα粒子のカウント
数が0.1CPH／cm2以下であつて、メモリーエラー
の発生が認められず、これに対して放射性同位元
素の含有量が本発明の範囲から外れて高いために
α粒子のカウント数が著しく大きい従来の比較低
融点ガラス１〜３の場合には、メモリーエラーが
発生するものであつた。
上述のように、この発明の低融点ガラスは、α
粒子を放射する放射性同位元素を20ppb未満しか
含まないので、半導体装置の封着用ガラスとして
使用した場合、そのα粒子に起因するメモリーエ
ラーの発生を著しく低減することができる。[Table] After storing, stack them on top of each other and heat them to 450℃.
After maintaining this temperature for 10 minutes to complete hermetic sealing, it was gradually cooled. In each package thus obtained, the radioisotope content and alpha particle count of the low-melting glass for sealing were measured, and the presence or absence of memory errors in the package was also observed. These results are also shown in Table 1. From the results shown in Table 1, it can be seen that the low melting point glass 1 of the present invention has a radioisotope content of less than 20 ppb.
- 3, the count number of α particles was 0.1 CPH/cm 2 or less, and no memory error was observed, and on the other hand, the radioactive isotope content was within the range of the present invention. In the case of conventional comparative low-melting point glasses 1 to 3, in which the count number of α particles is significantly large due to the extremely high number of α particles, a memory error occurs. As mentioned above, the low melting point glass of this invention has α
Since it contains less than 20 ppb of radioactive isotopes that emit particles, when used as sealing glass for semiconductor devices, it can significantly reduce the occurrence of memory errors caused by alpha particles.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図はIC用のアルミナセラミツク容器に封
着剤スラリーを塗布した状態を示し、第２図は
ICのサーデイツプタイプ・パツケージの概略縦
断面図である。図面において、
１…封着剤、１′…封着剤スラリー、２，２′…
アルミナセラミツク容器、３…キヤビテイ、４，
４′…リード線、５…半導体素子。
Figure 1 shows the sealant slurry applied to an alumina ceramic container for IC, and Figure 2 shows
FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of a deep-type IC package. In the drawings, 1...Sealant, 1'...Sealant slurry, 2, 2'...
Alumina ceramic container, 3...cavity, 4,
4'...Lead wire, 5...Semiconductor element.