JP2020072233A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ニッケル層で被覆された被接合材の電気的接続の信頼性を高められる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、配線基板と半導体素子とを備える半導体装置の製造方法である。半導体装置の製造方法は、第１ニッケル層で被覆された銅製の第１電極を有する配線基板を用意する工程と、第２ニッケル層で被覆された導電性の配線部材を用意する工程と、第１電極に対し、スズを主成分とする第１スズ層と、配線部材と、スズを主成分とする第２スズ層と、半導体素子の第２電極とがこの順に積層されるように、配線部材及び半導体素子を配置する工程とを備える。積層体において、第１ニッケル層の平均厚みＮ１、第２ニッケル層の平均厚みＮ２、及び第１スズ層の平均厚みＳ１が、下記式（１）を満たす。３×（Ｎ１＋Ｎ２）≧Ｓ１ ・・・（１）【選択図】図４

Description

本開示は、半導体装置の製造方法に関する。

配線基板と、配線基板に鉛フリーはんだによって実装された半導体とを有する半導体装置が公知である。半導体が実装される配線基板の電極は、一般に銅（Ｃｕ）で構成され、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とするめっきで表面が被覆される。

ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体が実装される半導体装置では、２５０℃を超える高温環境下での使用が想定される。このような高温環境下で使用可能な電極間の接合技術として、スズ（Ｓｎ）を含むはんだ材の共晶接合（つまり液相拡散接合）によって、ニッケルめっきされた電極同士を接合する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１２−０３３５１８号

上述のようなＳｎ系のはんだ材として、Ｓｎ粉末を含むペーストを用いることが一般的に知られている。このようなＳｎ系のはんだ材を用いて液相拡散接合を行うと、電極に含まれる成分と、はんだ材のＳｎ成分とが互いに拡散し、強固な接合を行うことができる。

しかし、はんだ材に含まれるＳｎ成分が過剰となると、液相拡散接合の過程で余剰となったＳｎ成分が電極の母材と反応することで、電極の母材の一部がはんだ材に拡散し、図５に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属化合物層１２２Ｆが形成されてしまう。このように金属化合物層１２２Ｆが形成されると、金属化合物層１２２Ｆと電極１２２Ａとの界面にボイドＶの発生等が引き起こされ、電気的接続の信頼性が低下する場合がある。

本開示の一局面は、ニッケル層で被覆された被接合材の電気的接続の信頼性を高められる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、配線基板と、配線基板に実装された半導体素子とを備える半導体装置の製造方法である。半導体装置の製造方法は、絶縁層と、絶縁層に配置され、かつ、ニッケルを主成分とする第１ニッケル層で被覆された銅製の第１電極と、を有する配線基板を用意する工程と、ニッケルを主成分とする第２ニッケル層で被覆された導電性の配線部材を用意する工程と、第１電極に対し、スズを主成分とする第１スズ層と、配線部材と、スズを主成分とする第２スズ層と、半導体素子の第２電極とがこの順に積層されるように、配線部材及び半導体素子を配置する工程と、配置する工程で得られた積層体を第１スズ層及び第２スズ層の融点以上で加熱する工程と、を備える。加熱する工程で加熱される前の積層体において、第１ニッケル層の平均厚みＮ１、第２ニッケル層の平均厚みＮ２、及び第１スズ層の平均厚みＳ１が、下記式（１）を満たす。
３×（Ｎ１＋Ｎ２）≧Ｓ１ ・・・（１）

このような構成によれば、第１ニッケル層及び第２ニッケル層の平均厚みの和が、第１スズ層の平均厚みに対し一定の比（つまり１／３）以上あることで、Ｓｎとの反応によってＮｉが全て消費されることが抑制される。その結果、ニッケル層で被覆された第１電極及び配線部材の母材がＳｎと反応することが抑制されるので、第１電極及び配線部材の電気的接続の信頼性を高められる。また、高温環境下でも接合部の組織を安定に保つことができる。

本開示の一態様では、配線部材を用意する工程において、第２ニッケル層の表面側に第１スズ層が形成された配線部材を用意してもよい。このような構成によれば、容易かつ確実に第１スズ層を形成することができる。

本開示の一態様では、第１ニッケル層の表面側に第１スズ層が形成された配線基板を用意してもよい。このような構成によっても、容易かつ確実に第１スズ層を形成することができる。

