JP2020043096A - 半導体装置、接合シートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性や信頼性等に加えて、電気抵抗の増大を抑制できる半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置（Ｍ）は、半導体素子（１）と、半導体素子が搭載される配線体（２）と、半導体素子と配線体を接合する接合部（３）とを備える。接合部は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体（３０）と、金属体と半導体素子および金属体と記配線体をそれぞれ接合する接合層とを有する。この接合層は、第１金属（Ｓｎ）と第１金属よりも高融点な第２金属（Ｎｉ）との金属間化合物（ＮｉＳｎ）からなる化合物層（３１４、３２４）である。そして金属体の接合層側の両表面上には、第２金属よりも高融点な第３金属（Ｔｉ）からなる被覆層が設けられている。被覆層は、酸化膜が除去された金属体の表面に直接形成されていると好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置等に関する。

スイッチング素子として用いられる電力用半導体素子（パワーデバイス）を搭載した半導体装置（パワーモジュール）は、現在、電動機の制御等に不可欠な状況である。このような半導体装置は大電流を制御するため、半導体素子には大きな発熱が生じ、半導体素子およびその接合部（周辺）は高温となる。その結果、半導体装置の各部には、熱膨張係数（ＣＴＥ：coefficient of thermal expansion）差（ＣＴＥ不整合）に起因した熱応力が生じる。半導体装置の信頼性を高めるため、各部（特に接合部）に生じる熱応力を緩和することが求められる。

また、半導体装置には、冷熱サイクルに伴い熱応力が繰り返し作用する。このような熱応力に対する高い耐久性（耐熱疲労性）も求められる。このような事情の下、熱応力緩和性と耐熱疲労性に優れる半導体装置が、下記の特許文献で提案されている。

ＷＯ２０１７−０８６３２４号公報

特許文献１では、先ず、半導体素子と金属配線（配線体）を、固液相互拡散接合（単に「ＳＬＩＤ（Solid Liquid InterDiffusion）接合」という。）している。これにより半導体素子と配線体は、低融点金属（Ｓｎ等）と高融点金属（Ｎｉ等）が反応してできた金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound／ＮｉＳｎ等）により接合される。金属間化合物は接合時に溶融する低融点金属よりも高融点なため、金属間化合物からなる接合部は耐熱性に優れる。

さらに特許文献１では、その接合部に高延性（または低ヤング率）な金属（Ａｌ等）からなる補強層を介在させている。この補強層により、接合部に生じる熱応力が緩和され、また接合部に生じたクラックの進展も抑止される。こうして特許文献１の半導体装置は、耐熱性に優れると共に、熱応力緩和性および耐熱疲労性にも優れる。

ところで、本発明者がさらに研究したところ、特許文献１のような接合構造を有する半導体装置は、通電時の電気抵抗が大きくなるという、予期せぬ新たな課題を生じた。特に、その傾向は、パワーモジュールのように大電流が通電される場合に顕著であった。このような電気抵抗の増大は、半導体装置における損失（発熱）の増大や通電特性の低下を招くため好ましくない。

本発明は、そのような事情に鑑みて為されたものであり、信頼性等の確保と併せて、損失の増加または通電特性の劣化を抑制できる半導体装置等を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、接合部に介在させるＡｌ箔（金属体）の表面にできている（自然）酸化膜を除去することにより、電気抵抗の増加が抑制されることに新たに見出した。さらに、その酸化膜を除去した表面（酸化膜除去面）を高融点金属で被覆することにより、その電気抵抗をさらに低減することに成功した。これらの成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《半導体装置１》
（１）本発明は、半導体素子と、ＡｌまたはＡｌ合金からなり、該半導体素子に接合される金属体と、該半導体素子と該金属体を接合する接合層とを備え、前記接合層は、第１金属と該第１金属よりも高融点な第２金属との金属間化合物からなる化合物層を有し、さらに、該第２金属よりも高融点な第３金属からなり、前記金属体の該接合層側の表面を覆う被覆層を備える半導体装置である。

（２）本発明の半導体装置は、先ず、半導体素子が高融点な金属間化合物からなる化合物層により接合されているため耐熱性に優れる。また、ＡｌまたはＡｌ合金（「Ａｌ（合金）」または単に「Ａｌ」ともいう。）からなる高延性（低ヤング率）な金属体を備えるため、熱応力緩和性、耐熱疲労性または放熱性等にも優れる。

