JP7386662B2 - 半導体装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置および電力変換装置に関する。

半導体装置の高耐圧化、低損失化、および高温環境下における使用などを可能にするために、シリコン（Ｓｉ）半導体基板を用いた半導体装置と比較して耐電圧および耐熱性に優れた炭化珪素（ＳｉＣ）半導体基板を用いた半導体装置への応用がなされている。半導体装置としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属－酸化物－半導体電界効果トランジスタ）またはショットキーバリアダイオード等の電力用半導体装置が挙げられる。

例えば、耐圧１～１．２ｋＶ級のＳｉＣ半導体ＭＯＳＦＥＴは、５ｍΩｃｍ^２以下のオン抵抗が得られ、同耐圧のＳｉ半導体ＭＯＳＦＥＴまたはＳｉ半導体ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と比較すると、抵抗値は半分以下である。ここで、ＳｉＣ半導体ＭＯＳＦＥＴまたはＳｉＣ半導体ＩＧＢＴとは、ＳｉＣ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴまたはＳｉＣ半導体を用いたＩＧＢＴのことをいい、これらを総称してＳｉＣ半導体装置ともいう。また、Ｓｉ半導体ＭＯＳＦＥＴまたはＳｉ半導体ＩＧＢＴは、Ｓｉ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴまたはＳｉ半導体を用いたＩＧＢＴのことをいい、これらを総称してＳｉ半導体装置ともいう。

Ｓｉ半導体よりもＳｉＣ半導体の方がオン抵抗を大幅に低減することができる理由は、ＳｉＣ半導体が高い絶縁破壊電界を有し、かつ同耐圧を実現するための耐圧層であるドリフト層をＳｉ半導体よりも薄くすることができること、また、耐圧層の不純物ドーピング量を高くすることができることなどが挙げられる。今後、製造コストの改善、プロセス技術の向上、およびその他の性能向上を図ることによって、インバータ部品として用いられるＳｉ半導体ＩＧＢＴの大半がＳｉＣ半導体装置に置き換わっていくと考えられる。

一方、表裏導通型の電力用半導体装置を回路基板などに実装する場合、電力用半導体装置の裏面を回路基板上にはんだ付けし、電力用半導体装置の表面をアルミワイヤなどでワイヤボンドすることによって、電力用半導体装置と回路基板との電気的な接続を行っていた。ここで、表裏導通型の電力用半導体装置とは、電力用半導体装置の表面側および裏面側のそれぞれに電極を設け、各電極間を電流が流れる構造を有する電力用半導体装置のことをいう。

近年、電力用半導体装置の通電性能が向上したため、表面および裏面をはんだ付けした電力用半導体装置が採用されている。当該電力用半導体装置を組み込んだ電力用半導体モジュールは、通電性能および放熱性能を向上させることができる。このような電力用半導体装置では、表面側に形成する電極層に、はんだ付けのために数μｍレベルのニッケル（Ｎｉ）膜が必要とされている。蒸着またはスパッタなどの真空成膜方式は、成膜速度が遅いため、生産性または製造コストの観点で問題がある。従って、Ｎｉ膜の成膜方法として、高速成膜が可能な湿式成膜法である「めっき処理」が注目されている。

従来、冷熱サイクルに曝されたときに発生する熱応力によって半導体チップの電極部の破壊を抑えるために、電極部を構成するアルミニウム（Ａｌ）電極のＮｉ層側に複数の凹部を形成し、Ｎｉ層またはＮｉ層と第１の接合部材とで形成される合金層が凹部に入り込むことによって、Ａｌ電極とＮｉ層とを接合する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－１９８２９号公報

Ｓｉ半導体装置よりも耐電圧および耐熱性が優れたＳｉＣ半導体装置については、ＳｉＣ半導体が有する高い絶縁破壊電界の特性を活かして、より小型で高効率な装置が開発されている。具体的には、両面をはんだ付けした電力用半導体装置を組み込んだ電力用半導体モジュールは、通電性能および放熱性能を向上させることができる。一方、このような電力用半導体モジュールに組み込まれた電力用半導体装置は、スイッチング時に周囲の封止樹脂およびリードフレームから受ける応力が大きく、当該応力に起因してはんだの剥がれが生じるという問題がある。

例えば、特許文献１では、はんだと接合のためのＮｉめっき層と、酸化防止用の金（Ａｕ）めっき層とが形成されているが、一様なＮｉめっき層上にＡｕめっき層が形成されているため、半導体装置にはんだを接合すると、Ｎｉめっき層の界面の凹凸が乏しくなる。従って、このような構造は、スイッチングなどの断続的な通電によって半導体装置の周囲の封止樹脂およびリードフレームから応力を受けると、はんだとＮｉめっき層との界面が剥離し、半導体装置の特性劣化または故障が生じることになる。このように、従来の半導体装置は、信頼性が高いとはいえなかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、信頼性を向上させることが可能な半導体装置および電力変換装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の表面上に形成された回路構造と、回路構造上に形成された上面電極とを備え、上面電極は、ニッケルを含む第１ニッケル層と、第１ニッケル層上に形成された金を含む第１金層とを有し、第１ニッケル層は、第１金層との界面において、金を包含しかつ第１ニッケル層の他の領域よりもニッケル濃度が低い第１低濃度領域を有する。

本発明によると、半導体装置は、第１ニッケル層は、第１金層との界面において、金を包含しかつ第１ニッケル層の他の領域よりもニッケル濃度が低い第１低濃度領域を有するため、信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１によるめっき処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１によるめっき処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１によるめっき処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による半導体モジュールの構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による低濃度領域の直径、深さ、および角度を説明するための図である。 本発明の実施の形態１による低濃度領域の直径とオン抵抗との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による低濃度領域の深さとオン抵抗との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による低濃度領域の角度とオン抵抗との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による低濃度領域の外観を示す図である。 本発明の実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２によるめっき処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３による半導体装置の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４による主変換回路の構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４による主変換回路の構成の一例を示す断面図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１によるＳｉＣ半導体装置の構成の一例を示す断面図である。具体的には、図１では、プレーナーゲート構造のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴにおける主要部のセル構造を示している。また、図２は、図１に示す半導体装置の斜視図であり、セル構造がその両端をそれぞれ線対称の軸として連続した構成である。なお、図２において、図１中のソース電極７，９，１１は図示を省略している。

