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JPS6246505B2 - - Google Patents
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JPS6246505B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6246505B2
JPS6246505B2 JP55005805A JP580580A JPS6246505B2 JP S6246505 B2 JPS6246505 B2 JP S6246505B2 JP 55005805 A JP55005805 A JP 55005805A JP 580580 A JP580580 A JP 580580A JP S6246505 B2 JPS6246505 B2 JP S6246505B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
printing
paste
organic medium
temperature
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
Application number
JP55005805A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS56104749A (en
Inventor
Masaaki Takahashi
Yutaka Misawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP580580A priority Critical patent/JPS56104749A/en
Publication of JPS56104749A publication Critical patent/JPS56104749A/en
Publication of JPS6246505B2 publication Critical patent/JPS6246505B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は半導体装置の表面安定化に用いるため
の印刷用ガラスペーストに係わる。 半導体装置のpn接合部をガラス膜で被覆する
ガラス、パツシベーシヨン方法に於いて、pn接
合部にガラス粉末を付着する方法は種々あるが、
一般的には、電気泳動法が良く用いられている。 電気泳動法によるガラスの付着方法は、ガラス
粉末を付けるべきpn接合部のみ酸化膜を除いて
シリコン面を露出させたのち、ガラス粉末を分散
させたイソプロピルアルコール中に電解質として
のNH3ガス等を吹き込んだ泳動液中で、シリコン
ウエハを負側、対向電極を正側として直流電圧を
印加するところで、pn接合部分にガラス粉末を
付着できるという簡便な方法であり、比較的量産
に向いている。 前述の従来法の欠点は、パツシベーシヨン用と
して市販されているガラス粉末の粒径が325メツ
シユのふるいを通したものであり、電気泳動法で
用いるガラス粉末は大体15μm程度のものである
ために、ガラス粉末の有効使用量が約20%程度と
低いことである。また、分散媒としてのイソプロ
ピルアルコール等の有機溶媒を多量に使用するた
め、むだが多いことや、有機溶媒中で比較的高い
電圧を印加するので放電による引火の危険等も心
配される。さらに、分散媒中のNH3濃度やガラス
濃度の調整が困難であるため、半導体ウエハへの
ガラス付着量が異なり、これを焼いて得られるガ
ラス膜の厚みの再現性に乏しく、しばしば半導体
装置の特性不良を生じ、歩留りが悪いという問題
があつた。 上記した従来法の欠点を防ぐ方法としては、ス
クリーン印刷法やドクターブレーデイング法があ
げられる。これらの方法は、電気泳動法や遠心沈
降法等と共に早くから検討されているものであ
る。現在、ハイブリツドICの分野では、導体被
膜、抵抗被膜あるいは誘電体被膜等の回路構成に
際してスクリーン印刷を用いることが一般的であ
り、その印刷用ガラスペーストも市販されてい
る。 しかし、一般的に用いられている印刷用ガラス
ペースト中の有機媒体は、主に、ジエチレングリ
コールモノブチルエーテルとセルローズ類あるい
はテレピノールとセルローズ類の組合せが多い。
これらの中でエチルセルローズやテレピノール等
は多量のアルカリを含有している。過去に、上記
した有機媒体を用いた印刷ペーストを用いて半導
体装置のpn接合部にスクリーン印刷し、パツシ
ベーシヨンする試みがなされているが、半導体装
置の電気的特性、例えば阻止電圧、もれ電流ある
いは信頼性の点から好ましい結果は得られていな
い。このため、前述した電気泳動法の欠点をおぎ
なうガラス粉末の付着方法としてのスクリーン印
刷法に用いる印刷ペーストの開発が要望されてい
る。 本発明は、上記の欠点を除き、半導体装置の
pn接合をガラス・パツシベーシヨンするに適し
た印刷用ガラスペーストを提供することを目的と
する。 本発明になる印刷用ガラスペーストに用いる有
機媒体は一般に市販されているメタクリル酸イソ
ブチルエステルをジエチレングリコールジブチル
エーテルで溶解したものである。これらの有機媒
体を用いて得られる印刷用ガラスペーストは、一
般に用いられているセルローズ系の有機媒体を用
いた場合と同程度の印刷特性を示すことが判つ
た。そこで、これらの有機媒体のNaの含有量に
ついて分析した結果、セルローズ類では600ppm
以上含まれるのに対してメタクリル酸イソブチル
