(57)【要約】【課題】接合の信頼性を確保しつつ初期膜厚を小さくすることができる金属膜を備えた半導体装置を提供する。また、このような構成を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板１０と、この半導体基板１０の上に形成された金属膜２０と、を備えて構成されている。金属膜２０は、Ｎｉの母体２１にＮｉ3Ｐの粒子２２を含んで構成されている。製造方法としては、半導体基板１０と、ＮｉにＰを溶融して形成したターゲットと、を用意し、半導体基板１０のうち金属膜２０が形成される部分の温度を２８０℃以上８７０℃以下に加熱しつつターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、半導体基板１０の上に金属膜２０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）と、
Ｎｉの母体（２１）と、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料と、を含んで構成されていると共に、前記半導体基板（１０）の上に形成された金属膜（２０）と、
を備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料は、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｐのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料は、ｘ及びｙをそれぞれ整数と定義すると、ＮｉxＰyとなるストイキオメトリの化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料は、Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）であることを特徴とする請求項１または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）は、前記Ｎｉの母体（２１）に均一に分布していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
ＡｌまたはＣｕで形成され、前記半導体基板（１０）と前記金属膜（２０）との間に位置すると共に前記金属膜（２０）に接する金属層（５０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
Ｔｉで形成され、前記半導体基板（１０）と前記金属膜（２０）との間に位置すると共に前記金属膜（２０）に接する金属層（６０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記金属膜（２０）の上には、Ｓｎを含んだはんだ材（４０）が接合されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記Ｎｉの母体（２１）に対する前記Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）の割合をＮｉ3Ｐ／Ｎｉとすると、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉは０．０５以上２．０以下であることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記Ｎｉの母体（２１）に対する前記Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）の割合をＮｉ3Ｐ／Ｎｉとすると、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉは０．０５以上０．８３以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記Ｎｉの母体（２１）のＸ線回折強度に対する前記Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）のＸ線回折強度の比をＮｉ3Ｐ／Ｎｉとすると、当該Ｘ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉは０．０５以上２．０以下であることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記Ｎｉの母体（２１）のＸ線回折強度に対する前記Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）のＸ線回折強度の比をＮｉ3Ｐ／Ｎｉとすると、当該Ｘ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉは０．０５以上０．８３以下であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