図１に示すように、ＳｉＣ基板１の表面上にはドリフト層２が形成されている。ここで、ＳｉＣ基板１の表面とは、図１における紙面上側の面のことをいう。ドリフト層２の表層には、ベース領域３およびソース領域４が形成されている。ドリフト層２、ベース領域３、およびソース領域４上には、ゲート層間絶縁膜５を介してゲート電極６が形成されている。ソース電極７は、ゲート層間絶縁膜５およびソース領域４を覆うように形成されている。ソース電極７上には、ソース電極９，１１が形成されている。ソース電極７，９，１１は、半導体装置の上面電極を構成している。なお、ソース電極９は、第１ニッケル層またはニッケル層に相当する。ソース電極１１は、第１金層に相当する。

ソース電極９には低濃度領域１０が形成されている。低濃度領域１０は、ソース電極７の凹凸に対して不規則に形成されているが、ソース電極の凹部に対応した位置に形成されてもよい。ソース電極１１は、ソース電極９上に形成されており、低濃度領域１０に対応する位置に形成された凹みに沿って形成されている。

図３は、図１に示す半導体装置の表面をはんだ付けしたときの断面図を示している。

図３に示すように、はんだ１２を形成すると、はんだ１２とソース電極９との界面における図１に示す低濃度領域１０に対応する位置に凹凸が形成される。換言すれば、はんだ１２とソース電極９との界面は、断面視において不等間隔に凹凸が形成されている。ソース電極１１は、ソース電極９の酸化を防ぐために形成されており、はんだ１２との接合不良を抑制することができる。また、ソース電極１１を形成する際に後述する方法によってソース電極９に低濃度領域１０を導入することができ、これによってリードフレーム等に実装した後の半導体装置の信頼性を著しく向上させることができる。なお、はんだ１２を形成する際、ソース電極１１は、はんだ１２に取り込まれる。従って、図３にはソース電極１１が図示されていない。

図４は、本実施の形態１によるＳｉＣ半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、図５に示すように、ｎ型のＳｉＣ基板１を準備する。そして、ＳｉＣ基板１の表面上にｎ型のＳｉＣからなるエピタキシャル膜をドリフト層２として形成する。

ステップＳ１０２において、レジスト等でマスク（図示せず）を形成した後に不純物をイオン注入し、ｐ型のベース領域３を形成する。ここで、ｐ型の不純物としては、例えば、ボロン（Ｂ）、Ａｌなどが挙げられる。その後、各ベース領域３に対してレジスト等でマスク（図示せず）を形成した後に不純物をイオン注入し、ｎ型のソース領域４を形成する。ここで、ｎ型の不純物としては、例えば、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）などが挙げられる。その後、熱処理装置（図示せず）によってＳｉＣウエハを高温で熱処理すると、ベース領域３に注入されたｐ型のイオン、およびソース領域４に注入されたｎ型のイオンが電気的に活性化される。

その後、熱酸化法または化学気相成長法等の堆積法によってゲート層間絶縁膜５を形成する。そして、ゲート層間絶縁膜５上にゲート電極６を形成した後、当該ゲート電極６をパターニングする。ゲート電極６は、一対のベース領域３および一対のソース領域４がゲート電極６の両端部の下方に位置し、一対のベース領域３の間に位置するドリフト層２の一部がゲート電極６の中央直下に位置するようにパターニングされる。また、ソース領域４上のゲート層間絶縁膜５の残余部分は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて除去し、ゲート層間絶縁膜５の成膜およびパターニングを行う。このような工程を経て、図６に示すような半導体装置の構造を形成する。図６において、ドリフト層２、ベース領域３、ソース領域４、ゲート層間絶縁膜５、およびゲート電極６は、半導体装置における回路構造を構成する。

ステップＳ１０３において、図７に示すように、ソース領域４が露出した部分上に、チタン、チタン化合物、またはバリアメタルを適宜用いて、アルミニウム、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、アルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金、またはニッケル等を、ソース電極７として成膜する。ここで、チタン化合物としては、例えば、チッ化チタン（ＴｉＮ）などが挙げられる。バリアメタルとしては、例えば、モリブデン、タングステン、バナジウム、またはクロムなどが挙げられる。なお、以下では、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、およびアルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金を総称してＡｌ合金ともいう。

本発明者らの研究によれば、Ａｌ合金でソース電極７を形成した場合、当該ソース電極７を成膜した後に３５０～５００℃の熱処理を行うことによって、スイッチングを繰り返すことに起因する半導体装置の破壊を抑制することができることが分かった。以下、ソース電極７はＡｌ合金で構成されているものとして説明する。

ステップＳ１０４において、ＳｉＣ基板１の裏面に対して、例えば、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒で構成された研削砥石を用いた機械加工によって、ＳｉＣ基板１の薄板化を行う。ここで、ＳｉＣ基板１の裏面とは、図１における紙面下側の面のことをいう。

ステップＳ１０５において、図７に示すように、スパッタ法等を適宜用いて、ＳｉＣ基板１の裏面上に６００ｎｍ程度のＮｉ膜をドレイン電極８として成膜する。なお、Ｎｉ膜の表面については、当該表面が酸化するとはんだ合金とＮｉとの濡れ性が悪くなり、チップ接合時の接合状態が悪化する。従って、Ｎｉ膜の表面に、Ａｕまたは銀（Ａｇ）などの外部との反応性が乏しい金属を保護膜として形成してもよい。この場合、ドレイン電極８は、Ｎｉ膜と保護膜との積層膜で構成されることになる。

