(57)【要約】【課題】実装の際の歩留まりが高い半導体デバイス、その半導体デバイスが実装されている半導体モジュールおよびその半導体デバイスの実装方法を提供する。【解決手段】半導体デバイス１は、窒化ガリウムを含む半導体層２０と、半導体層２０上に配置された第１電極４０と、第１電極４０上に配置されたパッド電極５０と、を備え、パッド電極５０は、少なくとも、チタン層、プラチナ層、チタンタングステン層、およびアルミニウム層が、この順に第１電極４０側から配置されている。半導体モジュール２は、半導体デバイス１が実装基板１００に実装されている。半導体デバイス１の実装方法は、半導体デバイス１を、２５０℃以上３５０℃以下の実装温度で、実装基板１００に実装する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウムを含む半導体層と、前記半導体層上に配置された第１電極と、前記第１電極上に配置されたパッド電極と、を備え、
前記パッド電極は、少なくとも、チタン層、プラチナ層、チタンタングステン層、およびアルミニウム層が、この順に前記第１電極側から配置されている半導体デバイス。
【請求項２】
前記アルミニウム層から前記チタンタングステン層へのアルミニウムの拡散がない請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
Ｘ線光電子分光法による前記パッド電極についての深さプロファイルにおけるアルミニウムとタングステンとが共存する層の厚さが７００ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体デバイスは、前記第１電極がショットキー電極である、ショットキーバリアダイオードである請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項の半導体デバイスが実装基板に実装されている半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項の半導体デバイスを、２５０℃以上３５０℃以下の実装温度で、実装基板に実装する半導体デバイスの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装の際の歩留まりが高い半導体デバイス、その半導体デバイスが実装されている半導体モジュールおよびその半導体デバイスの実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、広いバンドギャップ、高いキャリア移動度および高い破壊電界強度などの優れた特性を有しているため、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）、トランジスタなどの半導体デバイスに好適に用いられる。
【０００３】
上記のＧａＮを含む半導体デバイスの実装においては、一般的に、実装基板に、半導体デバイスの一方の電極側がアルミニウム（Ａｌ）ワイヤを用いてワイヤボンディングされ、半導体デバイスの他方の電極側がはんだなどを用いてダイボンディングされる。特に、大電流を流すことを可能とするために、ワイヤボンディングにおいては、Ａｌリボンと呼ばれる直径２００μｍ以上の大口径のＡｌワイヤが用いられる。このため、半導体デバイスは、一方の電極側にＡｌワイヤを接続するためのパッド電極が配置され、かかるパッド電極にはＡｌが含まれる。
【０００４】
ここで、Ａｌは、融点が６６０℃と低く、半導体層とオーミック接触が可能な材料である。このため、半導体デバイスの実装の際などで加えられる熱により、パッド電極内のＡｌが一方の電極内に拡散すると、半導体デバイスの耐圧性が低下するという問題点がある。
【０００５】
かかる問題点を解決するため、特開２０１０−２１９１３０号公報（特許文献１）および特開２０１０−２６３１２７号公報（特許文献２）は、窒化ガリウムを含む半導体層と、電極とを備え、電極は、電極本体と、半導体層から見て電極本体よりも離れた位置に形成されかつＡｌを含む接続用電極と、電極本体と接続用電極との間に形成されたＷ、ＴｉＷ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、およびＴａＮよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むバリア層と、を含む半導体装置を開示する。
【０００６】
また、特開２０１５−０２６６６９号公報（特許文献３）は、主面を有する窒化物半導体層と、窒化物半導体層の主面に形成されたショットキー電極と、ショットキー電極上に形成されたパッド電極とを備え、パッド電極は、ショットキー電極側に位置するパッド下地層とパッド下地層上に形成されたニッケル（Ｎｉ）層を含む窒化物半導体装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２１９１３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６３１２７号公報
【特許文献３】特開２０１５−０２６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特開２０１０−２１９１３０号公報（特許文献１）および特開２０１０−２６３１２７号公報（特許文献２）は、Ａｌを含む接続用電極と電極本体との間に形成されているＷ、ＴｉＷ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、およびＴａＮよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むバリア層により、Ａｌを含む接続用電極から電極本体へのＡｌの拡散が抑制されるため、Ａｌによる特性不良が抑制された半導体装置が得られる。
