(57)【要約】【課題】  半導体素子との接合界面近傍におけるボイド生成を抑制することができ、当該界面において十分に高い接合強度を得ることができる半導体装置用基板を、提供すること。【解決手段】  銅が表面に存在する基材と、前記基材上に配置されている、ニッケルを主成分とする金属層とを、備えた半導体装置用基板であって、前記基材と前記金属層との間に、融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とする拡散防止層が、配置されていることを特徴とする、半導体装置用基板。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅が表面に存在する基材と、前記基材上に配置されている、ニッケルを主成分とする金属層とを、備えた半導体装置用基板であって、
前記基材と前記金属層との間に、融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とする拡散防止層が、配置されていることを特徴とする、半導体装置用基板。
【請求項２】
前記高融点金属が、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム及びタンタルからなる群から選択される少なくとも一つの金属であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置用基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の半導体装置用基板、半導体素子、及び前記半導体装置用基板と前記半導体素子との間に配置されている、ビスマスを含む接合層を、備えていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散防止層を備えた半導体装置用基板、及びそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置、特に、インバーターやコンバーターといった電力変換器において、その電力制御に利用されるパワーモジュール（電力用半導体装置）は、産業機器から家電、情報端末まであらゆる製品に普及している。
【０００３】
ところで、かかる半導体装置には、大電流を流すこともあり、その発熱量は数十〜数千Ｗと非常に大きくなる。そのため、半導体装置には、優れた熱放散特性が要求される。しかしながら、半導体装置においてボイド（空洞）が存在すると、ボイドは熱放散を妨げるため、熱放散特性の著しい低下をもたらし、半導体装置の破壊を招く原因となる。さらに、ボイドは、局所的な強度低下をもたらし、また熱伝導を阻害して電気抵抗も増大させる。したがって、半導体装置の品質を確保する上で、ボイド生成の抑制は極めて重要である。
【０００４】
この点に関し、例えば、特開２００８−１８６８９０号（特許文献１）には、互いに内向するニッケルにて直接メッキされた銅合金からなる一対の放熱板と、それらの間にはんだ材料にて接合されている半導体素子と、両放熱板及び半導体素子を包み込むように封止しているモールド樹脂とを備えた半導体装置が、開示されている。さらに、当該半導体装置においては、放熱板において内面から外面まで貫通する貫通穴を設けることにより、両放熱板の間のモールド樹脂においてボイドが発生することを極力防止することが可能となることも、示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８６８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、後述の実施例において示すように、特許文献１に記載されているような、ニッケルメッキが直接施されている銅に、ビスマスを含むはんだ材料にて、半導体素子を接合してしまうと、はんだ材料からなる接合層と銅との間にて相互拡散が生じ、該拡散によってボイドが生成され、また接合強度が低下するという問題があることを、本発明者らは見出した。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、半導体素子との接合界面近傍におけるボイド生成を抑制することができ、当該界面において十分に高い接合強度を得ることのできる半導体装置用基板を、提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、銅が表面に存在する基材と、前記基材上に配置されている、ニッケルを主成分とする金属層とを、備えた半導体装置用基板において、前記基材と前記金属層との間に、チタン等の融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とする拡散防止層を配置することによって、半導体素子をビスマスを含む接合材料を用いて前記半導体装置用基板に接合した際に、その接合界面近傍にてボイド生成を抑制でき、また当該界面において十分に高い接合強度を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の半導体装置用基板は、