ステップＳ１０６において、ＳｉＣ基板１の表面にめっき法を用いて電極を形成するために、めっき前処理を行う。ウエハ上に形成されたＡｌ合金に対して周知の脱脂処理および酸洗浄を行った後にめっき処理をしても、Ａｌ合金の表面には強固な有機物残渣および酸化膜が存在するため、Ａｌ合金とめっき膜との間で金属拡散が生じず、強固な付着力を有するめっき膜を形成することができない。従って、本実施の形態１では、めっき前処理として、Ａｌ合金に対して表面活性化処理、脱脂処理、酸洗浄、およびジンケート処理を順に行う。なお、各処理の間には十分な水洗時間を確保し、前の処理で用いた処理液または残渣が次の工程に持ち込まれないようにする必要がある。

ステップＳ１０７において、ＳｉＣ基板１の表面にめっき法を用いてめっき膜を形成する。

図８は、図４のステップＳ１０６およびステップＳ１０７の詳細を示したフローチャートである。図８のステップＳ２０１～ステップＳ２０４は、図４のステップＳ１０６に対応している。また、図８のステップＳ２０５およびステップ２０６は、図４のステップＳ１０７に対応している。

ステップＳ２０１において、例えばプラズマを利用して、基板表面を清浄にする表面活性化処理を行う。本実施の形態１では、表面活性化処理としてプラズマクリーニングを用いる。プラズマクリーニングとは、Ａｌ合金上に焼き付いてしまって一般的なめっき前処理では除去できない有機物残渣を、プラズマで酸化分解して叩き出すことによって表面を清浄にする処理方法である。

ステップＳ２０２において、脱脂処理を行う。具体的には、Ａｌ合金の表面に残留した軽度の有機物汚染および酸化膜を除去する。

ステップＳ２０３において、酸洗浄を行う。具体的には、Ａｌ合金の表面を中和し、Ａｌ合金の表面に対してエッチングを施して当該表面を荒らす。これにより、後の処理において処理液の反応性を高め、めっき膜の付着力を向上させることができる。

ステップＳ２０４において、ジンケート処理を行う。ジンケート処理とは、Ａｌ合金の表面に形成されたＡｌ酸化膜を除去しつつ、亜鉛（Ｚｎ）の皮膜を形成する処理である。具体的には、Ｚｎがイオンとして溶解した水溶液にＡｌ合金を浸漬すると、Ｚｎの方がＡｌよりも標準酸化還元電位が貴であるためＡｌがイオンとして溶解し、この時生じた電子をＺｎイオンがＡｌ合金の表面で受け取ってＺｎ皮膜を形成する。この時、Ａｌ酸化膜も除去される。以下、Ｚｎがイオンとして溶解した水溶液のことをＺｎ処理液ともいう。

その後、Ｚｎで被覆されたＡｌ合金を濃硝酸に浸漬してＺｎを溶解させ、Ａｌ合金の表面に薄くて厚さが均一なＡｌ酸化物の皮膜を形成する。ここで、Ｚｎで被覆されたＡｌ合金を濃硝酸に浸漬してＺｎを溶解させることをジンケート剥離ともいう。

その後、再度、Ａｌ合金をＺｎ処理液に浸漬し、Ａｌ合金の表面にＺｎ皮膜を形成するとともに、Ａｌ酸化膜を除去する。これらの処理を行うことによって、Ａｌ合金の表面に形成された酸化膜は薄くなるとともに平滑になる。また、処理の回数を増やすほどＡｌ合金の表面の厚さは均一となり、その後に形成するめっき膜の出来栄えも良くなる。ジンケート処理は、図９に示す２回、または図１０に示す３回など、繰り返して行うことができる。本発明者らの研究によれば、ジンケート処理の回数は２～５回、より好ましくは２～３回であることが分かった。

ステップＳ２０５において、無電解Ｎｉめっき処理を行う。Ｚｎで被覆されたＡｌ合金を無電解Ｎｉめっき液に浸漬すると、最初は、Ｚｎの方がＮｉよりも標準酸化還元電位が卑であるため、Ａｌ合金上にＮｉが析出する。そして、Ａｌ合金の表面がＮｉで覆われると、無電解Ｎｉめっき液中に含まれる還元剤の作用によって、自動触媒的にＮｉが析出する。ただし、自動触媒的な析出時には還元剤の成分がめっき膜に取り込まれるため、無電解Ｎｉめっき膜は合金となり、還元剤の濃度が高い非晶となる。一般的には、還元剤として次亜りん酸が利用されているため、無電解Ｎｉめっき膜にはＰが含まれている。このような条件で、図１１に示すように、Ａｌ合金からなるソース電極７上に、厚さが５．０μｍの無電解Ｎｉめっき膜をソース電極９として形成する。