半導体基板（１０）と、ＮｉにＰを溶融して形成したターゲットと、を用意する工程と、
前記半導体基板（１０）のうち前記金属膜（２０）が形成される部分の温度を２８０℃以上８７０℃以下に加熱しつつ前記ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成する工程と、
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体基板（１０）と、Ｎｉ粉とＮｉ3Ｐ粉を焼結したターゲットと、を用意する工程と、
前記ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成する工程と、
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体基板（１０）と、ＮｉとＰを含んだめっき液と、を用意する工程と、
前記半導体基板（１０）を前記めっき液に浸す工程と、
前記めっき液に浸す工程の後に前記半導体基板（１０）を加熱処理することにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成する工程と、
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の上に金属膜が形成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電極部を有する半導体基板の構成が、例えば特許文献１で提案されている。この特許文献１では、電極部上に金属膜であるポストを有する構成が示されている。ポストは、例えばＮｉ−Ｐ系合金で形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０９８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構成において、ポストの上にＳｎ等のバンプを形成した場合、バンプの形成時にバンプがポストの一部を侵食していく。このため、ポストの膜厚が初期膜厚よりも小さくなるので、ポストとバンプとの接合の信頼性が問題となる。ポストに含まれているＰはポストのＮｉとバンプのＳｎとの合金化を遅らせる効果はあるものの、ポストとバンプとの接合の信頼性を確保するためにはポストの初期膜厚を予め厚く形成しなければならない。したがって、ポストとバンプとの接合の信頼性を確保しつつポストの初期膜厚を予め小さくすることは困難だった。
【０００５】
そこで、本発明は上記点に鑑み、接合の信頼性を確保しつつ初期膜厚を小さくすることができる金属膜を備えた半導体装置を提供することを第１の目的とする。また、このような構成を有する半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）と、Ｎｉの母体（２１）とＮｉよりも凝集エネルギーが高い材料とを含んで構成されていると共に半導体基板（１０）の上に形成された金属膜（２０）と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
これによると、Ｎｉと凝集エネルギーが高い材料との結合が強化されるので、金属膜（２０）の膜密度を高めることができる。このため、金属膜（２０）に接合材料が接合されたときに金属膜（２０）への接合材料の拡散が抑制されるので、金属膜（２０）の初期膜厚を小さくしなくても接合材料との接合の信頼性を確保することができる。したがって、金属膜（２０）の接合の信頼性を確保しつつ金属膜（２０）の初期膜厚を小さくすることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明のように、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料を、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、Ｐのいずれかにすることができる。
【０００９】
一方、請求項３に記載の発明のように、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料は、ｘ及びｙをそれぞれ整数と定義すると、ＮｉxＰyとなるストイキオメトリの化合物としても良い。具体的には、請求項４に記載の発明のように、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料は、Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）であることを特徴とする。