ところで、本発明の半導体装置は、その金属体の表面上（直上）に高融点な第３金属からなる被覆層をさらに備える。この被覆層により、金属体と半導体素子との間の電気抵抗の増大が抑制され、それに起因した通電特性の劣化や損失（発熱）の増大も抑制される。

被覆層がそのような優れた効果が発揮する理由は必ずしも定かではないが、被覆層により、金属体と接合層（または後述の中間残存層）との密着性が向上したことが考えられる。被覆層による密着性の向上は、金属体の表面近傍（接合層の界面）における剥離の抑制にも寄与する。こうして本発明の半導体装置では、被覆層の存在により、電気抵抗の増大が抑止されると共に、接合部における耐剥離性の向上（さらなる信頼性の向上）も図られ得る。

《半導体装置２》
金属体は、半導体素子が接合される放熱部材（ヒートシンク）や外部回路に連結される実装用電極等でもよいが、その代表例は、接合部に介装されるＡｌ（合金）の箔体（または補強層）である。

そこで本発明は、半導体素子と、該半導体素子が搭載される配線体と、該半導体素子と該配線体を接合する接合部と、を備える半導体装置であって、前記接合部は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体と、該金属体と前記半導体素子および該金属体と前記配線体をそれぞれ接合する接合層とを有し、該接合層は、第１金属と該第１金属よりも高融点な第２金属との金属間化合物からなる化合物層を有し、さらに、前記金属体の該接合層側の両表面上に該第２金属よりも高融点な第３金属からなる被覆層を備える半導体装置としても把握される。

《接合シート》
本発明は、半導体素子と配線体の接合に用いる接合シートとしても把握できる。本発明は、例えば、半導体素子と配線体とを接合するために用いる接合シートであって、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体と、該金属体の少なくとも一方の表面を覆う被覆層と、該被覆層上にある中間層と、該中間層上にある最表層とを備え、前記最表層は第１金属からなり、前記中間層は該第１金属よりも高融点な第２金属からなり、前記被覆層は該第２金属よりも高融点な第３金属からなる接合シートでもよい。

《接合シートの製造方法》
本発明は、その接合シートの製造方法としても把握できる。例えば、本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体の表面にある酸化膜を除去する工程と、該金属体の酸化膜が除去された表面に被覆層を形成する工程と、該被覆層上に中間層を形成する工程と、該中間層上に最表層を形成する工程とを備え、最表層は第１金属からなり、中間層は該第１金属よりも高融点な第２金属からなり、被覆層は該第２金属よりも高融点な第３金属からなる接合シートの製造方法でもよい。

《その他》
（１）本発明は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体と、その少なくとも一方の表面に直接形成された高融点金属からなる被覆層とを備える金属部材、またはそのような金属部材を備えた半導体装置にまで拡張して考えることもできる。

金属部材は、接合部に用いられる箔体等の他、例えば、半導体素子に接合される熱伝導部材（例えばヒートシンク等の放熱部材）、外部回路に連なるリードやワイヤが接合される実装用の電極等となる。

（２）被覆層は、少なくとも、半導体素子を流れる電流の電気抵抗の増大を抑制できればよい。被覆層は、半導体素子（電極面）に対面する金属体の表面上（少なくとも一方の表面上）にあればよい。つまり、被覆層は必ずしも金属体の両表面上になくてもよい。但し、金属体の両面を貫通して半導体素子へ通電されるときは、金属体の両表面上に被覆層があるとよい。

（３）接合層は、金属間化合物の他、はんだや金属焼結体からなってもよい。金属焼結体からなる接合層（「焼結体層」という。）は、例えば、被接合面間に塗布した金属ナノ粒子（Ａｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子等）のペースを加熱することにより形成され得る。焼結体層も、金属間化合物からなる接合層（化合物層）と同様に耐熱性に優れる。

（４）金属体を構成するＡｌ（合金）の電気抵抗率は、通常、半導体（ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ等）、第１金属、第２金属（但し、Ｃｕ（合金）はＡｌ（合金）よりも電気抵抗率が小さい）および第３金属のいずれよりも小さい。Ａｌ（合金）の融点は、通常、第２金属および第３金属よりも低いが、第１金属よりも高い。さらにＡｌ（合金）は、通常、第２金属や第３金属よりも高延性（低ヤング率）である。なお、各材料の電気的特性や機械的特性は日本工業規格（ＪＩＳ）に準拠して決定される。