ステップＳ２０６において、無電解Ａｕめっき処理を行う。無電解Ａｕめっき処理は、置換型の無電解Ａｕめっき膜を無電解Ｎｉめっき膜上に形成するものであり、めっき液中に含まれる錯化剤の作用によってＮｉとＡｕとが置換する作用を利用したものである。無電解Ａｕめっき膜は、ソース電極１１に相当する。具体的には、ステップＳ２０５で無電解Ｎｉめっき膜を形成した後、例えばスピンドライによってウエハ上に残留する水分の乾燥処理を行い、無電解Ｎｉめっき膜の表面に厚さが５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下の酸化膜を形成する。さらに好適な例としては、無電解Ｎｉめっき処理後に水洗処理を５分以上、より好ましくは１０分以上行うことによって、無電解Ｎｉめっき液を純水に置換しつつ、無電解Ｎｉめっき膜の表面に厚さが５０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下の酸化膜を形成することができる。このとき、水洗処理または乾燥処理によって、無電解Ｎｉめっき膜の表面に形成される酸化膜の厚さを不均一にすることが肝要である。このように、無電解Ｎｉめっき膜の表面に厚さが不均一な酸化膜を形成することによって、無電解Ａｕめっき膜の形成時に電子を授受する特定のポイントが形成される。そして、無電解Ａｕめっき処理の際、無電解Ｎｉめっき膜の一部（特定のポイントに対応する部分）に、周囲の無電解Ｎｉめっき膜よりもニッケル濃度が低くかつＡｕを含有した、Ｎｉの酸化を抑制した低濃度領域１０を形成することができる。なお、低濃度領域１０は、第１低濃度領域に相当する。ここで、無電解Ｎｉめっき膜中のニッケルの原子パーセント濃度を１としたとき、低濃度領域１０中のニッケルの原子パーセント濃度は０．３以上０．９５以下の範囲内にあることが望ましい。低濃度領域１０におけるニッケル膜中には、１原子パーセント以上３０原子パーセント以下の酸素を含有させることが望ましい。低濃度領域１０に、タリウム、ヒ素、鉛、およびビスマスと、それぞれの化合物である炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、および塩酸塩とのうちの少なくとも一種以上の元素を含めると、低濃度領域１０に含まれる酸素濃度を維持することが可能となるため、より好適である。

また、無電解Ａｕめっき膜には、めっき形成時の不純物として、タリウム、ヒ素、鉛、およびビスマスと、それぞれの化合物である炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、硫酸塩、および塩酸塩とのうちの少なくとも一種以上の元素が含まれていても良い。

発明者らの研究によれば、無電解Ｎｉめっき膜中に周囲とニッケル濃度が異なる部分を設けることによって、後に行うはんだとの接合時にニッケル濃度が異なる部分とその周囲とでＮｉの拡散速度に違いが生じるため、はんだとの接合面に凹凸を設けることができ、接合強度の向上に有効であることが分かった。なお、上記の置換型の場合、無電解Ｎｉめっき膜の表面がＡｕで被覆されてしまうと反応が停止するため、無電解Ａｕめっき膜を厚く成膜することは難しく、厚くても０．１μｍ、一般的には厚さが０．０５μｍ程度の無電解Ａｕめっき膜を成膜することが多い。しかし、はんだ付け用として利用する場合、無電解Ａｕめっき膜の厚さは上記の厚さで十分である。

無電解Ａｕめっき液の温度は、無電解Ａｕめっき液の種類およびめっき条件などに応じて適宜に設定することができるが、一般的に５０℃以上１００℃以下、好ましくは７０℃以上１００℃以下、より好ましくは８０℃以上９５℃以下である。無電解Ａｕめっき処理に要するめっき処理時間は、めっき処理条件および無電解Ａｕめっき膜の厚さなどに応じて適宜に設定すればよいが、一般的に５分以上６０分以下、好ましくは１０分以上５０分以下、より好ましくは１５分以上４０分以下である。無電解Ａｕめっき水溶のｐＨ値は、５．０～９．０、より好ましくは６．０～８．０の範囲内である。目標ｐＨ値は、例えば、ホスホン酸のような酸、または水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムのような塩基を使用することによって調整することができる。ｐＨ値をめっき処理の間に連続的に制御および調整することは、当該制御および調整によってめっき浴の寿命も改善されるため有効であり好ましい。

上記の処理を経て製造された半導体装置は、例えば図１２に示すような半導体モジュールに用いられる。図１２に示すように、半導体装置１３の表面および裏面のそれぞれが、外部端子であるリードフレーム１４にはんだ１２で接合されている。そして、リードフレーム１４の一部が外部に露出するように、半導体装置１３はモールド樹脂１５によって封止されている。なお、半導体装置１３は、図示しない放熱基板とはんだ１２で接合してもよい。

図１３は、無電解Ｎｉめっき膜であるソース電極９に形成された低濃度領域１０の直径、深さ、および角度θの定義を示す図である。低濃度領域１０の直径については、ソース電極９とソース電極１１との界面における平面視の大きさが最大となる長さを、低濃度領域１０の直径と定義する。低濃度領域１０の深さについては、断面視において、ソース電極９とソース電極１１との界面から最も深い部分までの長さを、低濃度領域１０の深さと定義する。低濃度領域１０の角度θについては、断面視において、低濃度領域１０の深さの半分の位置で、低濃度領域１０の輪郭が描く曲線または直線に対する接線と、ＳｉＣ基板１の表面と平行な直線とがなす角度を、低濃度領域１０の角度θと定義する。

図１４～１６は、本実施の形態１による半導体装置について、オンおよびオフのスイッチングを繰り返しながら、定格電流を断続的に通電および遮断を繰り返したときの半導体装置のオン抵抗と、ソース電極９に形成された低濃度領域１０の直径、深さ、および角度のそれぞれとの関係を示している。なお、図１４～１６では、半導体モジュールの定格電流として２００Ａを通電している。また、ゲート電極に付与される電圧は、通電時が１５Ｖかつ遮断時が－１５Ｖであり、通電および遮断の繰り返しサイクルは１０万サイクルである。これらの条件は、半導体装置の使用条件などに応じて適宜に選択することができる。通電および遮断の繰り返しサイクルは、単に通電サイクルともいう。

図１４に示すように、低濃度領域１０の直径が０．２μｍ未満の場合、および３．０μｍを超える場合、断続通電後にオン抵抗が上昇した。本発明者らの解析の結果、低濃度領域１０の直径が０．２μｍ未満の場合、通電サイクルで生じた熱によってモールド樹脂および半導体装置が伸縮し、当該伸縮の応力の影響を受けてソース電極９とはんだ１２との間で剥離が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。また、低濃度領域１０の直径が３．０μｍを超える場合、ソース電極９に亀裂が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。