【０００９】
また、特開２０１５−０２６６６９号公報（特許文献３）は、パッド電極内に形成されているＮｉ層により、パッド電極上に接続されるＡｌワイヤからパッド電極下に位置するショットキー電極へのＡｌの拡散が抑制されるため、Ａｌによる特性不良が抑制された窒化物半導体装置が得られる。
【００１０】
しかしながら、特開２０１０−２１９１３０号公報（特許文献１）および特開２０１０−２６３１２７号公報（特許文献２）は、Ａｌを含む接続用電極と電極本体との間に形成されているＷ、ＴｉＷ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｔａ、およびＴａＮよりなる群から選ばれる少なくとも１種を含むバリア層は、高融点金属であることから大きな残留応力を有しているため、実装の際の電極浮きの原因となり、実装の際に歩留まりが低下するという問題点がある。また、特開２０１５−０２６６６９号（特許文献３）も、実装の際の熱応力による電極浮きが原因となり、実装の際に歩留まりが低下するという問題点がある。
【００１１】
そこで、上記問題点を解決して、実装の際の歩留まりが高い半導体デバイス、その半導体デバイスが実装されている半導体モジュールおよびその半導体デバイスの実装方法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】
【００１２】
本発明のある態様にかかる半導体デバイスは、窒化ガリウムを含む半導体層と、半導体層上に配置された第１電極と、第１電極上に配置されたパッド電極と、を備え、パッド電極は、少なくとも、チタン層、プラチナ層、チタンタングステン層、およびアルミニウム層が、この順に第１電極側から配置されている。
【００１３】
本発明の別の態様にかかる半導体モジュールは、上記の態様にかかる半導体デバイスが実装基板に実装されている。
【００１４】
本発明のさらに別の態様にかかる半導体デバイスの実装方法は、上記の態様にかかる半導体デバイスを、２５０℃以上３５０℃以下の実装温度で、実装基板に実装する。
【発明の効果】
【００１５】
上記によれば、実装の際の歩留まりが高い半導体デバイス、その半導体デバイスが実装されている半導体モジュールおよびその半導体デバイスの実装方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のある態様にかかる半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【図２】本実施形態のある態様にかかる半導体デバイスの製造方法において、基板上に窒化ガリウムを含む半導体層を形成する工程の一例を示す概略断面図である。
【図３】本実施形態のある態様にかかる半導体デバイスの製造方法において、半導体層上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程の一例を示す概略断面図である。
【図４】本実施形態のある態様にかかる半導体デバイスの製造方法において、絶縁膜の開口部の半導体層上および絶縁膜の一部上に第１電極を形成する工程の一例を示す概略断面図である。
【図５】本実施形態のある態様にかかる半導体デバイスの製造方法において、基板上に第２電極を形成する工程の一例を示す概略断面図である。
【図６】本実施形態のある態様にかかる半導体デバイスの製造方法において、第１電極上にパッド電極を形成する工程の一例を示す概略断面図である。
【図７】典型的な半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の別の態様にかかる半導体モジュールの一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明のある態様にかかる半導体デバイスのパッド電極形成前の耐圧とパッド電極形成後の耐圧との関係の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明のある態様にかかる半導体デバイスのパッド電極形成後の耐圧と熱処理後の耐圧との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】エネルギー分散型Ｘ線分光法による熱処理前のパッド電極についての厚さ方向のラインプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【図１２】エネルギー分散型Ｘ線分光法による２５０℃の熱処理後のパッド電極についての厚さ方向のラインプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【図１３】エネルギー分散型Ｘ線分光法による３５０℃の熱処理後のパッド電極についての厚さ方向のラインプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【図１４】Ｘ線光電子分光法による熱処理前のパッド電極についての深さプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【図１５】Ｘ線光電子分光法による２５０℃の熱処理後のパッド電極についての深さプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【図１６】Ｘ線光電子分光法による３５０℃の熱処理後のパッド電極についての深さプロファイルにおける各元素濃度の変化の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[本発明の実施形態の説明]