銅が表面に存在する基材と、前記基材上に配置されている、ニッケルを主成分とする金属層とを、備えた半導体装置用基板であって、
前記基材と前記金属層との間に、融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とする拡散防止層が、配置されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の半導体装置用基板において、前記高融点金属としては、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム及びタンタルからなる群から選択される少なくとも一つの金属が好ましい。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、前記半導体装置用基板、半導体素子、及び前記半導体装置用基板と前記半導体素子との間に配置されている、ビスマスを含む接合層を、備えていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体素子との接合界面近傍におけるボイド生成を抑制することができ、当該界面において十分に高い接合強度を得ることのできる半導体装置用基板を、提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の半導体装置用基板の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の半導体装置用基板の好適な他の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の好適な他の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。先ず、図１及び２を参照しながら、本発明の半導体装置用基板の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、図１及び２は、本発明の半導体装置用基板の一実施形態の概略縦断面図を示す。また、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１及び２に示すように、本発明の半導体装置用基板（半導体装置用基板１０）は、銅が表面に存在する基材（基材１）と、前記基材上に配置されている、ニッケルを主成分とする金属層（金属層３）とを、備えた半導体装置用基板であって、
基材１と金属層３との間に、融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とする拡散防止層（拡散防止層２）が、配置されていることを特徴とするものである。
【００１６】
基材１は、半導体装置用基板１０及び後述の半導体装置１００を支持できるものであって、その表面において、電気抵抗の小さい銅が存在していればよく、図１に示すように、銅を含む金属からなる層（導電層１ｂ）が絶縁層１ａの表面上に積層されているものであってもよく、また図２に示すように、基材１の全体が銅を含む金属によって構成されるものであってもよい。
【００１７】
前記銅を含む金属において、後述の半導体素子からの発熱を効率良く放熱するための熱伝導と、大電流を流し得る電気抵抗とを奏し易いという観点から、銅は５０〜１００重量％含まれていることが好ましい。さらに、このような金属としては銅のみであってもよく、他の金属を含むもの（例えば、合金）であってもよく、他の非金属元素を含むものであってもよい。他の金属としては、特に制限はなく、モリブデン、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、タンタル等の熱膨張係数の小さい金属が挙げられる。さらに、このような他の金属を、前記銅を主成分とする金属は２種以上含有していてもよい。また絶縁層１ａとしては、特に制限はなく、例えば、セラミックス材、ガラス材、樹脂材が挙げられる。
【００１８】
基材１の線膨張係数は、後述の半導体装置用基板と半導体素子との接合時に、半導体素子（通常、線膨張係数は３〜５ｐｐｍ／Ｋ程度）に加わる応力を考慮すると、１０ｐｐｍ／Ｋ未満であることが好ましい。かかる線膨張係数を充たす基材としては、表面に銅を含む金属からなる層が積層された、窒化アルミニウム、窒化珪素及び酸化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一つのセラミック材、銅−モリブデン合金からなる基材、銅及び炭素を含む複合材料からなる基材が挙げられる。