本開示の一態様では、配置する工程において、第１スズ層を構成するスズ膜を第１電極に重ねると共に、スズ膜の第１電極とは反対側の表面に配線部材を重ねてもよい。このような構成によっても、容易かつ確実に第１スズ層を形成することができる。

本開示の一態様では、加熱する工程において、積層体を水素及び窒素を含むガス雰囲気中で加熱してもよい。このような構成によれば、各金属材料の酸化を抑制することができるので、容易かつ確実に第１電極、配線部材、及び第２電極を接合することができる。

本開示の一態様では、半導体素子は、第２電極を被覆し、ニッケルを主成分とする第３ニッケル層を有してもよい。加熱する工程で加熱される前の積層体において、第２ニッケル層の平均厚みＮ２、第３ニッケル層の平均厚みＮ３、及び第２スズ層の平均厚みＳ２が、下記式（２）を満たしてもよい。
３×（Ｎ３＋Ｎ２）≧Ｓ２ ・・・（２）

このような構成によれば、ニッケル層で被覆された第２電極及び配線部材の母材がＳｎと反応することが抑制されるので、第２電極及び配線部材の電気的接続の信頼性を高められる。

実施形態の半導体装置の製造方法で得られる半導体装置の模式的な断面図である。 図１の半導体装置における接合部分の模式的な拡大断面図である。 実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 図４Ａは、半導体装置の製造方法における一工程を示す模式的な拡大断面図であり、図４Ｂは、図４Ａとは異なる実施形態の半導体装置の製造方法における一工程を示す模式的な拡大断面図であり、図４Ｃは、図４Ａ，４Ｂとは異なる実施形態の半導体装置の製造方法における一工程を示す模式的な拡大断面図である。 従来の半導体装置における電極間の接合構造の模式的な拡大断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１は、本開示の半導体装置の製造方法で得られる半導体装置１である。半導体装置１は、電力変換器（例えば、インバータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等）、半導体モジュール、半導体パッケージ、セラミックパッケージ等として用いられる電子機器である。半導体装置１は、配線基板２と、半導体素子３と、放熱部材４と、ピラー５とを備える。

＜配線基板＞
配線基板２は、絶縁層２１と、第１電極２２Ａと、複数の配線部材２３Ａと、第３電極２４Ａとを有する。

また、配線基板２は、図２に示すように、第１ニッケル層２２Ｂと、第１接合層２２Ｃと、第２ニッケル層２３Ｂとを有する。なお、第１接合層２２Ｃ、及び第２ニッケル層２３Ｂは、各配線部材２３Ａに対して１つずつ設けられている。

絶縁層２１には、第１電極２２Ａ及び第３電極２４Ａを含む配線（図示省略）が配置されている。この配線は、絶縁層２１の表面に配置された配線パターン、絶縁層２１を貫通する導体等を含んでいる。絶縁層２１は、複数の絶縁シートが積層された多層構造であってもよい。

絶縁層２１の材質は特に限定されないが、耐熱性の観点から絶縁層２１はセラミックを主成分とするとよい。このセラミックとしては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラス等が挙げられる。これらのセラミックは単体で、又は２種以上組み合わせて使用することができる。なお、「主成分」とは、９０質量％以上含まれる成分を意味する。

第１電極２２Ａは、絶縁層２１の表面に配置された銅製の電極である。ここで、「銅製」とは、銅の含有率が９９重量％以上であることを意味する。第１電極２２Ａは、複数の配線部材２３Ａを介して、後述する半導体素子３の第２電極３２Ａと電気的に接続されている。第１電極２２Ａは、例えば、めっき、ろう付け、二次メタライズ等の公知の方法によって形成される。

第１電極２２Ａの絶縁層２１とは反対側の表面は、第１ニッケル層２２Ｂによって被覆されている。第１ニッケル層２２Ｂは、Ｎｉ（ニッケル）を主成分とするめっき被膜である。

第１ニッケル層２２Ｂは、例えば、純Ｎｉ又はＮｉ−Ｐ等のＮｉ合金で構成される。なお、第１ニッケル層２２Ｂは、成分の異なる（つまり、Ｎｉ濃度が異なる）複数の層が積層された多層構造であってもよい。第１ニッケル層２２Ｂは、例えば電解めっきによって形成できる。