【００１０】
これによると、Ｎｉ3Ｐは、Ｎｉに単にＰが混合したものよりもＮｉ−Ｎｉ結合及びＮｉ−Ｐ結合が強化されるので、凝集エネルギーを増大させることができる。したがって、Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）が含まれた金属膜（２０）の膜密度を高めることができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明では、Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）は、Ｎｉの母体（２１）に均一に分布していることを特徴とする。これによると、Ｎｉ3Ｐの粒子（２２）の機械的な強度が弱くならないようにすることができる。
【００１２】
請求項１３に記載の発明では、半導体基板（１０）と、ＮｉにＰを溶融して形成したターゲットと、を用意する。続いて、半導体基板（１０）のうち金属膜（２０）が形成される部分の温度を２８０℃以上８７０℃以下に加熱しつつターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項１４に記載の発明では、半導体基板（１０）と、Ｎｉ粉とＮｉ3Ｐ粉を焼結したターゲットと、を用意し、ターゲットを用いたスパッタリングを行うことにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成することを特徴とする。
【００１４】
請求項１５に記載の発明では、半導体基板（１０）と、ＮｉとＰを含んだめっき液と、を用意し、続いて半導体基板（１０）をめっき液に浸し、この後に半導体基板（１０）を加熱処理することにより、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んで構成された金属膜（２０）を半導体基板（１０）の上に形成することを特徴とする。
【００１５】
以上の請求項１３ないし１５のいずれかの方法により、Ｎｉの母体（２１）にＮｉ3Ｐの粒子（２２）を含んだ金属膜（２０）を形成することができる。
【００１６】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２（ａ）】Ｎｉ原子同士が結合した模式図である。
【図２（ｂ）】Ｎｉ3Ｐ分子の結合の模式図である。
【図３】ＮｉとＮｉ3Ｐの凝集エネルギーを比較した図である。
【図４】Ｎｉ−ＮｉとＮｉ−Ｐの結合次数を比較した図である。
【図５】金属膜の上にバンプが形成された半導体装置の断面図である。
【図６】従来の金属膜と本発明に係る金属膜との膜厚を比較した図である。
【図７】リフロー前後における金属膜の膜厚の減少量を比較した図である。
【図８】Ｎｉ3Ｐを含んだ金属膜のＸ線回折結果の一例を示した図である。
【図９】Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉ比とリフロー膜厚減少との関係を示した図である。
【図１０】第３実施形態において、金属膜のＴＥＭ画像を示した図である。
【図１１】第４実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】第５実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１３】第６実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】第７実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示した図である。
【図１５】第７実施形態においてさまざまな膜の切削抵抗を比較した図である。
【図１６】第８実施形態においてＮｉ3Ｐ／Ｎｉ比と引張強度との関係を示した図である。
【図１７】第１０実施形態においてＮｉと他の材料との凝集エネルギーを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、半導体装置は、半導体基板１０と、金属膜２０と、Ａｕ薄膜３０と、を備えて構成されている。
【００２０】
半導体基板１０は、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ダイオード等の半導体デバイスが形成された基板である。半導体基板１０は、例えばＳｉ基板等である。半導体基板１０の厚みは例えば数百μｍである。