【００１９】
基材１の厚さとしては特に制限はないが、後述の半導体素子を実装するための機械的強度と熱拡散性とを確保し易いという観点から、０．１〜１０ｍｍであることが好ましく、さらに図１に示すような基材１においては、銅を主成分とする金属からなる層（導電層１ｂ）の厚さは、電気抵抗と熱膨張との観点から、０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
拡散防止層２は、基材１と後述の接合層２０との間で生じる元素（銅及びビスマス等）の相互拡散、及び該拡散によって生じるボイド生成を防止するものであり、融点が１６００℃以上である高融点金属を主成分とし、図１及び２に示すように、基材１と後述の金属層３との間に配置される。
【００２１】
本発明にかかる高融点金属としては、融点１６００℃以上の金属であればよく、例えば、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、バフニウム、タンタルが挙げられる。このような高融点金属は、１種を単独で用いても２種以上を併用してもよい。また、２種以上の金属を用いる場合には、合金を形成してもよいが、本発明にかかる高融点金属として、価格や資源供給の観点から、チタンを用いることが好ましい。
【００２２】
また、拡散防止層２において、十分な拡散防止能力を奏し易いという観点から、前記高融点金属は主成分として８０〜１００重量％含まれていることが好ましい。さらに、拡散防止層２は前記高融点金属のみであってもよく、他の金属を含むもの（例えば、合金）であってもよい。他の金属としては、特に制限はなく、ニッケル、クロム、マンガン等の金属が挙げられる。さらに、このような他の金属を、拡散防止層２は２種以上含有していてもよい。
【００２３】
拡散防止層２の厚さの下限としては特に制限はないが、前記元素の相互拡散を防止し易いという観点から、好ましくは１０ｎｍ以上であり、さらにピンホール等の欠陥が生じ難くなるという観点から、より好ましくは５０ｎｍ以上である。また、拡散防止層２の厚さの上限としては特に制限はないが、電気伝導や熱伝導を阻害しにくいという観点から、好ましくは５００ｎｍ以下であり、より好ましくは２００ｎｍ以下である。
【００２４】
金属層３は、後述の半導体素子３０との接合性を高めるため、ニッケルを主成分とし、図１及び２に示すように、半導体装置用基板１０の表面に配置される。金属層３において、ニッケルは主成分として８０〜１００重量％含まれていることが好ましい。さらに、金属層３はニッケルのみであってもよく、他の金属を含むもの（例えば、合金）であってもよい。他の金属としては、特に制限はなく、銅、銀、鉄等の金属が挙げられる。さらに、このような他の金属を、金属層３は２種以上含有してもよい。また、金属層３は、後述の接合材料の酸化による濡れ性の低下を抑制するという観点から、該金属層の表面に酸化防止層が更に積層されているものであってもよい。このような酸化防止層としては、金又は銀を主成分とする貴金属からなる層が挙げられる。
【００２５】
また、金属層３の厚さとしては特に制限はないが、０．１〜１μｍであることが好ましい。前記厚さが前記下限未満では、後述の接合層２０の濡れ性が不良となり易い傾向にあり、他方、前記上限を超えると、後述の接合層２０との相互拡散によるボイド生成量が増加し易い傾向にある。さらに酸化防止層をその表面に更に積層してる場合には、金属層３と後述の接合層２０との濡れによる良好な接合状態を阻害しにくいという観点から、酸化防止層の厚さは１０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００２６】
以上説明したように、半導体装置用基板１０においては、基材１上に、少なくとも拡散防止層２及び金属層３が積層される。かかる積層としては特に制限はなく、後述の実施例に示すように、例えば、公知の薄膜形成法を用い、基材１の表面に拡散防止層２を形成し、更に拡散防止層２の表面に金属層３を形成することによって行なうことができる。このような公知の薄膜形成法としては、特に制限はなく、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学蒸着法、メッキ法が挙げられる。さらに、このようにして調製される半導体装置用基板１０の厚さとしては、特に制限はないが、好ましくは０．１〜１０ｍｍである。
【００２７】
また、図１及び２には示していないが、半導体装置用基板１００は、本発明の効果を損なわない限り、基材１、拡散防止層２及び金属層３の各層の間において、他の層が配置されていてもよいが、かかる場合には本発明の半導体装置用基板の２０％以下の厚さとすることが好ましい。また、かかる他の層としては特に制限はなく、例えば、熱膨張係数を更に調整するための金属層、層間の応力を吸収するための軟質金属層が挙げられる。