図１５に示すように、低濃度領域１０の深さが０．２μｍ未満の場合、および２．５μｍを超える場合、断続通電後にオン抵抗が上昇した。本発明者らの解析の結果、低濃度領域１０の深さが０．２μｍ未満の場合、通電サイクルで生じた熱によってモールド樹脂および半導体装置が伸縮し、当該伸縮の応力の影響を受けてソース電極９とはんだ１２との間で剥離が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。また、低濃度領域１０の深さが２．５μｍを超える場合、ソース電極９に亀裂が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。

図１６に示すように、低濃度領域１０の角度が３０度未満の場合、および７０度を超える場合、断続通電後にオン抵抗が上昇した。本発明者らの解析の結果、低濃度領域１０の角度が３０度未満の場合、通電サイクルで生じた熱によってモールド樹脂および半導体装置が伸縮し、当該伸縮の応力の影響を受けてソース電極９とはんだ１２との間で剥離が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。また、低濃度領域１０の角度が７０度を超える場合、ソース電極９に亀裂が生じ、それによってオン抵抗が上昇することが分かった。

図１７は、本実施の形態１による半導体装置の構成の一例を示す断面図であり、ＳｉＣ－ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）の構成を示している。ここで、ＳｉＣ－ＳＢＤとは、ＳｉＣ半導体を用いたショットキーバリアダイオードのことをいう。

図１７に示すように、ＳｉＣ基板１上にドリフト層２を形成した後、チタン、チタン化合物、または金属材料を適宜用いてショットキー電極層１６を形成する。ここで、チタン化合物としては、例えば、チッ化チタン（ＴｉＮ）などが挙げられる。金属材料としては、例えば、モリブデン、タングステン、バナジウム、またはクロムなどが挙げられる。

その後、アルミニウム、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、アルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金、またはニッケル等を、アノード電極１７として成膜する。その後、上述で説明しためっき処理を行うことによって、本実施の形態１によるＳｉＣ－ＳＢＤが完成する。アノード電極１７，１９，２１は、半導体装置の上面電極を構成している。なお、アノード電極１９は、第１ニッケル層またはニッケル層に相当する。アノード電極２１は、第１金層に相当する。

図１８は、図１７に示すＳｉＣ－ＳＢＤを表面側（アノード電極側）から見たＳＥＭ写真である。ＳＥＭ写真とは、走査電子顕微鏡で撮影した写真のことをいう。

図１８に示すように、低濃度領域２０の表面には凹部が形成されている。本発明者らの研究によれば、平面視においてアノード電極に占める低濃度領域２０の面積比は、０．０３％以上１０％以下、より好ましくは０．０５％以上８％以下が好適であることが分かった。なお、低濃度領域２０は、第１低濃度領域に相当する。

また、本発明者らは、図１７に示すＳｉＣ－ＳＢＤの表面にはんだ付けを行った場合、上述で説明したプレーナーゲート構造のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴと同様、無電解Ｎｉめっき膜の一部に、周囲の無電解Ｎｉめっき膜よりもニッケル濃度が低くかつＡｕを含有した、Ｎｉの酸化を抑制した低濃度領域２０を形成することができることを確認した。そして、はんだとの接合時にニッケル濃度が異なる部分とその周囲とでＮｉの拡散速度に違いが生じるため、図１９に示すように、アノード電極１９とはんだ２２との接合面に凹凸ができていることを確認した。

以上のことから、本実施の形態１によれば、電極とはんだとの接合面に凹凸を形成することができるため、電極とはんだとの接合強度を向上させることができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

＜実施の形態２＞
図２０は、本実施の形態２によるＳｉＣ半導体装置の製造工程の一例を示すフローチャートである。本実施の形態２では、ＳｉＣ半導体装置は、通電時の電流密度を高くすることができるトレンチゲート構造のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴであるものとして説明する。

ステップＳ５０１において、図２１に示すように、ｎ型のＳｉＣ基板１を準備する。そして、ＳｉＣ基板１の表面上にｎ型のＳｉＣからなるエピタキシャル膜をドリフト層２として形成する。

ステップＳ５０２において、レジスト等でマスク（図示せず）を形成した後に不純物をイオン注入し、ｐ型のベース領域２３を形成する。ここで、ｐ型の不純物としては、例えば、ボロン（Ｂ）、Ａｌなどが挙げられる。その後、各ベース領域２３に対してレジスト等でマスク（図示せず）を形成した後に不純物をイオン注入し、ｎ型のソース領域２４を形成する。ここで、ｎ型の不純物としては、例えば、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）などが挙げられる。その後、熱処理装置（図示せず）によってＳｉＣウエハを高温で熱処理すると、ベース領域２３に注入されたｐ型のイオン、およびソース領域２４に注入されたｎ型のイオンが電気的に活性化される。

その後、ゲート電極２６を形成するために、ドリフト層２上にレジスト等でマスク（図示せず）を形成した後にプラズマによるドライエッチングを行うことよって、トレンチ構造を形成する。その後、酸化処理、またはフッ酸を含む薬液によるウエットエッチングを必要に応じて行うことによって、ドライエッチング時にトレンチ構造の側壁で発生したプラズマダメージを除去する。

その後、熱酸化法または化学気相成長法等の堆積法によって、トレンチ構造の側壁にゲート絶縁膜を形成する。そして、ゲート電極２６を成膜した後に当該ゲート電極６をパターニングする。その後、ゲート層間絶縁膜２５の成膜およびパターニングを行う。このような工程を経て、図２１に示すような半導体装置の構造を形成する。図２１において、ドリフト層２、ベース領域２３、ソース領域２４、ゲート層間絶縁膜２５、およびゲート電極２６は、半導体装置における回路構造を構成する。

ステップＳ５０３において、ベース領域２３およびソース領域２４が露出した部分と、ゲート層間絶縁膜２５とを覆うように、チタン、チタン化合物、またはバリアメタルを適宜用いて、アルミニウム、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、アルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金、またはニッケル等を、ソース電極２７（後述の図２３参照）として成膜する。以下では、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、およびアルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金を総称してＡｌ合金ともいう。