【００２１】
金属膜２０は、半導体基板１０の上に形成された薄膜である。本実施形態では、金属膜２０は半導体基板１０の一面１１に形成されている。この金属膜２０は、Ｎｉの母体２１と、Ｎｉ3Ｐの粒子２２と、によって構成されている。
【００２２】
Ａｕ薄膜３０は、金属膜２０の上に形成されている。このＡｕ薄膜３０は、金属膜２０の上にはんだバンプ等の接合材が接合されたときに接合材を濡れやすくする役割を果たす。
【００２３】
図２（ａ）に示されるように、Ｎｉの母体２１はＮｉ原子同士が結合して構成されている。つまり、「Ｎｉの母体２１」は、Ｎｉ原子同士が結合した金属体である。一方、図２（ｂ）に示されるように、Ｎｉ3Ｐ分子は１個のＰ原子と３個のＮｉ原子とが結合して構成されている。したがって、「Ｎｉ3Ｐの粒子２２」は、Ｎｉ3Ｐの分子で構成された集合体である。
【００２４】
Ｎｉ3Ｐの粒子２２は、Ｎｉの母体２１の中に多数分布している。そして、多数のＮｉ3Ｐの粒子２２は、Ｎｉの母体２１に均一に分布している。Ｎｉ3Ｐの粒子２２は互いがくっついてしまうと機械的に弱くなるので、Ｎｉの母体２１の中で均一に分散していることが好ましいからである。
【００２５】
次に、図１に示される半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、ターゲットを用いたスパッタリングの方法により、半導体基板１０の上に金属膜２０を形成する。
【００２６】
まず、準備の工程を行う。具体的には、金属膜２０を形成したい半導体基板１０を用意する。通常、半導体基板１０は半導体ウェハの状態になっている。また、スパッタリングで用いるターゲットを用意する。ターゲットは、ＮｉにＰを溶融して形成したものである。
【００２７】
続いて、スパッタリングの工程を行う。この工程では、半導体ウェハの表面温度を２８０℃以上８７０℃以下に加熱しつつ、ターゲットを用いたスパッタリングを行う。すなわち、半導体基板１０のうち金属膜２０が形成される部分の温度を２８０℃以上８７０℃以下に加熱しつつターゲットを用いたスパッタリングを行う。
【００２８】
ここで、「２８０℃」という温度はＮｉ3Ｐが生成される温度である。また、８７０℃はＮｉ3Ｐの融点である。したがって、２８０℃以上８７０℃以下の温度条件でスパッタリングを行うことにより、Ｎｉ3Ｐの粒子２２が含まれたＮｉを母体２１とする金属膜２０を半導体基板１０の上に形成する。
【００２９】
金属膜２０を形成した後に半導体ウェハを半導体基板１０毎にダイシングカットすれば、金属膜２０を備えた半導体装置が完成する。なお、半導体ウェハではなく、予め半導体基板１０の状態でスパッタリングを行っても良い。
【００３０】
発明者らは、ＮｉをＰに添加したことによる効果を調べた。まず、第一原理計算結果を図３及び図４に示す。
【００３１】
図３に示されるように、金属の安定性の指標を示す凝集エネルギーについては、Ｎｉ原子同士の凝集エネルギーよりもＮｉ3Ｐ分子の凝集エネルギーが高いことがわかった。凝集エネルギーが高いということは、金属膜２０の膜密度が高いことを指す。これは、ＮｉとＰとがＮｉ3Ｐとして結合することにより、Ｎｉ原子同士の結合よりも結合が強くなったこと、及び合金として安定していることを示している。安定な合金ほどＳｎ等の異種元素の拡散を抑制することができる。
【００３２】
また、図４は図２（ａ）及び図２（ｂ）の各結合部分Ａ〜Ｄの結合次数をそれぞれ示している。図２（ａ）のＮｉ−Ｎｉ結合におけるＡ及びＢの各結合次数は概ね０．２である。一方、図２（ｂ）のＮ−Ｐ結合におけるＣの結合次数は概ね０．３であり、Ｄの結合次数は概ね０．２５である。すなわち、Ｎｉ−Ｐ結合ＣはＮｉ−Ｎｉ結合Ａよりも結合力が強い。また、Ｐにより、Ｎｉ−Ｐ結合ＤもＮｉ−Ｎｉ結合Ｂよりも結合力が強い。
【００３３】
上記の図３及び図４の結果は、金属膜２０の上にＳｎを含んだバンプが設けられる場合に金属膜２０を予め薄くすることができることを示している。金属膜２０は、図５に示されるように、Ｓｎを含んだはんだ材４０が接合されるものであるが、はんだ材４０が金属膜２０の上に接合した際にＳｎとＮｉの合金化が起こるため、金属膜２０の膜厚は合金化された分だけ薄くなる。しかし、Ｎｉの母体２１の中にＮｉ3Ｐの粒子２２が含まれていることによりＮｉ−Ｎｉ結合とＮｉ−Ｐ結合の各結合力が強いため、金属膜２０のＮｉとはんだ材４０のＳｎとの合金化を遅らせることができる。このようなＮｉ3Ｐの作用により、金属膜２０の膜厚を従来よりも薄くすることができるという効果がある。なお、金属膜２０の上のＡｕ薄膜３０ははんだ材４０に吸収される。