エステルで10〜17ppm、ジエチレングリコール
ジブチルエーテルで1〜3ppmと低く、一般的に
市販されているパツシベーシヨン用ガラスに含ま
れる量40ppmに比べて約1/2低いことが判つ
た。 第1図は本発明になる印刷用ガラスペースト、
すなわちガラス粉末とメタクリル酸イソブチルエ
ステルの配合割合とメタクリル酸イソブチルエス
テルの分子量との関係を示す。メタクリル酸イソ
ブチルエステルは常温では粉末状であるため有機
媒体のジエチレングリコールジブチルエーテルに
溶解した溶液を有機溶媒として用いた。印刷用ガ
ラスペーストを一般的にスクリーン印刷法で用い
られている粘度に調整するためにはガラス粉末の
量あるいは有機媒体の量によつて決定される。 さらに印刷用ガラスペーストの粘度は、上記し
たガラス粉末の量や有機媒体の濃度の他に、ガラ
ス粉末の粒子径および有機媒体の分子量によつて
も変わる。図中のAおよびBはそれぞれ分子量が
50000〜60000,80000〜90000の異なるメタクリル
酸イソブチルエステルを用いた場合を示す。 また、ガラス粉末の粒子径においては、目的が
半導体装置のパツシベーシヨンにあり、この目的
にあうパツシベーシヨン用ガラス粉末の一般的な
粒子径は大体40μm以下であるので、前述した三
項すなわち、ガラス粉末の量、有機媒体の濃度あ
るいは分子量が最も重要な因子と考えられる。印
刷ペーストは、粘度の外にスキージの摺動に対し
て流動性をもち、基板上に印刷された後は印刷ペ
ーストが流れだしてパターンの形がくずれること
がないという性質をもたせねばならない。 本発明になる印刷用ガラスペーストは、有機媒
体にメタクリル酸イソブチルエステルをジエチレ
ングリコールジブチルエーテルに溶解したものを
用いている。このメタクリル酸イソブチルエステ
ルの量は当然印刷性に大きな影響を与える。例え
ば、有機媒体に重量%で2%以下のメタクリル酸
イソブチルエステルを用いた印刷ペーストは、流
動性に欠け、ガラス粉末がスクリーンマスクを通
らなかつたり、あるいは有機媒体のみがマスクを
通過したり等して所望のパターンを形成すること
が困難である。メタクリル酸イソブチルエステル
の有機溶媒(例えば、キシレンおよびトルエン)
等に溶解する割合は大体50〜60重量%程度であ
る。本発明に用いたジエチレングリコールジブチ
ルエーテルでも約70重量%が限度である。 ただし、この比較的高濃度のメタクリル酸イソ
ブチルエステルにガラス粉末を加えて印刷ペース
トを作成し、スクリーン印刷によりパターンニン
グしても、ガラス粉末が均一に分散されないこと
等の理由から、例えばシリコン上に焼き付けられ
たガラス膜は膜厚も均一性がなく、またガラス膜
の形成されない部分ができる等、半導体用の印刷
用ガラスペーストには適さない。上記した欠点の
ないガラス膜が形成できるメタクリル酸イソブチ
ルエステルの濃度の上限は50重量%以下である。
従つて本発明の目的にあう印刷用ガラスペースト
の有機媒体は2〜50重量%のメタクリル酸イソブ
チルエステルを用いれば良く、これにガラス粉末
を加えて15000〜50000cpの粘度に調整すれば良
い。印刷用ガラスペーストの粘度が15000cpより
低い場合の印刷後のパターンは流れ出し、鮮明な
パターンが得られない。また、50000cp以上の場
合においては印刷用ガラスペーストがスクリーン
マスクを通らない部分が見られ、やはり、パター
ン不良の原因となる。 次に本発明に用いたメタクリル酸イソブチルエ
ステルの分子量について説明する。本発明になる
印刷用ガラスペーストは、半導体装置のパツシベ
ーシヨンに使用することが目的であるため、半導
体装置のpn接合部へ焼き付けたあとのガラス膜
中にカーボンが残留することは望ましくない。従
つて、ガラスを半導体装置のpn接合表面に焼き
付ける前に、印刷用ガラスペースト中の有機媒体
を電気炉中で灰化あるいは飛散させる必要があ
る。 この場合、有機媒体は印刷用ガラスペースト中
に混合されたガラス粉末の軟化温度以下で灰化あ
るいは飛散することが望ましい。すなわち、有機
媒体の灰化あるいは飛散する温度がガラス粉末の
軟化温度より高い場合は、ガラスの軟化と有機媒
体の灰化あるいは飛散が同時に起るので、ガラス
被膜中にカーボンがとじこめられたり、あるいは
ガラス被膜中に気泡あるいは気孔ができたりし
て、半導体の電気的特性を劣下せしめる。 本発明に用いる有機媒体メタクリル酸イソブチ
ルエステルは、その製造方法等により分子量が異
なる。上記したように、第1図の曲線Aは分子量
が50000〜60000の場合、曲線Bは80000〜90000の
場合である。第2図は、上記メタクリル酸イソブ
チルエステルの熱分解曲線であり、曲線Aは分子
量が57000の場合、曲線Bは85000の場合の例であ
る。いずれも熱分解の開始する温度は大体200℃
であるが、灰化あるいは飛散して重量が減少し、
ほぼその値が零になる温度は分子量によつて異な
り、分子量が大きい程温度が高くなつている。従
つて分子量のあまり大きな有機媒体を用いること
は、灰化または飛散完了温度がガラス粉末の軟化
温度に近くなるので好ましくない。 パツシベーシヨン用ガラスとしては、半導体装
置の電気的特性や信頼性の面からZnO,B2O3
よびSiO2の3成分よりなるガラスを用いること
が多い。一般的にいえば、上記3成分を主成分と
するパツシベーシヨン用のガラスの軟化温度は大
体600〜670℃の範囲内にある。従つて、有機媒体
を灰化あるいは飛散させる温度は、それ以下の温
度であることが好ましいことがわかるであろう。 次に本発明になる印刷用ガラスペースト中のガ
ラス粉末の成分範囲について第1表で説明する。