【００２８】
次に、図３を参照しながら、本発明の半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、図３は、本発明の半導体装置の一実施形態の概略縦断面図を示す。
【００２９】
本発明の半導体装置（半導体装置１００）は、本発明の半導体装置用基板（半導体装置用基板１０）、半導体素子（半導体素子３０）、及び前記半導体装置用基板と前記半導体素子との間に配置されている、ビスマスを含む接合層（接合層２０）を、備えていることを特徴とする。
【００３０】
半導体素子３０としては、特に制限はなく、例えば、窒化珪素材、炭化珪素材等の珪素材、窒化ガリウム材、ヒ化ガリウム材等のガリウム材が挙げられる。また、半導体素子３０と接合層２０との接合界面における接合強度がより向上するという観点から、半導体素子３０の表面において、少なくとも接合層３０側の面は金属層が積層されていることが好ましい。かかる金属層としては特に制限はないが、接合層２０に含まれるビスマス等と反応し易く、当該層の濡れ性がより向上し易いという観点から、金、銀、銅又はニッケルからなる層が好ましい。
【００３１】
接合層２０は、ビスマスを含み、半導体装置用基板１０と後述の半導体素子３０とを接合するための層である。接合層２０は、通常、半導体装置用基板１０の金属層３と半導体素子３０との間に、ビスマスを含む接合材料を介在させて加圧加熱し、硬化せしめてなる層である。
【００３２】
かかる半導体装置用基板１０と半導体素子３０との接合としては特に制限はなく、例えば、半導体装置用基板１０の金属層３の表面に、後述の接合材料を含むペーストを印刷又は塗工し、形成した接合材料層の表面に半導体素子３０を配置し、加圧加熱し、硬化せしめることによって行なってもよく、また半導体装置用基板１０の金属層３の表面に後述の接合材料からなるシートを積層し、この表面に半導体素子３０を配置し、加圧加熱し、硬化せしめることによって行なってもよい。
【００３３】
このようにして半導体装置用基板１０と半導体素子３０との間に形成される接合層２０の厚さとしては、特に制限はないが、０．５〜１００μｍであることが好ましい。前記厚さが前記下限未満では、拡散防止層２の金属層３側の表面(例えば、拡散防止層２と金属層３との界面）において、機械的強度の弱いビスマスが偏析し易くなり、かかる偏析部位の強度が低下し易くなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接合層２０そのものの強度が低下し易くなる傾向にある。
【００３４】
接合層２０を形成するために用いられる接合材料において、十分な界面の濡れ性と接合強度とが両立し易いという観点から、ビスマスは１０〜１００重量％含まれていることが好ましい。さらに、前記接合材料はビスマスのみであってもよく、他の金属を含むもの（例えば、合金）であってもよい。他の金属としては、特に制限はなく、スズ、インジウム、銅、銀、亜鉛等の金属が挙げられる。さらに、このような他の金属を、前記接合材料は２種以上含有していてもよい。このような接合材料としては、例えば、ビスマス系はんだ材料（ビスマス−スズ合金、ビスマス−スズ−亜鉛合金、ビスマス−スズ−銀−インジウム合金、ビスマス−すず−銀−銅合金等）、有機被膜を備える表面被覆金属微粒子とビスマス合金粒子との混合物が挙げられるが、これらの中では、後述の実施例において示すように、半導体装置用基板１０と接合層２０との間における接合強度がより高くなり易いという観点から、有機分子で被覆された銅等の金属微粒子とビスマス合金粒子との混合物が好ましい。
【００３５】
本発明において、かかる好適な接合材料は、より具体的に、
第１金属微粒子と、該第１金属微粒子の表面に配置され、加熱により前記表面から脱離することが可能な有機被膜とを備える表面被覆金属微粒子、及び、前記第１金属微粒子表面からの前記有機被膜の脱離開始温度より低い液相生成温度を有し、かつ、前記第１金属微粒子に含まれる金属との反応により金属間化合物を形成することが可能な金属を含む第２金属粒子を含有することを特徴とする、接合材料である。
【００３６】
第１金属微粒子に含まれる金属としては、例えば、銅、金、銀、ニッケルが挙げられるが、銅が好ましい。また、有機被膜としては、加熱により第１金属微粒子の表面から脱離することが可能なものであれば特に制限はないが、第１金属微粒子の表面からの脱離開始温度が２５０〜３５０℃となるものが好ましい。さらに、前記脱離開始温度が前記範囲を満たす有機被膜としては、脂肪酸（好ましくは炭素数８〜１８、より好ましくは炭素数８〜１６、特に好ましくは炭素数８〜１４）と脂肪族アミン（好ましくは炭素数８〜１８、より好ましくは炭素数８〜１６、特に好ましくは炭素数８〜１４）とを含有する有機被膜が挙げられる。また、このような有機被膜における脂肪族アミンと脂肪酸とのモル比（脂肪族アミン／脂肪酸）としては、０．００１／１〜２／１が好ましく、０．００１／１〜０．１５／１がより好ましく、０．００１／１〜０．１／１が特に好ましい。