（５）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。

半導体装置の一例であるパワーモジュールを模式的に示す断面図である。 接合シートとその製造過程を模式的に示す断面図である。 接合形態を変更した各試料の通電特性（Ｖ−Ｉ）を示すグラフである。

本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、半導体装置、接合シート、それらの製造方法の他、上述した金属部材（被覆層を有する金属体）にも該当し得る。「方法」に関する構成要素は「物」に関する構成要素ともなり得る。

《第１金属と第２金属》
金属間化合物を生成する第１金属と第２金属の組合わせは、接合工程中の加熱温度（第１金属の融点）、接合層（化合物層）の耐熱温度等を考慮して選択される。第１金属として、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ等やそれらの合金がある。第２金属として、Ｎｉ、Ｃｕ，Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、等やそれらの合金がある。第１金属／第２金属の組合わせとして、Ｓｎ／Ｎｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｐｔ、Ｓｎ／Ａｕ等が好例である。

例えば、第１金属層（最表層）をＳｎ層、第２金属層（中間層）をＮｉ層とした場合、両者を接触させつつ、約３５０℃で５分間程度加熱すると、Ｓｎが溶融してＮｉＳｎ（ＩＭＣ）からなる接合層（化合物層）が得られる。ちなみに、Ｓｎの融点は約２３０℃、Ｎｉの融点は約１４５０℃、ＮｉＳｎの融点は約７９５℃である。またＡｌの融点は約６６０℃である。従って、第１金属の融点（Ｔｍ１）＜Ａｌ（合金）の融点（Ｔｍａ）＜金属間化合物の融点（Ｔｍｉ）＜第２金属の融点（Ｔｍ２）（＜第３金属の融点（Ｔｍ３））となっている。

Ｓｎ／Ｎｉの組み合わせは、ＳｉＣ等からなる半導体素子を用いたパワーモジュール（半導体装置）のように、２００℃以上さらには２５０℃以上の耐熱性が必要とされる一方で、接合時の加熱温度を４００℃以下さらには３５０℃以下とする場合に特に有効である。

《第３金属》
第３金属は、第１金属や第２金属よりも高融点な金属である。このような高融点金属からなる被覆層は高温域でも安定した状態（組織）を維持する。従って、半導体装置の作動に伴って金属体の表面近傍が高温になっても、第３金属からなる被覆層は、電気抵抗の増大や界面剥離を安定的に抑止し得る。第３金属として、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等やそれらの合金を用いることができる。

《Ａｌ（合金）》
ＡｌまたはＡｌ合金は、高延性・低ヤング率であると共に、熱伝導性や電導性に優れる。このためＡｌ（合金）は金属体（金属部材）に好適である。Ａｌは、低純度でも高純度でもよく、例えば、Ａｌ（２Ｎ）〜Ａｌ（５Ｎ）さらにはＡｌ（３Ｎ）〜Ａｌ（４Ｎ）のいずれかを用いるとよい。

Ａｌ合金は、その組成を問わないが、金属体の高延性（低強度）を確保するため、合金元素（不純物元素含む）の合計量が３質量％以下さらには２質量％以下であると好ましい。例えば、Ａｌ合金として、合金元素量が比較的少ない３０００番系Ａｌ合金（例えばＡ３００３）や５０００番系Ａｌ合金（例えばＡ５０５２）等を用いるとよい。なお、本明細書では、Ａｌ以外の元素（不純物元素と合金元素の両方）の合計量が１質量％以上のものを「Ａｌ合金」という。なお、金属体の金属組成は、領域により変化したもの（例えば傾斜組成を有するもの）でもよい。

《被覆層等》
被覆層（第３金属層）は、金属体の表面にある酸化膜（アルマイト皮膜等）を除去した表面（酸化膜除去面）に対して直接形成されていると好ましい。酸化膜の除去工程は、例えば、金属体を収容した処理室（チャンバー）内を非酸化雰囲気にして、金属体の表面に（逆）スパッタリング等することにより行える。被覆層の形成工程は、例えば、その非酸化雰囲気を維持したまま、スパッタリング等により第３金属（Ｔｉ等）を酸化膜除去面に蒸着（メタライズ）させてなされる。