本発明者らの研究によれば、Ａｌ合金でソース電極２７を形成した場合、当該ソース電極２７を成膜した後に３５０～５００℃の熱処理を行うことによって、スイッチングを繰り返すことに起因する半導体装置の破壊を抑制することができることが分かった。以下、ソース電極２７はＡｌ合金で構成されているものとして説明する。

ステップＳ５０４において、ＳｉＣ基板１の裏面に対して、例えば、アルミナ砥粒またはダイヤモンド砥粒で構成された研削砥石を用いた機械加工によって、ＳｉＣ基板１の薄板化を行う。ここで、ＳｉＣ基板１の裏面とは、図１における紙面下側の面のことをいう。

ステップＳ５０５において、スパッタ法等を適宜用いて、ＳｉＣ基板１の裏面上に１００～１０００ｎｍ程度のアルミニウム、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金、またはアルミニウムとシリコンと銅とからなるアルミニウム合金を、ドレイン電極２８として成膜する。

ステップＳ５０６において、ＳｉＣ基板１の表面および裏面にめっき法を用いて電極を形成するために、めっき前処理を行う。ウエハ上に形成されたＡｌ合金に対して周知の脱脂処理および酸洗浄を行った後にめっき処理をしても、Ａｌ合金の表面には強固な有機物残渣および酸化膜が存在するため、Ａｌ合金とめっき膜との間で金属拡散が生じず、強固な付着力を有するめっき膜を形成することができない。従って、本実施の形態１では、めっき前処理として、Ａｌ合金に対して表面活性化処理、脱脂処理、酸洗浄、およびジンケート処理を順に行う。なお、各処理の間には十分な水洗時間を確保し、前の処理で用いた処理液または残渣が次の工程に持ち込まれないようにする必要がある。

ステップＳ５０７において、ＳｉＣ基板１の表面および裏面にめっき法を用いてめっき膜を形成する。

図２２は、図２０のステップＳ５０６およびステップＳ５０７の詳細を示したフローチャートである。図２２のステップＳ６０１～ステップＳ６０４は、図２０のステップＳ５０６に対応している。また、図２２のステップＳ６０５およびステップ６０６は、図２０のステップＳ５０７に対応している。

ステップＳ６０１において、例えばプラズマを利用して、基板表面を清浄にする表面活性化処理を行う。本実施の形態２では、表面活性化処理としてプラズマクリーニングを用いる。

ステップ６０２において、脱脂処理を行う。具体的には、Ａｌ合金の表面に残留した軽度の有機物汚染および酸化膜を除去する。

ステップ６０３において、酸洗浄を行う。具体的には、Ａｌ合金の表面を中和し、Ａｌ合金の表面に対してエッチングを施して当該表面を荒らす。これにより、後の処理において処理液の反応性を高め、めっき膜の付着力を向上させることができる。

ステップＳ６０４において、ジンケート処理を行う。実施の形態１で説明した通り、ジンケート処理を繰り返すことによって、後に形成するめっき膜の出来栄えが良くなる。図２２の例では、ジンケート処理を１回行う場合を示しているが、図９に示す２回、または図１０に示す３回など、繰り返して行うことができる。本発明者らの研究によれば、ジンケート処理の回数は２～５回、より好ましくは２～３回であることが分かった。

ステップＳ６０５において、無電解Ｎｉめっき処理を行う。Ｚｎで被覆されたＡｌ合金を無電解Ｎｉめっき液に浸漬すると、最初は、Ｚｎの方がＮｉよりも標準酸化還元電位が卑であるため、Ａｌ合金上にＮｉが析出する。そして、Ａｌ合金の表面がＮｉで覆われると、無電解Ｎｉめっき液中に含まれる還元剤の作用によって、自動触媒的にＮｉが析出する。ただし、自動触媒的な析出時には還元剤の成分がめっき膜に取り込まれるため、無電解Ｎｉめっき膜は合金となり、還元剤の濃度が高い非晶となる。一般的には、還元剤として次亜りん酸が利用されているため、無電解Ｎｉめっき膜にはＰが含まれている。このような条件で、図２３に示すように、ＳｉＣ基板１の表面側であるＡｌ合金からなるソース電極２７上に、厚さが５．０μｍの無電解Ｎｉめっき膜をソース電極２９として形成する。また、ＳｉＣ基板１の裏面側であるドレイン電極２８上に、厚さが４．８μｍの無電解Ｎｉめっき膜をドレイン電極３０として形成する。なお、表面側および裏面側のそれぞれに形成される無電解Ｎｉめっき膜の厚さは、表面側に形成される無電解Ｎｉめっき膜の厚さが裏面側に形成される無電解Ｎｉめっき膜の厚さよりも厚いことが望ましく、より好ましくは、表面側に形成される無電解Ｎｉめっき膜の厚さが裏面側に形成される無電解Ｎｉめっき膜の厚さの１．０５～１．８倍であることが望ましい。

ステップＳ６０６において、無電解Ａｕめっき処理を行う。具体的には、図２４に示すように、無電解Ａｕめっき処理の際、無電解Ｎｉめっき膜の一部に、周囲の無電解Ｎｉめっき膜よりもニッケル濃度が低くかつＡｕを含有した、Ｎｉの酸化を抑制した低濃度領域３１，３２を形成することができる。

なお、ドレイン電極２８，３０，３４は、半導体装置の上面電極を構成している。無電解Ａｕめっき膜は、ソース電極３３およびドレイン電極３４に相当する。ソース電極２９は、第１ニッケル層またはニッケル層に相当する。ソース電極３３は、第１金層に相当する。ドレイン電極３０は、第２ニッケル層に相当する。ドレイン電極３４は、第２金層に相当する。低濃度領域３１は、第１低濃度領域に相当する。低濃度領域３２は、第２低濃度領域に相当する。