【００３７】
また、第２金属粒子に含まれる金属としてはビスマス合金であれば良いが、ビスマス−スズ合金が好ましい。ビスマス−スズ合金のビスマスとスズとの原子比率としては、ビスマス−スズ合金の平衡状態図から求められ、前記脱離開始温度より５０℃低い温度において液相となる原子比率が好ましい。さらに、ビスマス−スズ合金中のスズの含有率としてはビスマス−スズ合金の平衡状態図における液相線温度が２００℃以下となる含有率であることが好ましく、４０〜７５原子％がより好ましい。
【００３８】
全金属元素に対する第２金属粒子に含まれる金属の原子比率としては８〜２０％が好ましい。また、前記第１金属微粒子の平均粒子径としては１μｍ以下が好ましく、前記第２金属粒子の平均粒子径としては１００μｍ以下が好ましい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（調製例１）
実施例１〜４及び比較例１において、半導体素子と半導体装置用積層板とを接合するために用いた接合材料（有機被膜を備える表面被覆銅微粒子と３０重量％ビスマス−スズ合金粒子との混合物）は、以下のようにして調製した。
【００４１】
有機被膜を備える表面被覆銅微粒子は、特開２０１２−４６７７９号公報に記載の方法に従って調製した。すなわち、フラスコにエチレングリコール（ＨＯ（ＣＨ２）２ＯＨ）６００ｍｌを入れ、これに炭酸銅（ＣｕＣＯ３・Ｃｕ（ＯＨ）２・Ｈ２Ｏ）１２０ｍｍｏｌを添加した。なお、炭酸銅はエチレングリコールにほとんど溶解せずに沈殿した。これに、デカン酸（Ｃ９Ｈ１９ＣＯＯＨ）１８０ｍｍｏｌ及びデシルアミン（Ｃ１０Ｈ２１ＮＨ２）６０ｍｍｏｌを添加した後、窒素ガスを１Ｌ／ｍｉｎで流しながら、エチレングリコールの沸点で１時間加熱還流させ、銅微粒子の表面にデカン酸及びデシルアミンからなる有機被膜を備える表面被覆銅微粒子を得た。この表面被覆銅微粒子をヘキサン中に分散させて回収し、アセトン及びエタノールを順次添加して洗浄した後、遠心分離（３０００ｒｐｍ、２０ｍｉｎ）により回収し、真空乾燥（３５℃、３０ｍｉｎ）を施した。
【００４２】
このようにして得られた表面被覆銅微粒子と、表面が被覆されてない共晶組成のビスマス−スズ合金粒子（（株）高純度化学研究所製、Ｂｉ：４３原子％、Ｓｎ：５７原子％、共晶点：１３９℃、平均粒子径：３６μｍ、液相生成温度：１３９℃）とを質量比が７：３となるように混合し、得られた混合物に溶媒としてα−テルピネオールと１−デカノールとを混合物１ｇに対してそれぞれ４５μｌずつ添加してペースト状の接合材料を調製した。なお、前記混合物中の全金属元素に対するビスマス−スズ合金の原子分率は１４．７％である。
【００４３】
（実施例１）
先ず、窒化珪素板（厚さ：０．３２ｍｍ、縦：２０ｍｍ、横：２０ｍｍ、線膨張係数：２．６ｐｐｍ／Ｋ）の両面に銅箔（厚さ：０．１５ｍｍ）がロウ付けしてあるプレート（製品名：デンカＳＮプレート、製造会社：（株）デンカ）を、基材として用いた。次に、前記銅箔の一方の面上に、スパッタリング装置（製品名：ＣＦＳ−８ＥＰ−５５、製造会社：（株）徳田製作所）を用い、ターゲット：チタン、圧力：０．５Ｐａ、温度：２５℃、出力：３００Ｗの条件によって、拡散防止層を調製した（膜厚：１００ｎｍ）。次いで、前記チタン被膜上に、前記スパッタリングを用い、ターゲット：ニッケル、圧力：０．５Ｐａ、温度：２５℃、出力：３００Ｗの条件によって、金属層を調製した（膜厚：５００ｎｍ）。さらに前記ニッケル被膜上に、前記スパッタリングを用い、ターゲット：銀、圧力：０．５Ｐａ、温度：２５℃、出力：１００Ｗの条件によって、酸化防止層を調製し（膜厚：１００ｎｍ）、半導体装置用基板を作製した。
【００４４】
次に、前記半導体装置用基板の銀被膜上に、調製例１にて得られた接合材料を下記加熱処理後の厚さが５０μｍとなるように塗布し、得られた接合材料層上に、炭化珪素チップ（厚さ：０．３５ｍｍ、縦：５ｍｍ、横：５ｍｍ、線膨張係数：５ｐｐｍ／Ｋ、製品名：４Ｈ−ＮタイプＳｉＣチップ、製造会社：（株）ＭＴＫ）を積層した。
【００４５】
得られた積層体の積層面を０．３ＭＰａで加圧しながら、３流量％Ｈ２雰囲気（残り：Ｎ２、流量：３Ｌ／分）中、１５０℃で２０分間の加熱処理を前記積層体に施し、さらに、同雰囲気中、３５０℃で１０分間の加熱処理を前記積層体に施して、半導体装置を作製した。