The present invention relates to a printing glass paste for use in surface stabilization of semiconductor devices. In the glass passivation method, which covers the pn junction of a semiconductor device with a glass film, there are various methods for attaching glass powder to the pn junction.
Generally, electrophoresis is often used. The method for attaching glass by electrophoresis is to remove the oxide film only at the pn junction where the glass powder is to be attached and expose the silicon surface, and then add NH 3 gas as an electrolyte to isopropyl alcohol in which the glass powder is dispersed. This is a simple method that allows glass powder to be attached to the pn junction by applying a DC voltage with the silicon wafer on the negative side and the counter electrode on the positive side in the blown electrophoresis liquid, making it relatively suitable for mass production. The disadvantage of the conventional method mentioned above is that the glass powder commercially available for passivation is passed through a 325-mesh sieve, and the glass powder used in electrophoresis is approximately 15 μm in size. The effective amount of glass powder used is as low as about 20%. Furthermore, since a large amount of an organic solvent such as isopropyl alcohol is used as a dispersion medium, there is a lot of waste, and since a relatively high voltage is applied in the organic solvent, there is a risk of ignition due to discharge. Furthermore, because it is difficult to adjust the NH 3 concentration and glass concentration in the dispersion medium, the amount of glass adhered to the semiconductor wafer varies, and the thickness of the glass film obtained by baking this wafer has poor reproducibility. There were problems of poor characteristics and poor yield. Screen printing methods and doctor blading methods can be cited as methods for avoiding the drawbacks of the conventional methods described above. These methods, along with electrophoresis, centrifugal sedimentation, and the like, have been studied for a long time. Currently, in the field of hybrid ICs, it is common to use screen printing to construct circuits such as conductive films, resistive films, dielectric films, etc., and glass paste for printing is also commercially available. However, the organic medium in commonly used printing glass pastes is mainly a combination of diethylene glycol monobutyl ether and celluloses or terepinol and celluloses.