［１］本発明のある態様にかかる半導体デバイスは、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体層と、半導体層上に配置された第１電極と、第１電極上に配置されたパッド電極と、を備え、パッド電極は、少なくとも、チタン（Ｔｉ）層、プラチナ（Ｐｔ）層、チタンタングステン（ＴｉＷ）層、およびアルミニウム（Ａｌ）層が、この順に第１電極側から配置されている。本態様の半導体デバイスは、実装の際の熱によるＡｌ層から第１電極へのＡｌの拡散がＴｉＷ層により抑制されるとともに、ＴｉＷ層の残留応力がＰｔ層により緩和されるため、実装の際の歩留まりが高い。
【００１８】
［２］本態様の半導体デバイスは、Ａｌ層からＴｉＷ層へのＡｌの拡散をなくすことができる。かかる半導体デバイスは、実装の際の熱によるＡｌ層から第１電極へのＡｌの拡散がＴｉＷ層により確実になくなるとともに、ＴｉＷ層の残留応力がＰｔ層により緩和されるため、実装の際の歩留まりが特に高い。
【００１９】
［３］本態様の半導体デバイスは、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によるパッド電極についての深さプロファイルにおけるＡｌとＷとが共存する層の厚さを７００ｎｍ以下とすることができる。かかる半導体デバイスは、実装の際の熱によるＡｌ層から第１電極へのＡｌの拡散がＴｉＷ層により実質的になくなるとともに、ＴｉＷ層の残留応力がＰｔ層により緩和されるため、実装の際の歩留まりが特に高い。
【００２０】
［４］本態様の半導体デバイスは、第１電極がショットキー電極である、ショットキーバリアダイオードとすることができる。かかる半導体デバイスであるショットキーバリアダイオードは、実装の際の熱によるＡｌ層から第１電極であるショットキー電極へのＡｌの拡散がＴｉＷ層により抑制されるとともに、ＴｉＷ層の残留応力がＰｔ層により緩和されるため、実装の際の歩留まりが高い。
【００２１】
［５］本発明の別の態様にかかる半導体モジュールは、上記の態様にかかる半導体デバイスが実装基板に実装されている。本態様の半導体モジュールは、実装の際の歩留が高い半導体デバイスが実装されているため、高く安定した特性を有する。
【００２２】
［６］本発明のさらに別の態様にかかる半導体デバイスの実装方法は、上記の態様にかかる半導体デバイスを、２５０℃以上３５０℃以下の実装温度で、実装基板に実装する。本態様の半導体デバイスの実装方法は、半導体デバイスを高い歩留まりで実装することができる。
【００２３】
[本発明の実施形態の詳細]
＜実施形態１：半導体デバイス＞
図１を参照して、本実施形態の半導体デバイス１は、ＧａＮを含む半導体層２０と、半導体層２０上に配置された第１電極４０と、第１電極４０上に配置されたパッド電極５０と、を備える。パッド電極５０は、少なくとも、Ｔｉ層５２、Ｐｔ層５４、ＴｉＷ層５６、およびＡｌ層５８が、この順に第１電極４０側から配置されている。本実施形態の半導体デバイス１は、実装の際の熱によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により抑制されるとともに、ＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが高い。
【００２４】
本実施形態の半導体デバイス１のパッド電極５０において、Ｔｉ層５２の厚さは、特に制限はないが、第１電極４０との接着性が高い観点から、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。Ｐｔ層５４の厚さは、特に制限はないが、ＴｉＷ層５６の残留応力を緩和する観点から、ＴｉＷ層５６の厚さの０．２５倍以上５倍以下が好ましく、０．２５倍以上２倍以下がより好ましい。ＴｉＷ層５６の厚さは、特に制限はないが、Ａｌの拡散を抑制する観点から、１０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましく、また、ＴｉＷ層５６の残留応力を小さくする観点から、５００ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。Ａｌ層５８の厚さは、Ａｌワイヤ１１２ｗによるワイヤボンディングを容易にする観点から、１０００ｎｍ以上が好ましく、２０００ｎｍ以上がより好ましい。
【００２５】
本実施形態の半導体デバイス１の第１電極４０は、特に制限はなく、半導体層２０とショットキー接触するショットキー電極の場合には、Ｎｉ電極、Ｐｔ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極などが好ましく、半導体層２０とオーミック接触するオーミック電極の場合には、Ｔｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極などが好ましい。
【００２６】
本実施形態の半導体デバイス１は、リーク電流を低減し耐電圧を高くする観点から、半導体層２０と第１電極４０との間に、開口部３０ｗを有する絶縁膜３０を有することが好ましい。絶縁膜３０の開口部３０ｗでは、半導体層２０と第１電極４０とが接触により電気的に接続している。絶縁膜３０は、絶縁性を有するものであれば特に制限はないが、絶縁性が高い観点から、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮx膜などが好ましい。
【００２７】