【００４６】
（実施例２）
ニッケルからなる金属層の厚さを５００ｎｍから１μｍに変更した以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。
【００４７】
（実施例３）
基材を、銅箔をロウ付けした窒化珪素板から、銅−６５重量％モリブデン板（厚さ：３ｍｍ、縦：２０ｍｍ、横：２０ｍｍ、線膨張係数：７．７ｐｐｍ／Ｋ、製品名：ＰＣＭ３５、製造会社：（株）アライドマテリアル）に変更した以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。
【００４８】
（実施例４）
前記ニッケル被膜上に銀からなる酸化防止層を積層しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。
【００４９】
（実施例５）
前記接合材料の代わりに、ビスマス−スズ共晶はんだ（製品名：エコソルダーＬ２０、製造会社：千住金属工業株式会社）を用いて、半導体装置用基板の銀被膜上に前記窒化珪素チップを接合した以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。なお、ビスマス−スズ共晶はんだからなる接合層の厚さは、５０μｍである。
【００５０】
（比較例１）
前記銅箔上に、チタンからなる拡散防止層を積層しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、半導体装置を作製した。
【００５１】
（比較例２）
前記銅箔上に、チタンからなる拡散防止層を積層しなかったこと以外は、実施例５と同様にして、半導体装置を作製した。
【００５２】
得られた半導体装置における断面を、下記方法により観察し、半導体装置用基板と接合層との界面におけるボイド生成の有無を検出した。また、半導体装置における半導体装置用基板と接合層との接合強度を、下記方法により測定した。得られた結果を、半導体装置における各層の材質と共に、表１に示す。
【００５３】
（接合面の観察）
半導体装置をダイヤモンドカッターにて切断し、得られた垂直断面を研磨した後、その断面を走査型電子顕微鏡（製品名：ＳＵ−３６００Ｎ、製造会社：（株）日立ハイテクノロジーズ）にて観察した。また実施例１〜５、比較例１及び２において、各５断面を観察し、全ての断面においてボイドが認められなかった場合に、ボイド生成は生じていないものと判断した。
【００５４】
（接合強度）
ツール高さ：半導体装置用基板表面から５０μｍ、せん断速度：５０μｍ／秒の条件で、半導体素子にせん断ツールを当ててせん断試験を行い、半導体素子の接合面積あたりのせん断強度を求め、これを接合強度とした。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１に示した結果から明らかなように、本発明の半導体装置用基板（実施例１〜５）においては、当該基板と接合材層との界面におけるボイド生成は認められなかった。一方、本発明にかかる拡散防止層を備えない半導体装置用基板（比較例１及び２）においては、局所的にビスマスが拡散して基材まで達しており、その部位においてボイドの生成が認められた。また、実施例１及び５と各々比較して、本発明にかかる拡散防止層を備えなかった場合（比較例１及び２）においては、半導体装置における半導体装置用基板と接合層との接合強度が低減することも明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子との接合界面近傍におけるボイド生成を抑制することができる半導体装置用基板を、提供することが可能となる。また、本発明によれば、半導体装置用基板と接合層との間の接合強度が更に向上した半導体装置を製造することもできる。
【００５８】
したがって、本発明は、半導体装置において、熱放散特性の著しい低下、局所的な強度低下、及び電気抵抗の増大等を引き起こすボイド生成を抑制し、また半導体素子と基板との接合界面において１５ＭＰａ以上という十分に高い接合強度が得られるということにおいて優れているため、半導体装置、特にインバーターやコンバーターといった電力変換器において、その電力制御に利用されるパワーモジュール（電力用半導体装置）を製造する上で、本発明は有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１…基材、１ａ…絶縁層、１ｂ…導電層、２…拡散防止層、３…金属層、１０…半導体装置用基板、２０…接合層、３０…半導体素子、１００…半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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