Among these, ethyl cellulose, terepinol, etc. contain a large amount of alkali. In the past, attempts have been made to screen print the pn junction of a semiconductor device using a printing paste using the organic medium described above for passivation. No favorable results have been obtained in terms of reliability. Therefore, there is a demand for the development of a printing paste for use in screen printing as a method of adhering glass powder that overcomes the drawbacks of the electrophoresis method described above. The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks and provides a semiconductor device.
The purpose of the present invention is to provide a printing glass paste suitable for glass pn junction. The organic medium used in the printing glass paste of the present invention is a generally commercially available isobutyl methacrylate ester dissolved in diethylene glycol dibutyl ether. It has been found that printing glass pastes obtained using these organic media exhibit printing characteristics comparable to those obtained using commonly used cellulose-based organic media. Therefore, as a result of analyzing the Na content of these organic media, it was found to be 600 ppm for cellulose.
In contrast, the amount contained in methacrylic acid isobutyl ester is 10 to 17 ppm, and diethylene glycol dibutyl ether is 1 to 3 ppm, which is about 1/2 lower than the 40 ppm contained in generally commercially available passivation glass. I found out. Figure 1 shows the glass paste for printing according to the present invention.
That is, the relationship between the blending ratio of glass powder and isobutyl methacrylate and the molecular weight of isobutyl methacrylate is shown. Since isobutyl methacrylate is in powder form at room temperature, a solution dissolved in diethylene glycol dibutyl ether, an organic medium, was used as the organic solvent. Adjustment of the viscosity of the glass paste for printing to the viscosity generally used in screen printing methods is determined by the amount of glass powder or the amount of organic medium. Further, the viscosity of the glass paste for printing varies depending on the particle size of the glass powder and the molecular weight of the organic medium, in addition to the amount of glass powder and the concentration of the organic medium described above. A and B in the figure each have a molecular weight of
The case where different methacrylic acid isobutyl esters of 50,000 to 60,000 and 80,000 to 90,000 are used are shown. In addition, regarding the particle size of glass powder, the purpose is the passivation of semiconductor devices, and the general particle size of glass powder for passivation that meets this purpose is approximately 40 μm or less. The amount, concentration or molecular weight of the organic medium are considered to be the most important factors. In addition to viscosity, the printing paste must have fluidity against the sliding action of a squeegee, and must have the property that the printing paste will not flow out and lose the shape of the pattern after being printed on the substrate. The printing glass paste of the present invention uses an organic medium in which methacrylic acid isobutyl ester is dissolved in diethylene glycol dibutyl ether. Naturally, the amount of methacrylic acid isobutyl ester has a great influence on printability. For example, a printing paste using less than 2% by weight of isobutyl methacrylate in an organic medium may lack fluidity, and the glass powder may not pass through the screen mask, or only the organic medium may pass through the mask. It is difficult to form a desired pattern. Organic solvents of methacrylic acid isobutyl ester (e.g. xylene and toluene)
The proportion dissolved in other substances is approximately 50 to 60% by weight. Even with diethylene glycol dibutyl ether used in the present invention, the limit is about 70% by weight. However, even if glass powder is added to this relatively high concentration of isobutyl methacrylate to create a printing paste and patterned by screen printing, the glass powder is not uniformly dispersed. The baked glass film is not suitable for printing glass paste for semiconductors because the film thickness is not uniform and there are parts where the glass film is not formed. The upper limit of the concentration of isobutyl methacrylate that can form a glass film without the above-mentioned drawbacks is 50% by weight or less.