複数の配線部材２３Ａは、第１電極２２Ａと第２電極３２Ａとを電気的に接続する配線を構成する導電性のブロック体である。複数の配線部材２３Ａは、第１電極２２Ａと第２電極３２Ａとの間に配置されている。

各配線部材２３Ａの材質は、導電性のものであれば特に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、複合金属（例えばＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等）等の金属が使用できる。

各配線部材２３Ａの形状は特に限定されない。各配線部材２３Ａの形状は、例えば、図２に示される角柱体又は円柱体等のほか、球体とすることができる。なお、配線基板２は、１個の配線部材２３Ａを有してもよい。

各配線部材２３Ａの表面は、第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されている。第２ニッケル層２３Ｂは、Ｎｉを主成分とするめっき被膜である。第２ニッケル層２３Ｂは、例えば、純Ｎｉ又はＮｉ−Ｐ等のＮｉ合金で構成される。第２ニッケル層２３Ｂは、複数の層が積層された多層構造であってもよい。

本実施形態では、配線部材２３Ａの表面全体が第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されている。ただし、配線部材２３Ａの表面のうち、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａと対向しない領域は必ずしも第２ニッケル層２３Ｂによって被覆されなくてもよい。

第１電極２２Ａと複数の配線部材２３Ａとは、Ｓｎ（スズ）とＮｉとの金属化合物を主成分とする第１接合層２２Ｃによって接合されている。第１接合層２２Ｃは、第１ニッケル層２２Ｂの第１電極２２Ａとは反対の表面側、及び第２ニッケル層２３Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面側に配置されている。つまり、第１接合層２２Ｃは、第１ニッケル層２２Ｂと第２ニッケル層２３Ｂとの間に配置されている。また、第１接合層２２Ｃは、配線部材２３Ａの側面に配置された接合層を介して、後述する第２接合層３２Ｃと連結されている。

第１電極２２Ａは、第１ニッケル層２２Ｂ、第１接合層２２Ｃ、及び第２ニッケル層２３Ｂを介して、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続されている。

図１に示すように、第３電極２４Ａは、絶縁層２１の第１電極２２Ａとは反対の表面に配置された電極である。第３電極２４Ａの表面は、第１ニッケル層２２Ｂと同じ成分のニッケル層で被覆されていてもよい。

＜半導体素子＞
半導体素子３は、配線基板２に実装された素子である。半導体素子３としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電力供給用の半導体チップ等が例示される。

半導体素子３は、図２に示すように、素子本体３１と、第２電極３２Ａと、第３ニッケル層３２Ｂと、第２接合層３２Ｃとを有する。半導体素子３は、第２接合層３２Ｃにより各配線部材２３Ａと電気的に接続されている。なお、第２接合層３２Ｃは、各配線部材２３Ａに対して１つずつ設けられている。

第２電極３２Ａは、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続される金属製の電極である。第２電極３２Ａは、複数の配線部材２３Ａを介して、第１電極２２Ａと電気的に接続されている。

第２電極３２Ａの素子本体３１とは反対側の表面（つまり配線基板２と対向する表面）は、第３ニッケル層３２Ｂによって被覆されている。第３ニッケル層３２Ｂは、Ｎｉを主成分とするめっき被膜である。第３ニッケル層３２Ｂは、例えば、純Ｎｉ又はＮｉ−Ｐ等のＮｉ合金で構成される。第３ニッケル層３２Ｂは、複数の層が積層された多層構造であってもよい。

第２電極３２Ａと複数の配線部材２３Ａとは、ＳｎとＮｉとの金属化合物を主成分とする第２接合層３２Ｃによって接合されている。第２接合層３２Ｃは、第３ニッケル層３２Ｂの第２電極３２Ａとは反対の表面側、及び第２ニッケル層２３Ｂの配線部材２３Ａとは反対の表面側に配置されている。つまり、第２接合層３２Ｃは、第３ニッケル層３２Ｂと第２ニッケル層２３Ｂとの間に配置されている。

第２電極３２Ａは、第３ニッケル層３２Ｂ、第２接合層３２Ｃ、及び第２ニッケル層２３Ｂを介して、複数の配線部材２３Ａと電気的に接続されている。

＜放熱部材＞
図１に示す放熱部材４は、半導体素子３が発する熱を放熱するための部材である。放熱部材４としては、銅、銀、アルミニウム、ニッケル、及び鉄のうち少なくとも１種を含む金属材、金属とセラミックとのコンポジット材（例えば、Ａｌ−ＳｉＣ等）、比較的放熱性の高い基板（例えば、金属ベースと、金属ベースの表面に絶縁層を介して配置された配線とを備える基板、セラミック基板の表面に金属を接合した基板等）を用いることができる。