本実施形態の半導体デバイス１は、特に制限はないが、機械的強度を高くする観点から、半導体層２０などを保持するための基板１０を含むことが好ましい。基板１０は、特に制限はないが、縦型の半導体デバイス１を形成できる観点から、導電性基板であることが好ましい。導電性基板としては、Ｍｏ基板、Ｓｉ基板などが好適に挙げられる。
【００２８】
本実施形態の半導体デバイス１は、特に制限はないが、第１電極４０および第２電極６０の主面に対して垂直に電流が流れることにより大電流動作が得られる観点から、半導体層２０の第１電極４０が配置されている主面と反対の主面側に、その反対の主面に基板１０が配置されている場合はその基板の半導体層２０が配置されている主面と反対の主面側に、配置されている第２電極６０を含むことが好ましい。第２電極６０は、特に制限はないが、オン抵抗を低減する観点から、半導体層２０または基板１０とオーミック接触するオーミック電極が好ましく、半導体層２０または基板１０がＧａＮを含む場合はＴｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極などが好ましい。
【００２９】
本実施形態の半導体デバイス１は、Ａｌ層５８からＴｉＷ層５６へのＡｌの拡散をなくすことが好ましい。かかる半導体デバイス１は、実装の際の熱によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により確実になくなるとともに、ＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが特に高い。ここで、Ａｌ層５８からＴｉＷ層５６へのＡｌの拡散をなくすとは、以下に示すように、Ａｌ層５８からＴｉＷ層５６へのＡｌの拡散を完全になくすことだけでなく、Ａｌ層５８からＴｉＷ層５６へのＡｌの拡散を所定の範囲内に留めることにより実質的になくすことをも含む。
【００３０】
図１および図１１〜図１３を参照して、本実施形態の半導体デバイス１は、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）によるパッド電極５０についての厚さ方向のラインプロファイルにおけるＡｌとＷとが共存する層の厚さが、７００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。かかる半導体デバイスは、実装の際の熱によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により実質的になくなるとともに、ＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが特に高い。
【００３１】
図１および図１４〜図１６を参照して、本実施形態の半導体デバイス１は、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によるパッド電極５０についての深さプロファイルにおけるＡｌとＷとが共存する層の厚さが、７００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。かかる半導体デバイスは、実装の際の熱によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により実質的になくなるとともに、ＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが特に高い。
【００３２】
図１を参照して、本実施形態の半導体デバイス１は、第１電極４０がショットキー電極である、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）であることが好ましい。かかる半導体デバイスであるＳＢＤは、実装の際の熱によるＡｌ層５８から第１電極４０であるショットキー電極へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により抑制されるとともに、ＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが高い。
【００３３】
図２〜図６を参照して、本実施形態の半導体デバイス１の製造方法は、特に制限はないが、本実施形態の半導体デバイス１を効率よく製造する観点から、基板１０上にＧａＮ（窒化ガリウム）を含む半導体層２０を形成する工程（図２）と、半導体層２０上に開口部３０ｗを有する絶縁膜３０を形成する工程（図３）と、絶縁膜３０の開口部３０ｗの半導体層２０上および絶縁膜３０の一部上に第１電極４０を形成する工程（図４）と、基板１０上に第２電極６０を形成する工程（図５）と、第１電極４０上にパッド電極５０を形成する工程（図６）、を含むことが好ましい。
【００３４】
図２を参照して、基板１０上にＧａＮ（窒化ガリウム）を含む半導体層２０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の高い半導体層２０を形成する観点から、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などが好適に用いられる。
【００３５】