Therefore, as the organic medium for printing glass paste suitable for the purpose of the present invention, 2 to 50% by weight of isobutyl methacrylate may be used, and glass powder may be added to this to adjust the viscosity to 15,000 to 50,000 cp. If the viscosity of the printing glass paste is lower than 15000 cp, the printed pattern will flow and a clear pattern cannot be obtained. Furthermore, in the case of 50,000 cp or more, there are parts where the printing glass paste does not pass through the screen mask, which also causes pattern defects. Next, the molecular weight of methacrylic acid isobutyl ester used in the present invention will be explained. Since the printing glass paste of the present invention is intended for use in the passivation of semiconductor devices, it is undesirable for carbon to remain in the glass film after baking into the pn junction of the semiconductor device. Therefore, before baking the glass onto the pn junction surface of a semiconductor device, it is necessary to ash or scatter the organic medium in the printing glass paste in an electric furnace. In this case, it is desirable that the organic medium ash or scatter at a temperature below the softening temperature of the glass powder mixed in the printing glass paste. In other words, if the temperature at which the organic medium ashes or scatters is higher than the softening temperature of the glass powder, the softening of the glass and the ashing or scattering of the organic medium occur simultaneously, resulting in carbon being trapped in the glass coating or Bubbles or pores may be formed in the glass coating, deteriorating the electrical characteristics of the semiconductor. The organic medium methacrylic acid isobutyl ester used in the present invention has a different molecular weight depending on its manufacturing method. As mentioned above, curve A in FIG. 1 is for a molecular weight of 50,000 to 60,000, and curve B is for a molecular weight of 80,000 to 90,000. FIG. 2 shows the thermal decomposition curves of the above-mentioned isobutyl methacrylate, where curve A is an example when the molecular weight is 57,000 and curve B is an example when the molecular weight is 85,000. In both cases, the temperature at which thermal decomposition begins is approximately 200℃.
However, the weight decreases due to ashing or scattering,
The temperature at which the value becomes almost zero varies depending on the molecular weight, and the larger the molecular weight, the higher the temperature. Therefore, it is not preferable to use an organic medium with too large a molecular weight because the temperature at which ashing or scattering is completed will be close to the softening temperature of the glass powder. Glasses made of three components, ZnO, B 2 O 3 and SiO 2 , are often used as passivation glasses in view of the electrical characteristics and reliability of semiconductor devices. Generally speaking, the softening temperature of glass for passivation which is mainly composed of the above three components is approximately within the range of 600 to 670°C. Therefore, it will be appreciated that the temperature at which the organic medium is incinerated or scattered is preferably lower than this temperature. Next, the range of components of the glass powder in the glass paste for printing according to the present invention will be explained in Table 1.