なお、中間層の形成工程は、例えば、被覆層の形成工程に続けて、被覆層上に第２金属（Ｎｉ等）をスパッタリング等して蒸着させることによりなされる。また、最表層の形成工程は、例えば、その中間層の形成工程に続けて、中間層上に第３金属（Ｓｎ等）をスパッタリング等して蒸着させることによりなされる。このように、酸化膜の除去工程、被覆層の形成工程、中間層の形成工程および最表層の形成工程が順次なされることにより、金属体の直上に被覆層、中間層および最表層が積層された接合シートが得られる。

本明細書において、被覆層が金属体の「直上」またはその表面に「直接」形成されるとは、酸化膜を除去したＡｌ（合金）の表面に第３金属層が形成されることを意味する。また「酸化膜の除去」は、高密着性の被覆層が形成される程度で十分であり、Ａｌ（合金）の表面にある酸化物が完全に除去されなくてもよい。つまり、「酸化膜の除去」は、酸化膜の厚さが低減される場合、酸化物が部分的に除去される場合（逆にいえば、酸化物が点在（残存）している場合）でもよい。
Ａｌ（合金）の酸化膜を完全に除去することは容易ではない。また、酸化物が多少残存していても、密着性に優れ、電気抵抗の増大要因となる酸化膜の再形成を抑制できる第３金属層（被覆層）が金属体の最表面に形成されれば十分である。

そのような被覆層の厚さは、例えば、０．０１〜１μｍさらには０．０５〜０．５μｍとするとよい。その厚さが過小では、金属体の最表面の被覆が不十分となり得る。厚さが過大な被覆層の形成は非効率であり、また電気抵抗の増加を招く。

ＳＬＩＤ接合前の第１金属層（最表層）の厚さは３〜１０μｍさらには４〜７μｍ程度でよい。ＳＬＩＤ接合前の第２金属層（中間層）の厚さは１〜５μｍさらには２〜４μｍ程度でよい。なお、ＳＬＩＤ接合時、最表層の第１金属は全体が溶融して、その下層側にある中間層の第２金属と反応し、金属間化合物（化合物層）が形成される。このため、ＳＬＩＤ接合後、最表層（第１金属層）は残存しないが、中間層（第２金属層）はその厚さに応じて残存し得る。本明細書では、その残存した中間層を中間残存層という。第２金属からなる中間残存層は、化合物層の両面側にあっても一面側にあってもよい。

《金属体》
Ａｌ（合金）からなる金属体は、層状、箔状、シート状、ブロック状等のいずれでもよい。金属体の表面には、酸化膜がないほど好ましいが、Ａｌ（合金）のバルク体を金属体として用いると、通常、その表面に酸化膜が存在している。このような場合、上述したように、酸化膜を除去した金属体の表面（酸化膜除去面）に、非酸化雰囲気中で被覆層を形成すると好ましい。

半導体装置の接合部または接合シートに介在させる金属体として、例えば、厚さが５０〜５００μｍさらには７５〜３５０μｍの箔体（バルク体）を用いるとよい。

ちなみに、本明細書でいう各層や金属体の厚さは、断面を電子顕微鏡で測定して得られた観察像に基づいて特定される。厚さが均一でないときは、最小厚さを各層または金属体の厚さとする。

《配線体》
半導体素子が接合部により接合される配線体は、配線基板（特にその配線層）、実装用電極等である。配線基板は、例えば、ＡｌＮ等のセラミックス層上に、Ｃｕ層やＡｌ層（配線層）が直接積層されたＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板やＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）基板等である。実装用電極は、熱伝導部材（ヒートシンク、ヒートスプレッタ等）を兼ねていてもよい。

《半導体素子》
半導体素子は、半導体（ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ等）からなるトランジスタやダイオードである。本発明は、大電流の制御を行う電力用半導体素子（パワーデバイス）を備える半導体装置に好適である。パワートランジスタとして、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等がある。パワーダイオードとして、例えば、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）、ＦＲＤ（ファストリカバリーダイオード）等がある。

《構成》
（１）半導体装置
本発明の半導体装置の一例であるパワーモジュールＭの模式的な断面図を図１に示した。パワーモジュールＭは、パワーデバイス（トランジスタまたはダイオード）であるチップ１（半導体素子）と、それを実装する配線基板２（配線体）と、両者を接合する接合部３とを備える。

チップ１は、半導体基板１０の裏面側にある電極面上にメタライズ（蒸着形成）されたＮｉ層１２（第２金属層）を有する。配線基板２も表面側にある配線層上にメタライズされたＮｉ層２２（第２金属層）を有する。配線基板２は、例えば、ＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板である。この場合、Ｎｉ層２２はＣｕ配線層上に形成される。