【００３４】
具体的には、図６に示されるように、従来の金属膜の設計では、接合形成及び接合信頼性確保の観点から、接合形成分、耐久で消失する分、及びマージン分を考慮した膜厚としていた。このため、従来の金属膜の膜厚は概ね５μｍ以上であった。
【００３５】
一方、Ｎｉの母体２１にＮｉ3Ｐの粒子２２を分散させて金属膜２０を構成することにより、金属膜２０の一部とはんだ材４０との合金化を遅らせることができる。このため、図６に示されるように、接合形成分、耐久で消失する分、及びマージン分のすべての厚みを従来の金属膜よりも薄くしても従来と同等の信頼性を維持することができる。このため、本発明に係る金属膜２０の膜厚を概ね３μｍ以下にすることができる。したがって、従来の金属膜と同じ接合の信頼性を確保しつつ初期膜厚を従来よりも小さくすることができる。
【００３６】
発明者らは、はんだ材４０が接合されたときの従来の金属膜と本発明に係る金属膜２０との膜厚の減少量を複数のサンプルで調べた。その結果を図７に示す。図７の「Ｎｉ残り膜厚」が金属膜２０の膜厚に相当する。
【００３７】
図７の従来の金属膜はめっきの方法により形成されたものであり、本発明の金属膜２０はスパッタリングにより形成されたものである。また、「リフロー前」ははんだ材４０の接合前の金属膜２０の膜厚であり、「リフロー後」ははんだ材４０の接合後の金属膜２０の膜厚である。
【００３８】
図７の結果をみてみると、従来の金属膜ではリフロー前後で０．８８μｍの膜厚が減少している。一方、本発明に係る金属膜２０ではリフロー前後で０．６６μｍの膜厚が減少している。これは、従来よりも膜厚の減少量が小さくなっていることを示しており、金属膜２０に含まれたＮｉ3Ｐの粒子２２の効果が現れていると言える。すなわち、金属膜２０へのはんだ材４０の成分（Ｓｎ）の拡散を抑制できている。
【００３９】
さらに、発明者らは、金属膜２０のＸ線回折を測定することにより、Ｎｉの母体２１に対するＮｉ3Ｐの粒子２２の割合つまりＸ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉの最適値について調べた。なお、Ｘ線回折強度比とはＮｉの母体２１のＸ線回折強度に対するＮｉ3Ｐの粒子２２のＸ線回折強度の比である。
【００４０】
まず、Ｘ線回折結果の一例を図８に示す。図８に示されるように、Ｎｉ3Ｐを含んだ金属膜２０のＸ線回折には複数の特徴的なピークが現れる。このＸ線回折のピーク比からリフロー後の膜厚減少を抑制することができるＮｉ3Ｐ／Ｎｉ比を調べた。その結果を図９に示す。図９ではＮｉ3Ｐ／Ｎｉに対してリフロー膜厚減少すなわちはんだ材４０が接合された後の金属膜２０の膜厚の減少分が示されている。
【００４１】
図９によると、Ｘ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉが０．０５以上であると膜厚減少を抑制する効果があることがわかった。なお、図９の破線のデータは金属膜２０をめっきの方法で形成したものであり、実線のデータは金属膜２０をスパッタの方法で形成したものである。いずれも、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉの下限値を０．０５以上とすることで膜厚減少が抑制されている。
【００４２】
一方、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉの上限値は、Ｎｉ−Ｐの相図に基づいて２．０以下とする。Ｎｉ−Ｐの相図として「Okamoto et al., "Binary Alloy Phase Diagrams second edition", ASM International, 1990」を参照した。
【００４３】
したがって、Ｘ線回折結果から、金属膜２０においてＮｉ3Ｐ／Ｎｉを０．０５以上２．０以下の割合とすることにより、はんだ材４０が接合されたとしても金属膜２０の膜厚減少を抑制することができる。つまり、従来よりも金属膜２０の初期膜厚を予め小さくすることができ、当該初期膜厚を小さくしたとしても金属膜２０の信頼性を確保できる。
【００４４】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる金属膜２０の製造方法について説明する。まず、準備の工程では、スパッタリングで用いるターゲットとしてＮｉ粉とＮｉ3Ｐ粉を焼結したものを用意する。
【００４５】