図２４に示す半導体装置は、図１２に示す半導体モジュールに適用することができる。図２４に示す半導体装置において、低濃度領域３１，３２の直径、深さ、および角度は、実施の形態１と同様に定義することができる。図２４に示す半導体装置を図１２に示す半導体モジュールに適用した場合、図１２における半導体装置１３は、図２５に示す半導体装置に相当する。

以上のことから、本実施の形態２によれば、半導体装置の表面側および裏面側の両面において、電極とはんだとの接合面に凹凸を形成することができるため、両面において電極とはんだとの接合強度を向上させることができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

＜実施の形態３＞
図２６は、本実施の形態３によるＳｉＣ半導体装置の構成の一例を示す断面図である。具体的には、図２６では、プレーナーゲート構造のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴにおける主要部のセル構造を示している。図２６に示すように、本実施の形態３による半導体装置は、ソース電極７に凹部３６が設けられていることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１による半導体装置と同様である。なお、ソース電極７は、電極層に相当する。

本実施の形態３による半導体装置の製造方法は、図４に示す製造工程と基本的に同様である。

めっき前処理では、Ａｌ合金であるソース電極７に対して表面活性化処理、脱脂処理、酸洗浄、および複数のジンケート処理を順に行う。その後、めっき処理を行うことによって、ソース電極９，１１を形成する。なお、各処理の間には十分な水洗時間を確保し、前の処理で用いた処理液または残渣が次の工程に持ち込まれないようにする必要がある。

ジンケート処理では、実施の形態１で説明した通り、Ａｌ合金の表面に形成されたＡｌ酸化膜を除去しつつ、Ｚｎの皮膜を形成する。その後、Ｚｎで被覆されたＡｌ合金を濃硝酸に浸漬してＺｎを溶解させ、Ａｌ合金の表面に薄くて厚さが均一なＡｌ酸化物の皮膜を形成する。その後、再度、Ａｌ合金をＺｎ処理液に浸漬し、Ａｌ合金の表面にＺｎ皮膜を形成するとともに、Ａｌ酸化膜を除去する。

上記のジンケート処理を複数回行うことによって、図２６に示すように、ソース電極７の上面に凹部３６を形成することができる。すなわち、ソース電極７は、ソース電極９との界面において凹部３６を有する。具体的には、１回目のジンケート処理では、ソース電極７の上面に等方性のエッチングで形成された凹部が形成されるが、上記のジンケート処理を複数回行うことによって、凹部の窪みが次第に小さくなり、図２６に示すような凹部３６の形状となる。なお、ジンケート処理の回数は、実施の形態１におけるジンケート処理の回数よりも少ない。凹部３６は、例えば、開口部分の幅が０．０１μｍ以上０．１μｍ未満であり、深さが０．０１μｍ以上０．５μｍ以下である。また、凹部３６は、ゲート電極６の直上の領域、およびソース電極７のテーパー部分（隣り合う２つのゲート電極６間に対応する部分）にそれぞれ形成することができる。

めっき前処理後、無電解Ｎｉめっき処理を行う。具体的には、ソース電極７上に、厚さが５μｍの無電解Ｎｉめっき膜を形成する。その後、無電解Ｎｉめっき膜上に無電解Ａｕめっき膜を形成する。無電解Ａｕめっき処理の際、無電解Ｎｉめっき膜の一部に、周囲の無電解Ｎｉめっき膜よりもニッケル濃度が低くかつＡｕを含有した、Ｎｉの酸化を抑制した低濃度領域１０が形成される。

図２６に示す半導体装置は、図１２に示す半導体モジュールに適用することができる。この場合、図１２における半導体装置１３は、図２７に示す半導体装置に相当する。

本発明者らは、本実施の形態３による半導体装置について、オンおよびオフのスイッチングを繰り返しながら、定格電流を断続的に通電および遮断を繰り返したときの半導体装置のオン抵抗が急激な上昇を示さないことを確認した。

以上のことから、本実施の形態３によれば、ソース電極９よりも硬度が低いソース電極７に凹部３６が形成されている。従って、半導体装置の外部から応力が付加されたとき、硬度が低いソース電極７では、多数の凹部３６によって応力を吸収することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態３では、実施の形態１による半導体装置のソース電極７に凹部を形成する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、本実施の形態３は、実施の形態２による半導体装置に適用してもよい。この場合、上記と同様の効果が得られる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態４は、上述した実施の形態１～３による半導体装置を電力変換装置に適用したものである。実施の形態１～３による半導体装置の適用は特定の電力変換装置に限定されるものではない。

図２８は、本実施の形態４による電力変換装置２００を適用した電力変換システムの構成を概略的に示したブロック図である。

図２８に示すように、電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、および負荷３００から構成されている。

電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、または蓄電池で構成してもよく、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成してもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成してもよい。

電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００との間に接続された三相のインバータである。電力変換装置２００は、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を負荷３００に供給する。電力変換装置２００は、主変換回路２０１と、制御回路２０３とを有している。主変換回路２０１は、入力された直流電力を交流電極に変換し、当該交流電力を出力する。制御回路２０３は、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する。

負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または空調機器向けの電動機として用いられる。

以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子および還流ダイオード（いずれも図示せず）を備えている。スイッチング素子がスイッチングすることによって、主変換回路２０１は、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態４による主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとから構成することができる。主変換回路２０１のスイッチング素子および還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１～３のいずれかに係る炭化珪素半導体装置２０２を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続されて上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。

また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えている。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号と、スイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを、各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）である。

制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるように主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、制御回路２０３は、負荷３００に供給すべき電力に基づいて、主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点において、オン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号が出力され、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、制御回路２０３は、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。

図２９は、主変換回路２０１の構成の一例を概略的に示した部分断面図である。図２９の例では、主変換回路２０１は、実施の形態１で説明した炭化珪素半導体装置２０２と、実装基板２１０とを含む。実装基板２１０には、炭化珪素半導体装置２０２の裏面電極層が接合されている。