接合部３は、純Ａｌ（２Ｎ）からなるＡｌ箔体３０（金属体）と、その両面上を直接被覆するＴｉ層３１３、３２３（被覆層／第３金属層）と、Ｔｉ層３１３、３２３上にそれぞれあるＮｉ層３１２、３２２（中間残存層／第２金属層）と、Ｎｉ層３１２、３２２上にそれぞれあるＮｉＳｎ層３１４、３２４（化合物層）とからなる。

ちなみに、図１に示したＮｉ層１２、２２とＮｉ層３１２、３２２は、ＳＬＩＤ接合後にも残存しているＮｉ層（残存層）である。本発明でいう「接合層」は主にＮｉＳｎ層３１４、３２４により構成される。但し、ＮｉＳｎ層３１４、３２４とその形成に寄与した残存層（Ｎｉ層３１２、３２２さらにはＮｉ層１２、２２）との積層体を、本発明の「接合層」と考えてもよい。

（２）接合シート
このような接合部３は、図２（右側）に示す接合シートＳを、チップ１と配線基板２の間に介装させた状態で、加圧しつつ加熱するＳＬＩＤ接合により形成される。なお、図１に示したパワーモジュールＭに関して既述した構成については、図２にも同符号を付すことにより、それらに関する詳細な説明を省略した。

接合シートＳは、Ａｌ箔体３０と、その両面を被覆するＴｉ層３１３、３２３（被覆層／第３金属層）と、Ｔｉ層３１３、３２３上にそれぞれあるＮｉ層３１２０、３２２０（中間層／第２金属層）と、Ｎｉ層３１２０、３２２０上にそれぞれあるＳｎ層３１１、３２１（最表層／第１金属層）とが積層されてなる。

接合シートＳは、例えば、次のようにして製造される。Ａｌ箔の原材（バルク材）から所望サイズに切り出したＡｌ箔体３００をＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置のチャンバー内に導入する。チャンバー内を真空状態（略１０^-４Ｐａ以下）にする。そこへＡｒガスを流入させ（流量：数十ｓｃｃｍ）、チャンバー内を数Ｐａ程度にする。そしてＡｌ箔体３００の両面にＡｒ⁺イオンによる逆スパッタ処理（２００Ｗ×１０分間）を行う。こうしてＡｌ箔体３００の表面に存在していた自然酸化膜を除去する（酸化膜除去工程）。この処理後のＡｌ箔体３００をＡｌ箔体３０といい、その処理面（表面）を酸化膜除去面という。

次に、同チャンバー内（非酸化雰囲気内）で、純Ｔｉターゲットに対してＡｒ⁺イオンスパッタを行い、Ａｌ箔体３０の酸化膜除去面にＴｉを蒸着させる（被覆層形成工程）。こうして厚さ０．１μｍのＴｉ層３１３、３２３をＡｌ箔体３０の直上に形成した。

続いて、純Ｎｉターゲットに対してＡｒ⁺イオンスパッタを行い、Ｔｉ層３１３、３２３の直上にＮｉを蒸着させて、厚さ３μｍのＮｉ層３１２０、３２２０を形成した（中間層形成工程）。

続いて、純Ｓｎターゲットに対してＡｒ⁺イオンスパッタを行い、Ｎｉ層３１２０、３２２０の直上にＳｎを蒸着させて、厚さ５μｍのＳｎ層３１１、３２１を形成した（最表層形成工程）。

なお、酸化膜除去工程の前後におけるＡｌ箔体３００の表面を、非酸化雰囲気中で、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）装置により分析した。その結果、酸化膜除去工程により、Ａｌ箔体３００の表面に存在していた酸化物が大幅に低減されることが確認された。

（３）ＳＬＩＤ接合
チップ１と配線基板２は次のようにしてＳＬＩＤ接合した。チップ１と配線基板２の間に介装した接合シートＳを０．５ＭＰａで挟圧する。この状態の積層体を、バッチ式のリフロー炉で２５０〜３５０℃で加熱する。この際、Ｓｎ層３１１、３２１が溶融し、それらの両側にそれぞれあるＮｉ層（Ｎｉ層３１２０、３２２０等）と反応する。こうして化合物層３１４、３２４が生成される。ＳＬＩＤ接合後、化合物層３１４、３２４の生成に寄与しなかったＮｉ層が、Ｎｉ層１２、３１２とＮｉ層２２、３２２として残存する。