半導体素子３は、例えば、金属、導電性樹脂等を用いた接合材によって放熱部材４の表面に接合されている。放熱部材４の半導体素子３とは反対側の面には、放熱フィンが取り付けられてもよい。また、放熱部材４の表面には、配線パターン（つまり電極）が形成されていてもよい。

＜ピラー＞
本実施形態のピラー５は、配線基板２の第１電極２２Ａと放熱部材４との間に配置された導電性の部材である。ピラー５は、例えば、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ等によって構成される。

ピラー５は、第１電極２２Ａを被覆する第１ニッケル層２２Ｂと、放熱部材４とに接合されている。ピラー５は、１つのブロック体から構成されてもよいし、複数のプレートを重ね合わせて構成されてもよい。

ピラー５によって、配線基板２の第１電極２２Ａと放熱部材４とが電気的に接続される。そのため、放熱部材４を介して、配線基板２及び半導体素子３へ電力を供給することができる。また、ピラー５によって、配線基板２の傾きが抑制できる。

なお、半導体装置１は、必ずしも放熱部材４及びピラー５を備えなくてもよい。また、配線基板２は、必ずしも第３電極２４Ａを有しなくてもよい。

＜製造方法＞
本開示の半導体装置の製造方法は、図３に示すように、配線基板用意工程Ｓ１０と、配線部材用意工程Ｓ２０と、半導体素子用意工程Ｓ３０と、配置工程Ｓ４０と、加熱工程Ｓ５０とを備える。

（配線基板用意工程）
本工程では、絶縁層２１と、第１ニッケル層２２Ｂで表面が被覆された第１電極２２Ａとを有する配線基板を用意する。本工程では、複数の配線部材２３Ａが接合されておらず、かつ、第１ニッケル層２２Ｂの表面に第１接合層２２Ｃが形成されていない配線基板を用意する。

（配線部材用意工程）
本工程では、第２ニッケル層２３Ｂで表面が被覆された複数の配線部材２３Ａを用意する。本工程で用意する配線部材２３Ａは、図４Ａに示すように、第２ニッケル層２３Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄが形成されている。

第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄは、例えば、純Ｓｎ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ｃｕ等で構成される。第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの融点（つまり、固相線温度）としては、２３０℃以上が好ましい。第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの融点が低すぎると、半導体装置１の耐熱性が不十分となるおそれがある。

第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄは、例えば、ディスペンス、印刷等によるＳｎペーストの塗布、Ｓｎめっき等の手段によって形成できる。また、配線部材２３Ａの酸化及び変色を抑制する観点、並びに第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの接合強度を高める観点から、配線部材２３Ａの表面のうち、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａと対向しない領域（つまり、側面）にも第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄを形成するとよい。

（半導体素子用意工程）
本工程では、素子本体３１と、第３ニッケル層３２Ｂで表面が被覆された第２電極３２Ａとを有する半導体素子を用意する。なお、本工程では、第３ニッケル層３２Ｂの表面に第２接合層３２Ｃが形成されていない半導体素子を用意する。

配線基板用意工程Ｓ１０、配線部材用意工程Ｓ２０及び半導体素子用意工程Ｓ３０を実施する順序は問われない。

（配置工程）
本工程では、図４Ａに示すように、第１電極２２Ａに対し、第１スズ層２２Ｄと、複数の配線部材２３Ａと、第２スズ層３２Ｄと、第２電極３２Ａとがこの順に積層されるように、配線部材２３Ａ及び半導体素子３を配置した積層体を得る。

次の加熱工程Ｓ５０で加熱される前の積層体において、第１ニッケル層２２Ｂの平均厚みＮ１、第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みＮ２、及び第１スズ層２２Ｄの平均厚みＳ１は、下記式（１）を満たす。
３×（Ｎ１＋Ｎ２）≧Ｓ１ ・・・（１）

さらに、加熱工程Ｓ５０で加熱される前の積層体において、第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みＮ２、第３ニッケル層３２Ｂの平均厚みＮ３、及び第２スズ層３２Ｄの平均厚みＳ２は、下記式（２）を満たす。
３×（Ｎ３＋Ｎ２）≧Ｓ２ ・・・（２）