【表】 半導体装置のpn接合部にパツシベーシヨンす
べきガラス被膜の熱膨張係数は、できる限りシリ
コンのそれに近いものが好しい。ガラスの熱膨張
係数がシリコンのそれよりも大きくても、小さく
ても、これをシリコンウエハに焼き付けた場合シ
リコンウエハが湾曲し、その後のホトリソグラフ
イの工程で不都合が生じることは従来のパツシベ
ーシヨン用ガラスの場合と同じである。 ZnOを主体としたパツシベーシヨン用ガラスは
PbO系ガラスと違い結晶化することにより熱膨張
係数が小さくなるが、この場合でもその組成割合
によつて熱膨張係数に違いが生じる。これらは、
さらに高温で処理することによつて熱膨張係数は
低下できるが、その温度は高く、半導体装置のパ
ツシベーシヨン用として不利な面もでてくるため
好ましくない。 ガラス組成物としてはZnOが63.3〜69.2wt%、
B2O3が19.5〜30.2wt%、SiO2が5.4〜14.0wt%の
範囲で第1表のNo.1〜No.6が好ましい。ZnOが
69.2wt%以上でB2O3が19.5wt%以下、あるいは
SiO2が14wt%以上でZnOが63.3wt%以下の組成
範囲においては、表面結晶、表面失透あるいは相
分離等が見られ、パツシベーシヨン用ガラスとし
ては好ましくない。また、B2O3が30.2wt%以上
でSiO2が5.4wt%以下の組成範囲ではガラスの熱
膨張係数が大きく、さらに半導体装置の電気的特
性上からも好ましくないため、本発明の目的とす
るパツシベーシヨン用ガラスとしては適当でな
い。 さらに半導体装置のpn接合表面を直接絶縁被
覆するガラス膜は、さらに次の電気的性質を具備
しなければならない。すなわち、シリコンウエハ
(Silicon)上に焼き付けたガラス膜(Isolation)
にアルミニウム等の電極(Metal)を形成した構
造のMIS素子のC―V特性曲線から得られる表面
電荷密度(NFB)が−3.0〜+3.0×1011cm-2の範
囲内にあることが要求される。本発明になる印刷
用ガラスペースト中のガラスは、前述したとおり
63.3〜69.2重量%のZnOと19.5〜30.2重量%の
B2O3と残部をSiO2で構成されており、この範囲
内にあれば、NFBは上記した値を満足する。例え
ば、NFBが+3.0×1011cm-2以上の値をとる場合に
は、ガラスの電荷によつて誘起される電荷によつ
て接合端部の空乏層を圧縮し、空乏層内により高
い電圧を誘発し、電子なだれ降伏を起し易くする
ために阻止電圧が低下する。また、NFBが−3.0
×1011cm-2よりも大きい場合は、接合部端の電界
強度を低下させ、阻止電圧は高くなるがもれ電流
が多くなるという欠点がある。従つて、上記した
ガラスの組成範囲を越えることは、半導体装置の
pn接合部分を絶縁被覆するガラスとしては好ま
しくない。 第3図は有機媒体中のNa含有量の影響を示
す。Na含有量が40ppmを越えると高温電圧印加
試験後の洩れ電流Irが急激に増加し、素子が劣化
していることが判る。即ち、有機媒体中のNaは
ガラス焼成後もガラス中に残り、このNaが高温
電圧印加試験によつて移動し、洩れ電流の増加を
はかると考えられる。従つて印刷用ガラスペース
トに使用される有機媒体中のNa含有量は40ppm
以下に抑えなければならない。 次に本発明になる印刷用ガラスペーストを、第
4図に示すような半導体装置に適用した例につい
て説明する。図において、31はp層、32はn
層、33はn+層、34は溝、35はガラス層で
ある。すなわちこの例では半導体装置はppm+
ダイオードであるが、本発明になる印刷用ガラス
ペーストはサイリスタやトランジスタ等その他の
半導体装置においても使用できることは容易に了
解できるであろう。 図示したように、p層31を越えてn層32の
一部に達する溝34を作成したメサ型あるいはモ
ート型ダイオードの溝部34に、本発明になる印
刷用ガラスペーストをスクリーン印刷する。これ
をガラスの軟化温度以下の温度で処理し、前記ペ
ースト中の有機媒体を灰化あるいは飛散させる。
次いで、ガラスの軟化温度以上の温度でガラスを
焼き付けるとガラス層35が得られる。 上記した方法で得られたダイオードについて阻
止電圧を測定したところ、第5図のごとき耐圧分
布が得られた。第6図は上記したダイオードの信
頼性について試験した結果を示す。試験は、135
℃の恒温槽中で、直流電圧500Vを1000時間逆バ
イアスしたときの逆もれ電流の変化を調べたもの
である。これらの図から、本発明になる印刷用ガ
ラスペーストは良好な特性を示すことがわかる。 以上説明したごとく、本発明になる印刷用ガラ
スペーストは半導体装置のパツシベーシヨンに適
しており、この印刷用ガラスペーストを用いるこ
とにより、従来の電気泳動法に比べてガラス粉末
の利用率が向上すること、および有機物の使用量
が減ること、あるいは廃き物の処理がいらないな
どの効果も達成される。
[Table] The coefficient of thermal expansion of the glass film to be passivated to the pn junction of a semiconductor device is preferably as close to that of silicon as possible. Regardless of whether the coefficient of thermal expansion of glass is larger or smaller than that of silicon, if it is baked onto a silicon wafer, the silicon wafer will curve, causing problems in the subsequent photolithography process, which is not the case for conventional passivation. The same is true for glass. ZnO-based glass for patches is
Unlike PbO glass, the coefficient of thermal expansion decreases due to crystallization, but even in this case, the coefficient of thermal expansion varies depending on the composition ratio. these are,
Although the coefficient of thermal expansion can be lowered by processing at a higher temperature, the temperature is high, which is undesirable for use in passivation of semiconductor devices. As for the glass composition, ZnO is 63.3 to 69.2wt%,
Nos. 1 to 6 in Table 1 are preferred, with B 2 O 3 in the range of 19.5 to 30.2 wt% and SiO 2 in the range of 5.4 to 14.0 wt %. ZnO
69.2wt% or more and B 2 O 3 is 19.5wt% or less, or
