(57)【要約】【課題】基板との密着力を維持することが可能な積層電極を提供すること。【解決手段】基板１上に設けられる積層電極５は、最表面に設けられた表面層３、及び表面層３に直接接合して設けられたニッケルシリサイド層４を備えている。表面層３の材料は金である。ニッケルシリサイド層４の材料はニッケルとシリコンの金属間化合物である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる積層電極であって、
最表面に設けられた第１層と、
前記第１層に直接接合して設けられた第２層と、を備えており、
前記第１層の材料は、金であり、
前記第２層の材料は、ニッケルシリサイドである積層電極。
【請求項２】
前記ニッケルシリサイドは、ニッケルとシリコンの金属間化合物である請求項１に記載の積層電極。
【請求項３】
前記第２層のシリコンの含有量が、２５〜５０原子％である請求項１又は２に記載の積層電極。
【請求項４】
前記第２層の材料は、Ｎｉ3Ｓｉ、Ｎｉ2Ｓｉ、Ｎｉ3Ｓｉ2、ＮｉＳｉからなる群から選択される少なくとも１つを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される技術は、基板上に設けられる積層電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に設けられる積層電極は、はんだを介して様々な部品と接合される。例えば、基板上の積層電極は、はんだを介してリードフレーム、ワイヤ等に接合される。このため、積層電極の材料には、はんだに対して良好な接合性及びバリア性を有するニッケル（Ｎｉ）層が用いられることが多い。また、ニッケル層を酸化から防止するために、一般的には、ニッケル層の表面に金（Ａｕ）層が被膜されている。このようなニッケル層と金層が積層した積層電極の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０７７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉛フリーはんだの一例として、Ｓｎ基はんだの利用が期待されている。ところが、発明者らの検討によれば、Ｓｎ基はんだの接合後に積層電極が高温下に置かれると、Ｓｎ基はんだのＳｎが積層電極と基板の接合面にまで拡散し、積層電極と基板の密着力が低下することが分かってきた。
【０００５】
本明細書で開示される技術は、このような事象を抑制することにより、基板との密着力を維持することが可能な積層電極を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される技術は、基板上に設けられる積層電極に具現化される。本明細書で開示される積層電極は、最表面に設けられた第１層、及び第１層に直接接合して設けられた第２層を備えている。第１層の材料は、金である。第２層の材料は、ニッケルシリサイドである。
【０００７】
ニッケルシリサイドを材料とする第２層が設けられていると、Ｓｎ基はんだのＳｎが積層電極と基板の接合面まで拡散することが抑制される。このため、Ｓｎ基はんだの接合後に積層電極が高温下に置かれても、積層電極と基板の密着力が維持される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本明細書で開示される半導体装置の要部断面図を模式的に示す。
【図２】密着力評価試験に用いたチップの断面図を模式的に示す。
【図３】密着力評価試験に用いた試料の斜視図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示されるように、半導体装置１０は、基板１、絶縁膜２、及び積層電極５を備えている。基板１は、特定機能を発揮する素子が形成されている素子基板である。基板１は、一例では、回路素子が形成されている半導体基板であり、具体的にはシリコン基板である。なお、この例に代えて、基板１には、炭化珪素基板、窒化ガリウム基板等が用いられてもよい。基板１には、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード等のパワー半導体素子が形成されている。絶縁膜２は、基板１の表面上の一部を被膜している。一例では、絶縁膜２の材料には酸化シリコンが用いられている。
【００１０】
積層電極５は、基板１の表面上の一部に設けられており、最表面から順に設けられた表面層３及びニッケルシリサイド層４を備えている。表面層３は、積層電極５の最表面に設けられており、ニッケルシリサイド層４の表面を被覆し、ニッケルシリサイド層４が酸化されるのを防止する。表面層３の材料は、金（Ａｕ）である。表面層３は、例えばスパッタリング技術を利用して、ニッケルシリサイド層４の表面に形成される。
【００１１】
ニッケルシリサイド層４は、表面層３と基板１の間に設けられており、表面層３及び基板１の双方に直接接合して設けられている。ニッケルシリサイド層４は、基板１の表面に直接的に接触しており、パワー半導体素子を構成する不純物領域に電気的にオーミック接触している。ニッケルシリサイド層４の材料は、ニッケルとシリコンの金属間化合物である。一例では、ニッケルシリサイド層４の材料は、Ｎｉ3Ｓｉ、Ｎｉ2Ｓｉ、Ｎｉ3Ｓｉ2、ＮｉＳｉからなる群から選択される少なくとも１つを含む。ニッケルシリサイド層４は、例えばスパッタリング技術を利用して、基板１の表面に形成される。なお、ニッケルシリサイド層４と基板１の間には他の金属層、例えばアルミニウム層又はチタン層等が設けられていてもよい。
【００１２】