なお、各層の「平均厚み」は、第１電極２２Ａ又は第２電極３２Ａと配線部材２３Ａとの接合に寄与している領域の平均厚みを意味し、例えば、上記領域内の１０点の厚みを平均した値である。

上記式（１）の左辺がＳ１よりも小さいと、次の加熱工程Ｓ５０において第１ニッケル層２２Ｂ又は第２ニッケル層２３Ｂが消失し、Ｓｎと第１電極２２Ａ又は配線部材２３Ａの母材とが反応するおそれがある。

同様に、上記式（２）の左辺がＳ２よりも小さいと、次の加熱工程Ｓ５０において第３ニッケル層３２Ｂ又は第２ニッケル層２３Ｂが消失し、Ｓｎと第２電極３２Ａ又は配線部材２３Ａの母材とが反応するおそれがある。

第１ニッケル層２２Ｂの平均厚みＮ１、第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みＮ２、及び第３ニッケル層３２Ｂの平均厚みＮ３は、それぞれ、第１スズ層２２Ｄの平均厚みＳ１又は第２スズ層３２Ｄの平均厚みＳ２に対して１／６倍以上、第１スズ層２２Ｄの平均厚みＳ１又は第２スズ層３２Ｄの平均厚みＳ２に対して５倍以下が好ましい。

各ニッケル層の平均厚みを上記範囲とすることで、スズ層に対し十分なニッケルを備えることができ、その結果、ボイドの抑制が可能となる。加えて、各ニッケル層が必要以上に厚くなることも抑制することができ、半導体装置１の低背化を行うことも可能となる。また、第１ニッケル層２２Ｂの平均厚みＮ１、第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みＮ２、及び第３ニッケル層３２Ｂの平均厚みＮ３におけるそれぞれの上限は、５０μｍ以下が好ましい。各ニッケル層の平均厚みが５０μｍ以下であれば、ニッケル層がボイドを内包することを十分に抑制することができるからである。

したがって、配線基板用意工程Ｓ１０、配線部材用意工程Ｓ２０、及び半導体素子用意工程Ｓ３０では、上記式（１）及び（２）を満たす配線基板、配線部材、及び半導体素子を用意する。

なお、はんだ材（つまり、第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄ）の濡れ性を高めるために、第１ニッケル層２２Ｂと第１スズ層２２Ｄとの間、第２ニッケル層２３Ｂと第１スズ層２２Ｄ及び／又は第２スズ層３２Ｄとの間、第３ニッケル層３２Ｂと第２スズ層３２Ｄとの間に、フラックスを塗布してもよい。

（加熱工程）
本工程では、配置工程Ｓ４０で得られた積層体を第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄの融点（つまり固相線温度）以上で加熱する。本工程での加熱温度は、２５０℃以上３５０℃以下が好ましい。

具体的には、積層体を水素及び窒素を含むガス雰囲気中で、一定時間一定の温度で加熱する。これにより、各金属材料の酸化を抑制しつつ、ＮｉとＳｎとの相互拡散により等温凝固が生じ、各電極と各配線部材とが接合される。ガス雰囲気の水素濃度としては、１０体積％以上が好ましい。また、ガス雰囲気は、水素及び窒素のみを含むとよい。

（他の製造方法）
当該半導体装置の製造方法では、配線部材用意工程Ｓ２０において、第２ニッケル層２３Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄ及び第２スズ層３２Ｄが形成されていない配線部材２３Ａを用意してもよい。

この場合、配線基板用意工程Ｓ１０において、図４Ｂに示すように、第１ニッケル層２２Ｂの表面に第１スズ層２２Ｄが形成された配線基板を用意する。または、図４Ｃに示すように、配置工程Ｓ４０において、第１スズ層２２Ｄとしての第１スズ膜を第１電極２２Ａに重ねると共に、第１スズ膜の第１電極２２Ａとは反対側の表面に配線部材２３Ａを重ねてもよい。

上述の場合は、さらに、半導体素子用意工程Ｓ３０において、図４Ｂに示すように、第３ニッケル層３２Ｂの表面に第２スズ層３２Ｄが形成された半導体素子を用意する。または、図４Ｃに示すように、配置工程Ｓ４０において、第２スズ層３２Ｄとしての第２スズ膜を第２電極３２Ａに重ねると共に、第２スズ膜の第２電極３２Ａとは反対側の表面に配線部材２３Ａを重ねてもよい。