続いて、スパッタリングの工程では、上記のターゲットを用いてスパッタリングを行うことにより、Ｎｉ3Ｐの粒子２２が含まれたＮｉを母体２１とする金属膜２０を半導体ウェハもしくは半導体基板１０の上に形成する。半導体ウェハに金属膜２０を形成した場合は半導体ウェハをダイシングカットする。こうして金属膜２０を備えた半導体装置が完成する。以上のようにして金属膜２０を形成しても良い。
【００４６】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１及び第２実施形態と異なる金属膜２０の製造方法について説明する。本実施形態では、めっきの方法により金属膜２０を形成する点で上述の製造方法と異なる。
【００４７】
まず、準備の工程では、ＮｉとＰを含んだめっき液を用意する。続いて、半導体ウェハもしくは半導体基板１０をめっき液に浸すめっき工程を行う。
【００４８】
この後、半導体ウェハもしくは半導体基板１０を加熱処理する加熱工程を行う。これにより、Ｎｉ3Ｐの粒子２２が含まれたＮｉを母体２１とする金属膜２０を半導体ウェハもしくは半導体基板１０の上に形成する。以上のようにして金属膜２０を形成しても良い。
【００４９】
ここで、発明者らは、上述のめっきの方法で形成した金属膜２０をＴＥＭで調べた。そのＴＥＭ画像を図１０に示す。この図から粒状のものが均一に分散していることがわかる。この粒状のものがＮｉ3Ｐの粒子２２である。Ｎｉ3Ｐの粒子２２の大きさは約２０ｎｍであった。
【００５０】
以上のように、めっきの方法によって金属膜２０を形成したとしても、上述の加熱処理によりＮｉ3Ｐの粒子２２を含んだ金属膜２０を形成することができる。
【００５１】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図１１に示されるように、半導体基板１０の上に金属層５０が形成され、この金属層５０の上に金属膜２０が形成された構成になっている。
【００５２】
金属層５０はＡｌまたはＣｕで形成された層である。ＡｌまたはＣｕの金属層５０が半導体基板１０と金属膜２０との間に位置すると共に金属膜２０に接することにより、金属層５０に対する金属膜２０のコンタクト抵抗を下げることができる。
【００５３】
（第５実施形態）
本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図１２に示されるように、半導体基板１０の上に金属層６０が形成され、この金属層６０の上に金属膜２０が形成された構成になっている。
【００５４】
金属層６０はＴｉで形成された層である。Ｔｉの金属層６０が半導体基板１０と金属膜２０との間に位置すると共に金属膜２０に接することにより、金属層６０に対する金属膜２０の密着性を向上させることができる。
【００５５】
（第６実施形態）
図１３は、半導体基板１０に半導体デバイスとしてＭＯＳ構造が形成された構造が示されている。ＭＯＳ構造は周知であるので説明を省略する。半導体基板１０の上の構造については、ＭＯＳ構造の上に電極用のＡｌ膜７０が形成されており、このＡｌ膜７０の周囲に保護用のポリイミド膜８０が形成されている。
【００５６】
図１３の構造において、本発明に係る金属膜２０はＡｌ膜７０の上に形成されている。図１３ではＡｌ膜７０の上の金属膜２０を省略している。そして、Ａｌ膜７０上の金属膜２０にはんだ材４０が接合されることになる。このように、金属膜２０が用いられても良い。
【００５７】
（第７実施形態）
本実施形態では、第１〜第６実施形態と異なる部分について説明する。例えば、第６実施形態で示されたように、Ａｌ膜７０の上に金属膜２０が形成された構造では、半導体基板１０上の構造全体に金属膜２０を形成した後、金属膜２０のうち不要な部分を切削する必要がある。以下では、その切削方法について図１４を参照して説明する。
【００５８】
まず、半導体デバイスを形成した半導体ウェハもしくは半導体基板１０を用意し、半導体ウェハ上にＡｌ膜７０を成膜する。続いて、Ａｌ膜７０の上にホトレジストを形成して露光し、ホトレジストの所定の位置を開口する。続いて、このホトレジストをマスクとしてＡｌ膜７０をエッチングすることでＡｌ膜７０をパターニングする。そして、ホトレジストを除去することで図１４（ａ）に示す構造となる。
【００５９】
続いて、Ａｌ膜７０を覆うようにポリイミド膜８０を形成し、このポリイミド膜８０の上にホトレジストを形成する。この後、上記と同様にホトレジストを所定のパターンにパターニングし、パターニングしたホトレジストをマスクとしてポリイミド膜８０をパターニングする。そして、ホトレジストを除去すると図１４（ｂ）に示す構造となる。
【００６０】
図１４（ｂ）の構造に対して全体に金属膜２０を形成することにより、図１４（ｃ）の構造が得られる。この後、ポリイミド膜８０上の金属膜２０を切削の方法により除去する。これにより、図１４（ｄ）に示されるように、Ａｌ膜７０上に金属膜２０を残した構造を得ることができる。