電力変換装置の製造方法は、次の製造工程を有している。すなわち、まず、実施の形態１で説明した製造方法によって炭化珪素半導体装置２０２を作製する。次に、炭化珪素半導体装置２０２を有する主変換回路２０１が形成される。また、制御回路２０３も形成される。これにより、電力変換装置２００が得られる。主変換回路２０１を形成する際、実装基板２１０上に炭化珪素半導体装置２０２の裏面電極層が接合される。

本実施の形態４によれば、主変換回路２０１を構成する半導体装置の少なくとも１つとして、上述した炭化珪素半導体装置２０２が用いられる。これにより、当該半導体装置の特性に対する予期せぬ悪影響を抑制しつつ、当該半導体装置の断続的な通電に起因する通電不良の発生を抑制することができる。すなわち、主変換回路２０１の信頼性を向上させることができる。

図３０は、主変換回路２０１の構成の一例を概略的に示した部分断面図である。図３０の例では、主変換回路２０１は、実施の形態２で説明した炭化珪素半導体装置２０２と、実装基板２１０とを含む。実装基板２１０には、炭化珪素半導体装置２０２の裏面電極層が接合されている。この場合、炭化珪素半導体装置２０２の裏面側であるドレイン電極にも低濃度領域が形成されているため、当該半導体装置の断続的な通電に起因する通電不良の発生を抑制することができる。すなわち、主変換回路２０１の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態４では、２レベルの三相インバータに実施の形態１，２による半導体装置を適用する例を説明したが、実施の形態１，２による半導体装置の適用は、これらに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。実施の形態３による半導体装置についても同様である。本実施の形態４では、２レベルの電力変換装置としたが、３レベルなどのマルチレベルの電力変換装置であってもよく、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに実施の形態１～３による半導体装置を適用してもよい。また、直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに実施の形態１～３による半導体装置を適用することも可能である。

また、実施の形態１～３による半導体装置を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理機、および非接触給電システムのいずれかの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ ＳｉＣ基板、２ ドリフト層、３ ベース領域、４ ソース領域、５ ゲート層間絶縁膜、６ ゲート電極、７ ソース電極、８ ドレイン電極、９ ソース電極、１０ 低濃度領域、１１ ソース電極、１２ はんだ、１３ 半導体装置、１４ リードフレーム、１５ モールド樹脂、１６ ショットキー電極層、１７ アノード電極、１８ カソード電極、１９ アノード電極、２０ 低濃度領域、２１ アノード電極、２２ はんだ、２３ ベース領域、２４ ソース領域、２５ ゲート層間絶縁膜、２６ ゲート電極、２７ ソース電極、２８ ドレイン電極、２９ ソース電極、３０ ドレイン電極、３１，３２ 低濃度領域、３３ ソース電極、３４ ドレイン電極、３５ はんだ、３６ 凹部、１００ 電源、２００ 電力変換装置、２０１ 主変換回路、２０２ 炭化珪素半導体装置、２０３ 制御回路、２１０ 実装基板、３００ 負荷。

Claims (13)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の表面上に形成された回路構造と、
   前記回路構造上に形成された上面電極と、
   を備え、
   前記上面電極は、ニッケルを含む第１ニッケル層と、前記第１ニッケル層上に形成された金を含む第１金層とを有し、
   前記第１ニッケル層は、前記第１金層との界面において、前記金を包含しかつ前記第１ニッケル層の他の領域よりもニッケル濃度が低い第１低濃度領域を有することを特徴とする、半導体装置。
2. 前記半導体基板の裏面上に形成された下面電極をさらに備え、
   前記下面電極は、ニッケルを含む第２ニッケル層と、前記第２ニッケル層上に形成された金を含む第２金層とを有し、
   前記第２ニッケル層は、前記第２金層との界面において、前記金を包含しかつ前記第２ニッケル層の他の領域よりもニッケル濃度が低い第２低濃度領域を有することを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１低濃度領域は、前記界面における平面視の直径が０．２μｍ以上であり、かつ３．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第２低濃度領域は、前記界面における平面視の直径が０．２μｍ以上であり、かつ３．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記第１低濃度領域は、前記界面からの深さが０．２μｍ以上であり、かつ２．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
6. 前記第２低濃度領域は、前記界面からの深さが０．２μｍ以上であり、かつ２．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置。
7. 前記第１低濃度領域は、断面視における前記半導体基板の表面に対する角度が３０度以上であり、かつ７０度以下であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記第２低濃度領域は、断面視における前記半導体基板の表面に対する角度が３０度以上であり、かつ７０度以下であることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置。
9. 前記上面電極は、前記回路構造と前記第１ニッケル層との間であって、前記第１ニッケル層と接するように形成された電極層をさらに備え、
   前記電極層は、前記第１ニッケル層との界面において凹部を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体装置。
10. 半導体基板と、
    前記半導体基板の表面上に形成された回路構造と、
    前記回路構造上に形成された上面電極と、
    前記上面電極上に形成されたはんだ層と、
    を備え、
    前記上面電極は、前記はんだ層と接するニッケルを含むニッケル層を有し、
    前記はんだ層と前記ニッケル層との界面は、断面視において不等間隔に凹凸が形成され、
    前記ニッケル層は、前記ニッケル層の他の領域よりもニッケル濃度が低い低濃度領域を有し、
    前記凹凸は、前記低濃度領域に対応する位置に形成される、半導体装置。
11. 前記はんだ層は、外部端子および放熱基板のうちの少なくとも一方に接合されていることを特徴とする、請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記上面電極は、前記回路構造と前記ニッケル層との間であって、前記ニッケル層と接するように形成された電極層をさらに備え、
    前記電極層は、前記ニッケル層との界面において凹部を有することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の半導体装置。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、かつ入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
    前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、
    を備える、電力変換装置。

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