各スズ層は、例えば、マスクの上からのディスペンス、印刷等によるＳｎペーストの塗布、マスクとしてレジストを用いたＳｎめっき等の手段によって、各電極のニッケル層の表面に形成することができる。

さらに、第１スズ層２２Ｄは、配線基板用意工程Ｓ１０で用意される配線基板と、配線部材用意工程Ｓ２０で用意される配線部材２３Ａとの両方に分割されて配置されてもよい。つまり、第１スズ層２２Ｄは、配線基板に設けられたスズ層と、配線部材２３Ａに設けられたスズ層とが積層されて構成されてもよい。同様に、第２スズ層３２Ｄは、配線部材用意工程Ｓ２０で用意される配線部材２３Ａと、半導体素子用意工程Ｓ３０で用意される半導体素子との両方に分割されて配置されてもよい。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）第１ニッケル層２２Ｂ及び第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みの和（Ｎ１＋Ｎ２）が、第１スズ層２２Ｄの平均厚みＳ１に対し一定の比（つまり１／３）以上あることで、Ｓｎとの反応によってＮｉが全て消費されることが抑制される。その結果、ニッケル層で被覆された第１電極２２Ａ及び配線部材２３Ａの母材がＳｎと反応することが抑制されるので、第１電極２２Ａ及び配線部材２３Ａの電気的接続の信頼性を高められる。また、高温環境下でも接合部の組織を安定に保つことができる。

（１ｂ）同様に、第３ニッケル層３２Ｂ及び第２ニッケル層２３Ｂの平均厚みの和（Ｎ３＋Ｎ２）が、第２スズ層３２Ｄの平均厚みＳ２に対し一定の比以上あることで、第２電極３２Ａ及び配線部材２３Ａの電気的接続の信頼性を高められる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の半導体装置の製造方法において、上記式（２）は必ずしも満たされなくてもよい。さらに、半導体素子３の第２電極３２Ａは、必ずしも第３ニッケル層３２Ｂによって被覆されなくてもよい。

（２ｂ）上記実施形態の半導体装置１において、放熱部材４とピラー５とは必ずしも電気的に接続されなくてもよい。また、上記実施形態の半導体装置１は、必ずしも放熱部材４及びピラー５を備えなくてもよい。
また、配線基板２は、必ずしも第３電極２４Ａを有しなくてもよい。

（２ｃ）上記実施形態の半導体装置１において、必ずしも第１接合層２２Ｃと第２接合層３２Ｃとが配線部材２３Ａの側面に配置された接合層を介して連結される必要はない。半導体装置１において、配線部材２３Ａの側面に接合層が配置されず、第１接合層２２Ｃと第２接合層３２Ｃとが離間していてもよい。

（２ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。

＜実施例１＞
焼結したアルミナ製の絶縁層の両面にＣｕめっきにて平均厚み１００μｍの電極を形成した配線基板を用意した。この配線基板の電極表面に平均厚み１０μｍのＮｉめっき膜（つまり第１ニッケル層）を形成した。

配線部材として直径５００μｍの銅製のピラーを用意した。この配線部材の表面に平均厚み５μｍのＮｉめっき膜（つまり第２ニッケル層）を形成し、さらに、Ｎｉめっき膜の上に平均厚み１５μｍのＳｎめっき膜（つまり第１スズ層及び第２スズ層）を形成した。

アルミニウム製の電極表面に平均厚み５μｍのＮｉめっき膜（つまり第３ニッケル層）を形成した半導体素子を用意した。
上から順に、配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極の順に配置し、水素が１０体積％で残部が窒素のガス雰囲気中で、３００℃で所定時間リフロー加熱を行うことで、半導体装置を得た。

＜実施例２＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを５μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜実施例３＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを２μｍとし、配線部材のＳｎめっき膜の平均厚みを１０μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜実施例４＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを５μｍとし、配線部材のＳｎめっき膜の平均厚みを３０μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜実施例５＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを５μｍとし、配線部材にＳｎめっき膜を形成する代わりに、配線基板及び半導体素子の電極に平均厚み２５μｍのＳｎ層を印刷により形成した点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜実施例６＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを５μｍとし、配線部材にＳｎめっき膜を形成する代わりに、配線基板及び半導体素子の電極と配線部材との間に平均厚み３０μｍのスズ箔を配置した点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜比較例１＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを２μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜比較例２＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを４μｍとし、配線部材のＳｎめっき膜の平均厚みを２５μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜比較例３＞
配線基板の電極、配線部材、及び半導体素子の電極それぞれのＮｉめっき膜の平均厚みを５μｍとし、配線部材のＳｎめっき膜の平均厚みを３５μｍとした点以外は、実施例１と同様の手順によって、半導体装置を得た。