上記態様の半導体装置１０では、Ｓｎ基はんだが積層電極５の表面に塗布され、リードフレーム、ワイヤ等がリフローにより接合される。その後、積層電極５が高温下に置かれても、Ｓｎ基はんだに含まれるＳｎがニッケルシリサイド層４を越えて基板１にまで拡散することが抑制される。このため、積層電極５と基板１の密着力が維持される。
【実施例】
【００１３】
（密着力評価試験）
図２に示す試験用チップ１００を用意し、積層電極１５の密着力評価試験を行った。図２に示す試験用チップ１００は、以下の手順で用意した。まず、ｐ型シリコン（１００）基板（直径１００ｍｍ×厚み０．５ｍｍ、１Ω・ｃｍ）である基板１１を用意した。次に、スパッタリング技術を利用して、基板１１上にニッケルシリコン合金層１４と表面層１３を順次形成した。ニッケルシリコン合金層１４の材料はシリコンを含むニッケル合金であり、その厚みが約１μｍである。表面層１３の材料は金であり、その厚みが約０．１μｍである。次に、１０ｍｍ角のチップ形状にした後、熱処理を実施してニッケルシリコン合金層１４をシリサイド化した。以下、シリサイド化した後の層を特にニッケルシリサイド層１４という。熱処理の条件は、水素を１０％含む窒素雰囲気下で４００℃、３０分である。次に、図３に示すように、試験用チップ１００の表面にＳｎ基はんだ１０２をリフローし、Ｃｕピン１０３をはんだ付けした。Ｓｎ基はんだ１０２の材料は、Ｓｎ−Ｃｕである。リフローの条件は、２７７℃、３分である。最後に、用意された試験用チップ１００を台座１０１上に強固に結合し、密着力評価試験用の試料を作成した。
【００１４】
密着力評価試験は、作成された試料を２００℃の高温槽に１６８時間放置（高温槽放置処理）した後に、Ｃｕピン１０３を試験用チップ１００に対して垂直方向に引っ張る引張試験により行った（図３参照）。評価基準は、基板１１の破壊強度と同程度の応力が加わったときに基板１１が破断するものを「合格」とし、基板１１の破壊強度よりも弱い応力が加わったときに基板１１と積層電極１５の接合面で破断するものを「不合格」とした。さらに、ＡＥＳ法（オージェ電子分光法）を利用して、基板１１と積層電極１５の接合面における元素分布状態を測定した。表１に、密着力評価試験の結果を示す。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
ここで、実施例品１〜５は、ニッケルシリサイド層１４のシリコンの含有量が２５原子％、２８原子％、３７原子％、４５原子％、５０原子％のものであり、ニッケルシリサイド層１４の結晶相はいずれもニッケルとシリコンの金属間化合物である。比較例品１は、実施例品１〜５のニッケルシリサイド層１４に対応する層にシリコンが含まれていない例である。比較例品２及び３は、実施例品１〜５のニッケルシリサイド層１４に対応する層のシリコンの含有量が１０原子％及び２８原子％の例であり、該層の結晶相が非晶質である。なお、表１に示される密着力は、破壊強度と破壊面積から算出した。
【００１７】
表１に示されるように、実施例品１〜５はいずれも、高温槽放置処理後の試料において、基板１１で破断しており、「合格」という評価が得られた。また、実施例品１〜５はいずれも、高温槽放置処理の前後において密着力が維持されていた。一方、比較例品１〜３はいずれも、高温槽放置処理後の試料において、積層電極１５が基板１１から剥離しており、「不合格」という評価となった。
【００１８】
表２に、実施例品２と比較例品１において、基板１１と積層電極１５の接合部における元素分布状態を示す。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
表２に示されるように、比較例品１では、基板１１と積層電極１５の接合部にＳｎが観察された。このＳｎは、Ｓｎ基はんだ１０２から拡散してきたものと推察される。Ｓｎは基板１１との密着力が弱いので、比較例品１では、基板１１と積層電極１５の接合部にＳｎが拡散してくることによって、基板１１と積層電極１５の密着力が低下したものと推察される。一方、実施例品２では、基板１１と積層電極１５の接合部にＳｎが観察されなかった。この結果から、実施例品２では、層１４がニッケルシリサイドで構成されていることから、Ｓｎ基はんだ１０２のＳｎが基板１１と積層電極１５の接合部にまで拡散するのを防止し、密着力が維持されたものと推察される。
【００２１】
また、今回の結果から、以下のことが推察される。
（１）比較例品１及び２に示されるように、ニッケルシリサイド層１４のシリコンの含有量が少ないと、高温槽放置処理の前後において密着力が顕著に低下する。このため、ニッケルシリサイド層１４のシリコンの含有量が少ないと、Ｓｎ基はんだ１０２のＳｎの拡散を抑制する効果が低下するものと推察される。このため、実施例品１〜５で確認されたように、ニッケルシリサイド層１４のシリコン含有量は、２５〜５０原子％であるのが望ましい。
（２）比較例品３に示されるように、ニッケルシリサイド層１４に対応する層のシリコン含有量が２５〜５０原子％の範囲内であったとしても、該層の結晶相が非晶質の場合、高温槽放置処理の前後において密着力を維持するのが難しい。このため、積層電極１５には、ニッケルとシリコンの金属間化合物であるニッケルシリサイド層１４が設けられているのが望ましい。
【００２２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２３】
１：基板
２：絶縁膜
３：表面層
４：ニッケルシリサイド層
５：積層電極
１０：半導体装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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