《通電試験》
約９ｍｍ角のＳｉダイオード素子を搭載した各種のモジュールを用いて、通電時の電圧（Ｖ）−電流（Ｉ）を半導体カーブトレーサーにより計測した。こうして得られた電気特性を図３に示した。

図３に示した試料１は、上述した接合シートＳを用いた場合である。試料Ｃ１は、酸化膜除去工程のみ行い、被覆層形成工程を省略した（酸化膜除去面上にＮｉ層、Ｓｎ層を形成した）接合シートＳ１を用いた場合である。試料Ｃ２は、酸化膜除去工程および被覆層形成工程を省略した（Ａｌ箔体３００上にそのままＮｉ層、Ｓｎ層を形成した）接合シートＳ２（従来の接合シート）を用いた場合である。試料Ｃ０は、ＳＬＩＤ接合ではなく、はんだ（Ｐｂ―１０ｗｔ％Ｓｎ）で接合した場合である。

《評価》
図３から明らかなように、従来の接合シートＳ２を用いてＳＬＩＤ接合した試料Ｃ２では、電気抵抗が増加しており、印加電圧（Ｖ）に対して電流値が低下していることがわかる。一方、Ａｌ箔体３００の表面にある酸化膜を除去した接合シートＳ１を用いてＳＬＩＤ接合した試料Ｃ１では、試料Ｃ２よりも電気抵抗の増加が抑制された。さらに、その酸化膜除去後の表面に高融点金属（Ｔｉ）からなる被覆層を形成した接合シートＳを用いてＳＬＩＤ接合した試料１では、電気抵抗の増加が大幅に抑制された。すなわち、試料１の電気抵抗は、はんだ接合した試料Ｃ０と同程度となった。

以上のように、本発明によれば、耐熱性や信頼性等に加えて、通電特性の劣化（電気抵抗の増大）を抑制できる半導体装置の提供が可能となることがわかった。

Ｍ パワーモジュール（半導体装置）
Ｓ 接合シート
１ チップ（半導体素子）
２ 配線基板（配線体）
３ 接合部

Claims (9)

1. 半導体素子と、
   ＡｌまたはＡｌ合金からなり、該半導体素子に接合される金属体と、
   該半導体素子と該金属体を接合する接合層とを備え、
   前記接合層は、第１金属と該第１金属よりも高融点な第２金属との金属間化合物からなる化合物層を有し、
   さらに、該第２金属よりも高融点な第３金属からなり、前記金属体の該接合層側の表面を覆う被覆層を備える半導体装置。
2. 前記接合層は、前記化合物層の少なくとも一面側に、前記第２金属からなる中間残存層をさらに有する請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１金属はＳｎであり、前記第２金属はＮｉである請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記第３金属は、Ｔｉ、Ｍｏ、ＴａまたはＷである請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記被覆層は、前記金属体の酸化膜除去面に直接形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記被覆層は、厚さが０．０１〜１μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 半導体素子と、
   該半導体素子が搭載される配線体と、
   該半導体素子と該配線体を接合する接合部と、
   を備える半導体装置であって、
   前記接合部は、ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体と、該金属体と前記半導体素子および該金属体と前記配線体をそれぞれ接合する接合層とを有し、
   該接合層は、第１金属と該第１金属よりも高融点な第２金属との金属間化合物からなる化合物層を有し、
   さらに、前記金属体の該接合層側の両表面上に該第２金属よりも高融点な第３金属からなる被覆層を備える半導体装置。
8. 半導体素子と配線体とを接合するために用いる接合シートであって、
   ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体と、
   該金属体の少なくとも一方の表面を覆う被覆層と、
   該被覆層上にある中間層と、
   該中間層上にある最表層とを備え、
   前記最表層は第１金属からなり、
   前記中間層は該第１金属よりも高融点な第２金属からなり、
   前記被覆層は該第２金属よりも高融点な第３金属からなる接合シート。
9. ＡｌまたはＡｌ合金からなる金属体の表面にある酸化膜を除去する工程と、
   該金属体の酸化膜が除去された表面に被覆層を形成する工程と、
   該被覆層上に中間層を形成する工程と、
   該中間層上に最表層を形成する工程とを備え、
   最表層は第１金属からなり、
   中間層は該第１金属よりも高融点な第２金属からなり、
   被覆層は該第２金属よりも高融点な第３金属からなる接合シートの製造方法。

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