＜評価＞
実施例及び比較例の半導体装置に対して、電極間の接合部分の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、コントラストの差を確認した。また、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）による元素マッピングを用いて元素の分布状態を確認した。

＜結果＞
実施例１−６の全ての半導体装置において、Ｎｉ−Ｓｎ化合物で構成された接合層が電極と配線部材との間に形成され、接合層内にボイドは存在しなかった。また、各Ｎｉめっき膜が残存していた。さらに、Ｓｎ層の残留はなく、電極及び配線部材の母材との意図しない化合物の生成も見られなかった。

一方、比較例１−３の全ての半導体装置において、図５に示すように、Ｎｉ−Ｓｎ化合物で構成された接合層１２２Ｄ内にＳｎ層１２２Ｅが残留していた。また、各Ｎｉめっき膜が消失しており、電極１２２Ａ又は配線部材１２３Ａに含まれるＣｕとＳｎとの意図しない化合物Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉで構成されたＣｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属化合物層１２２Ｆ，１２３Ｆが生成され、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｎｉ金属化合物層１２２Ｆ，１２３Ｆに多数のボイドＶが発生していた。

１…半導体装置、２…配線基板、３…半導体素子、４…放熱部材、５…ピラー、
２１…絶縁層、２２Ａ…第１電極、２２Ｂ…第１ニッケル層、２２Ｃ…第１接合層、
２２Ｄ…第１スズ層、２３Ａ…配線部材、２３Ｂ…第２ニッケル層、
２４Ａ…第３電極、３１…素子本体、３２Ａ…第２電極、３２Ｂ…第３ニッケル層、
３２Ｃ…第２接合層、３２Ｄ…第２スズ層。

Claims (6)

1. 配線基板と、前記配線基板に実装された半導体素子とを備える半導体装置の製造方法であって、
   絶縁層と、前記絶縁層に配置され、かつ、ニッケルを主成分とする第１ニッケル層で被覆された銅製の第１電極と、を有する配線基板を用意する工程と、
   ニッケルを主成分とする第２ニッケル層で被覆された導電性の配線部材を用意する工程と、
   前記第１電極に対し、スズを主成分とする第１スズ層と、前記配線部材と、スズを主成分とする第２スズ層と、半導体素子の第２電極とがこの順に積層されるように、前記配線部材及び前記半導体素子を配置する工程と、
   前記配置する工程で得られた積層体を前記第１スズ層及び前記第２スズ層の融点以上で加熱する工程と、
   を備え、
   前記加熱する工程で加熱される前の前記積層体において、前記第１ニッケル層の平均厚みＮ１、前記第２ニッケル層の平均厚みＮ２、及び前記第１スズ層の平均厚みＳ１が、下記式（１）を満たす、半導体装置の製造方法。
   ３×（Ｎ１＋Ｎ２）≧Ｓ１ ・・・（１）
2. 前記配線部材を用意する工程において、前記第２ニッケル層の表面側に前記第１スズ層が形成された前記配線部材を用意する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記配線基板を用意する工程において、前記第１ニッケル層の表面側に前記第１スズ層が形成された前記配線基板を用意する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記配置する工程において、前記第１スズ層を構成するスズ膜を前記第１電極に重ねると共に、前記スズ膜の前記第１電極とは反対側の表面に前記配線部材を重ねる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記加熱する工程において、前記積層体を水素及び窒素を含むガス雰囲気中で加熱する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記半導体素子は、前記第２電極を被覆し、ニッケルを主成分とする第３ニッケル層を有し、
   前記加熱する工程で加熱される前の前記積層体において、前記第２ニッケル層の平均厚みＮ２、前記第３ニッケル層の平均厚みＮ３、及び前記第２スズ層の平均厚みＳ２が、下記式（２）を満たす、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
   ３×（Ｎ３＋Ｎ２）≧Ｓ２ ・・・（２）