【００６１】
以上のように、切削を用いたプロセスにおいて、本発明に係る金属膜２０を加工することもできる。Ｐが添加されたＮｉ金属膜２０の耐摩耗性は高く、さらに金属膜２０の信頼性も高いので、金属膜２０の切削が行われる構造において有利である。また、Ｐが添加されたＮｉ金属膜２０を用いているので、切削の工程における切削時のキズを抑制することができるという効果も得られる。
【００６２】
ここで、発明者らは切削時におけるＰ（リン）の効果を検証した。具体的には、純Ｎｉ、ＡＬ−０．４Ｓｉ、Ｎｉ−Ｐめっき、Ｎｉ−Ｐスパッタの４つの膜を形成して切削抵抗をそれぞれ調べた。その結果を図１５に示す。
【００６３】
図１５において、「純Ｎｉ」は純粋にＮｉのみで形成された膜である。「ＡＬ−０．４Ｓｉ」はＡｌに４０重量％のＳｉが添加されて形成された合金膜である。「Ｎｉ−Ｐめっき」はめっきの方法で形成された金属膜２０である。「Ｎｉ−Ｐスパッタ」はスパッタリングの方法で形成された金属膜２０である。また、純Ｎｉ、ＡＬ−０．４Ｓｉ、及びＮｉ−Ｐめっきの各膜に対しては切削の刃のスピードを５ｍ／ｓとした。また、Ｎｉ−Ｐめっき及びＮｉ−Ｐスパッタの各膜に対しては切削の刃のスピードを２０ｍ／ｓとした。
【００６４】
そして、各膜の切削抵抗をみてみると、切削の刃のスピードを２０ｍ／ｓとしたときの各膜の切削抵抗は、切削の刃のスピードを５ｍ／ｓとしたときの各膜の切削抵抗よりも低くなった。特に、Ｐを含んだＮｉ−Ｐめっきの金属膜２０については、切削の刃のスピードが５ｍ／ｓから２０ｍ／ｓに上がったことで切削抵抗が小さくなった。Ｐを含んだＮｉ−Ｐスパッタの膜についても、切削の刃のスピードが２０ｍ／ｓであることで他の膜よりも切削抵抗が小さくなっている。
【００６５】
切削抵抗が下がった理由としては、マクロ的には、３００℃から８００℃の温度範囲においてＰはＮｉを含む鉄系の材料の中で自己潤滑性を発現するからであると考えられる。一方、ミクロ的には、Ｎｉ3Ｐの粒子２２を含んだ金属膜２０が化学的に溶解しやすい材料になるためであると考えられる。また、純Ｎｉの融点が１４５５℃であることに対し、Ｎｉ3Ｐは８７０℃と低く、切削時の熱により金属膜２０が液体となって変形しやすくなっている等の理由が考えられる。
【００６６】
以上のように、Ｎｉ3Ｐを含んだ金属膜２０に対して切削を行う場合、上記の理由で切削抵抗が下がるので、小さな力で金属膜２０を切削することができる。切削の刃のスピードを上げれば刃先の温度も上がるので、さらに切削抵抗を下げることができる。したがって、切削の刃の寿命を延ばすことができる。また、消耗品である切削の刃のコストを低減することができる。さらに、切削の刃の交換の労務費も低減することができる。
【００６７】
（第８実施形態）
本実施形態では、第１〜第７実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、Ｎｉの母体２１に対するＮｉ3Ｐの粒子２２の割合つまりＸ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉが０．０５以上２．０以下であると規定した。本実施形態では、発明者らはＮｉ3Ｐ／Ｎｉの最適値についてさらなる検討を行った。
【００６８】
具体的には、めっきの方法で形成された金属膜２０の上にはんだを介して銅の規格線を接合した試料を用意し、当該規格線の引張強度を測定することによりＮｉ3Ｐ／Ｎｉの最適値を調べた。その結果を図１６に示す。なお、図１６の横軸のＮｉ3Ｐ／Ｎｉ比は、第１実施形態と同様にＸ線回折のピーク比から調べた。
【００６９】
図１６に示されるように、Ｘ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉが０．０５以上であると、Ｓｉから形成された半導体基板１０よりも高い６ＭＰａ以上の引張強度が得られることがわかった。したがって、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉの下限値は本実施形態においても０．０５であると言える。
【００７０】
一方、６ＭＰａ以上の引張強度が得られたＮｉ3Ｐ／Ｎｉの最大値は０．８３であった。言い換えると、少なくともＮｉ3Ｐ／Ｎｉが０．８３以下であれば、高い強度を持った金属膜２０が得られる。したがって、Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉの上限値を０．８３に規定することにより、金属膜２０の膜強度を確保できる。