In a composition range in which SiO 2 is 14 wt% or more and ZnO is 63.3 wt% or less, surface crystals, surface devitrification, phase separation, etc. are observed, and this is not preferable as a glass for passivation. Furthermore, in a composition range in which B 2 O 3 is 30.2 wt% or more and SiO 2 is 5.4 wt % or less, the coefficient of thermal expansion of the glass is large, which is also unfavorable from the electrical characteristics of the semiconductor device. It is not suitable as a glass for packaging. Furthermore, the glass film that directly insulates the pn junction surface of a semiconductor device must further have the following electrical properties. In other words, a glass film (Isolation) baked on a silicon wafer (Silicon)
The surface charge density (N FB ) obtained from the CV characteristic curve of a MIS element with a structure in which electrodes (Metal) such as aluminum are formed on the surface of the MIS element must be within the range of -3.0 to +3.0×10 11 cm -2. is required. The glass in the printing glass paste of the present invention is as described above.
63.3-69.2 wt% ZnO and 19.5-30.2 wt%
It is composed of B 2 O 3 and the remainder is SiO 2 , and if it is within this range, N FB satisfies the above value. For example, when N FB takes a value of +3.0×10 11 cm -2 or more, the depletion layer at the junction end is compressed by the charges induced by the charges on the glass, and more The blocking voltage is lowered to induce a higher voltage and make avalanche breakdown more likely. Also, N FB is −3.0
If it is larger than ×10 11 cm -2 , the electric field strength at the edge of the junction decreases, and the blocking voltage increases, but there is a drawback that leakage current increases. Therefore, exceeding the above-mentioned glass composition range may cause problems in semiconductor devices.
It is not preferred as a glass for insulating the pn junction. Figure 3 shows the influence of Na content in the organic medium. When the Na content exceeds 40 ppm, the leakage current Ir after the high temperature voltage application test increases rapidly, indicating that the element has deteriorated. That is, it is thought that Na in the organic medium remains in the glass even after the glass is fired, and that this Na moves during the high-temperature voltage application test, increasing the leakage current. Therefore, the Na content in the organic medium used for printing glass paste is 40ppm.
Must be kept below. Next, an example in which the printing glass paste of the present invention is applied to a semiconductor device as shown in FIG. 4 will be described. In the figure, 31 is a p layer, 32 is an n layer
33 is an n + layer, 34 is a groove, and 35 is a glass layer. That is, in this example, the semiconductor device is a ppm + type diode, but it will be easily understood that the printing glass paste of the present invention can also be used in other semiconductor devices such as thyristors and transistors. As shown in the figure, the glass paste for printing according to the present invention is screen printed on the groove portion 34 of a mesa type or moat type diode in which a groove 34 extending beyond the p layer 31 and reaching a part of the n layer 32 is created. This is treated at a temperature below the softening temperature of glass to incinerate or scatter the organic medium in the paste.