【００７１】
以上のように、金属膜２０に対する引張強度の測定結果から、Ｎｉの母体２１に対するＮｉ3Ｐの粒子２２の割合つまりＸ線回折強度比Ｎｉ3Ｐ／Ｎｉを０．０５以上０．８３以下に規定することができる。なお、スパッタの方法で形成された金属膜２０の引張強度についても上記と同様にＮｉ3Ｐ／Ｎｉは０．０５以上０．８３以下が最適であるという結果が得られた。
【００７２】
（第９実施形態）
本実施形態では、第１〜第８実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、ｘ及びｙをそれぞれ整数と定義すると、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料としてＮｉxＰyとなるストイキオメトリ（化学量論的組成）の化合物を採用する。すなわち、金属膜２０は、Ｎｉの母体２１と、このＮｉの母体２１に混ざったＮｉxＰyの金属間化合物と、で構成されている。
【００７３】
ＮｉxＰyの組成はｘとｙの条件に応じて決まる。例えば、ｘ＝３及びｙ＝１のときのストイキオメトリの化合物が上述のＮｉ3Ｐとなる。つまり、Ｎｉ3ＰはＮｉxＰyの組成の一例である。以上のように、Ｎｉ3Ｐに限らず、ＮｉxＰyの組成が成立する材料を採用しても良い。
【００７４】
（第１０実施形態）
本実施形態では、第１〜第９実施形態と異なる部分について説明する。Ｎｉと結合する材料はＮｉよりも凝集エネルギーが高いＰ（リン）に限らず、他の材料とすることができる。
【００７５】
具体的には、図１７に示されるように、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｂ（ホウ素）のいずれかの材料である。このように、Ｐ以外にもＮｉと結合可能であると共にＮｉよりも凝集エネルギーが高い材料が複数存在する。特に、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｂ、及びＰはＮｉへの添加により合金を安定化する効果が非常に高い。
【００７６】
上記のように、Ｎｉと結合する材料は様々である。このため、凝集エネルギーが高い材料をＭと定義すると、Ｎｉと結合する材料に応じてＮｉ−Ｍが合金となる場合や化合物となる場合がある。
【００７７】
以上のように、金属膜２０は、Ｎｉの母体２１と、Ｎｉよりも凝集エネルギーが高い材料と、を含んで構成することができる。凝集エネルギーが高い材料ほど安定性が高い金属膜２０を得ることができる。また、膜密度が高い金属膜２０を得ることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された半導体装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、Ｎｉ3Ｐの粒子２２はＮｉの母体２１に含まれていれば良いので、Ｎｉ3Ｐの粒子２２はＮｉの母体２１に均一に分布していなくても良い。もちろん、Ｎｉ3Ｐの粒子２２同士がくっついて層状になると機械的に弱くなるので、分散していることが好ましい。
【００７９】
上記第１実施形態では、金属膜２０の上にＡｕ薄膜３０が設けられた構成が示されているが、これは半導体装置の構成の一例である。したがって、金属膜２０の上にＡｕ薄膜３０が形成されていなくても良い。この場合、金属膜２０の上には、Ｓｎを含んだはんだ材４０が直接接合される。これに対し、第４及び第５実施形態の構造では、金属膜２０の上にＡｕ薄膜３０が形成されていても良い。また、Ａｕ薄膜３０に限らず、金属膜２０の上に図示しないＡｇ薄膜が形成されていても良い。これにより、Ａｕ薄膜３０やＡｇ薄膜を金属膜２０の酸化防止膜として機能させることができる。
【００８０】
半導体装置を自動車の車載用動力のデバイスとして使用する場合や、車両用のモータを駆動するためのデバイスとして使用する場合等、半導体装置を車載用として使用することが考えられる。このような使用環境では、車両用の金属膜２０の膜厚の最適値は２．６μｍである。
【００８１】
また、応力が掛かる両面放熱構造では、はんだ材４０によって膜厚の減少が抑制される本発明の金属膜２０が電極材料として適している。
【符号の説明】
【００８２】
１０        半導体基板
２０        金属膜
２１        Ｎｉの母体
２２        Ｎｉ3Ｐの粒子
４０        はんだ材
５０、６０  金属層
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１０】
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