Next, the glass layer 35 is obtained by baking the glass at a temperature equal to or higher than the softening temperature of the glass. When the blocking voltage of the diode obtained by the above method was measured, a breakdown voltage distribution as shown in FIG. 5 was obtained. FIG. 6 shows the results of testing the reliability of the diode described above. The exam is 135
This study investigated the change in reverse leakage current when a DC voltage of 500V was reverse biased for 1000 hours in a constant temperature bath at ℃. From these figures, it can be seen that the printing glass paste of the present invention exhibits good characteristics. As explained above, the printing glass paste of the present invention is suitable for passivation of semiconductor devices, and by using this printing glass paste, the utilization rate of glass powder can be improved compared to the conventional electrophoresis method. , reduction in the amount of organic matter used, and elimination of the need for waste treatment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明になる印刷用ガラスペーストに
おけるガラス粉末とメタクリル酸イソブチルエス
テル濃度の関係を示す図、第2図はメタクリル酸
イソブチルエステルの熱分解曲線図、第3図は印
刷用ガラスペーストを用いて半導体表面をパツシ
ベーシヨンした時における有機媒体中のNa含有
量と洩れ電流Irの関係を示す図、第4図は半導体
表面にガラスパツシベーシヨンを施した状態を示
す図、第5図,第6図は本発明になる印刷用ガラ
スペーストを用いてパツシベーシヨンを施した時
の阻止電圧の頻度、もれ電流の経時変化状態をそ
れぞれ示す図である。 31…p層、32…n層、33…n+層、34
…溝、35…ガラス層。
Figure 1 is a diagram showing the relationship between glass powder and isobutyl methacrylate concentration in the printing glass paste of the present invention, Figure 2 is a thermal decomposition curve diagram of isobutyl methacrylate, and Figure 3 is a diagram showing the relationship between glass powder and isobutyl methacrylate concentration in the printing glass paste of the present invention. Figure 4 shows the relationship between the Na content in the organic medium and the leakage current Ir when the semiconductor surface is subjected to glass percussion. FIG. 6 is a diagram showing the frequency of blocking voltage and the change over time of leakage current when passivation is performed using the printing glass paste of the present invention. 31...p layer, 32...n layer, 33...n + layer, 34
...Groove, 35...Glass layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体装置の表面にガラス膜を形成するため
の印刷用ガラスペーストにおいて、63.3〜69.2wt
%のZnOと、19.5〜30.2wt%のB2O3との合計が
86wt%で残りがSiO2からなるガラス粉末と、 2〜50wt%のメタクリル酸イソブチルエステ
ルと50〜98wt%のジエチレングリコールジブチ
ルエーテルとからなり、Na含有量が40ppm以下
でかつ前記ガラスの軟化点以下で蒸発または灰化
する有機媒体とを含み、 粘度が15000〜50000cpであり、かつ形成され
たガラス膜の表面電荷密度が−3〜+3×1011cm
-2の範囲にあることを特徴とする印刷用ガラスペ
ースト。
[Claims] 1. A printing glass paste for forming a glass film on the surface of a semiconductor device, comprising: 63.3 to 69.2 wt.
% ZnO and 19.5~ 30.2wt % B2O3 .
It consists of a glass powder consisting of 86 wt% and the rest being SiO 2 , 2 to 50 wt% of isobutyl methacrylate, and 50 to 98 wt% of diethylene glycol dibutyl ether, and the Na content is 40 ppm or less and the softening point of the glass is below. contains an organic medium that evaporates or ashes, has a viscosity of 15,000 to 50,000 cp, and has a surface charge density of -3 to +3×10 11 cm of the formed glass film.
Printing glass paste characterized by being in the range -2 .
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