図３を参照して、半導体層２０上に開口部３０ｗを有する絶縁膜３０を形成する工程は、特に制限はないが、開口部３０ｗを有する品質の高い絶縁膜３０を効率よく形成する観点から、半導体層２０上に絶縁膜３０を形成するサブ工程と、絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成するサブ工程と、を含むことが好ましい。半導体層２０上に絶縁膜３０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の高い絶縁膜３０を形成する観点から、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法などが好適に用いられる。また、絶縁膜３０に開口部３０ｗを形成する方法は、特に制限はないが、開口部３０ｗを効率よく形成する観点から、フォトリソグラフィを用いて絶縁膜３０を部分的に除去する方法などが好適に用いられる。
【００３６】
図４を参照して、絶縁膜３０の開口部３０ｗの半導体層２０上および絶縁膜３０の一部上に第１電極４０を形成する工程は、特に制限はないが、品質の高い第１電極４０を効率よく形成する観点から、フォトリソグラフィを用いて絶縁膜３０の開口部の半導体層２０上および絶縁膜３０の一部に開口部を有するレジストマスク（図示せず）を形成するサブ工程と、レジストマスクの開口部に第１電極４０を形成するサブ工程と、を含むことが好ましい。レジストマスクの開口部に第１電極４０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の高い第１電極４０を効率よく形成する観点から、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などが好適に用いられる。
【００３７】
図５を参照して、基板１０上に第２電極６０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の高い第２電極６０を形成する観点から、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などが好適に用いられる。また、第２電極６０を形成する基板１０の場所は、特に制限はないが、縦型の半導体デバイス１を形成する観点から、基板１０の半導体層２０が形成されている側と反対側の主面上が好ましい。
【００３８】
図６を参照して、第１電極４０上にパッド電極５０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の高いパッド電極５０を形成する観点から、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などが好適に用いられる。パッド電極５０は、上記の少なくともいずれかの方法により、第１電極４０側から、Ｔｉ層５２、Ｐｔ層５４、ＴｉＷ層５６およびＡｌ層５８をこの順に形成する。
【００３９】
＜実施形態２：半導体モジュール＞
図８を参照して、本実施形態の半導体モジュール２は、実施形態１の半導体デバイス１が実装基板１００に実装されている。本実施形態の半導体モジュール２は、実装の際の歩留が高い半導体デバイス１が実装されているため、高く安定した特性を有する。
【００４０】
本実施形態の半導体モジュール２は、たとえば、実施形態１の半導体デバイス１が以下のように実装基板１００に実装されている。ここで、実装基板１００は、たとえば、２つのリードフレーム１１２，１１４と、ベース体１２０と、を含む。半導体デバイス１の第１電極４０上に形成されているパッド電極５０が、一方のリードフレーム１１２に、Ａｌワイヤ１１２ｗによりワイヤボンディングされている。半導体デバイス１の第２電極６０が導電性接着剤１２０ｄであるリフローはんだでベース体１２０にダイボンディングされている。ベース体１２０と他方のリードフレーム１１４とが、Ａｌワイヤ１１４ｗにより、ワイヤボンディングされている。また、半導体デバイス１、Ａｌワイヤ１１２ｗ，１１４ｗ、ベース体１２０およびリードフレーム１１２，１１４の一部は、封止体２００により封止されている。なお、Ａｌワイヤ１１２ｗ，１１４ｗは、ボンディングリボン（Ａｌリボン）として設けられていてもよい。
【００４１】
本実施形態の半導体モジュール２においては、第２電極６０のベース体１２０とのダイボンディングの際に、導電性接着剤１２０ｄであるリフローはんだを溶融させるために２５０℃以上３５０℃以下の温度が必要とされことから、半導体デバイス１は少なくとも１度は２５０℃以上３５０℃以下の温度雰囲気下に置かれる。半導体モジュール２は、２５０℃以上３５０℃以下の温度雰囲気下においても、パッド電極５０のＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がパッド電極５０のＴｉＷ層５６により抑制されるとともに、パッド電極５０のＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和され、実装の際の歩留まりが高い実施形態１の半導体デバイス１が実装されているため、高く安定した特性を有する。
【００４２】
＜実施形態３：半導体デバイスの実装方法＞
図８を参照して、本実施形態の半導体デバイス１の実装方法は、実施形態１の半導体デバイス１を、２５０℃以上３５０℃以下の実装温度で、実装基板１００に実装する。本実施形態の半導体デバイス１の実装方法は、半導体デバイス１を高い歩留まりで実装することができる。
【００４３】
本実施形態の半導体デバイス１の実装方法は、たとえば、実施形態１の半導体デバイス１が以下のように実装基板１００に実装する。ここで、実装基板１００は、たとえば、２つのリードフレーム１１２，１１４と、ベース体１２０と、を含む。半導体デバイス１の第２電極６０を導電性接着剤１２０ｄであるリフローはんだでベース体１２０にダイボンディングする。かかる半導体デバイス１の第１電極４０上に形成されているパッド電極５０を、一方のリードフレーム１１２に、Ａｌワイヤ１１２ｗによりワイヤボンディングする。ベース体１２０と他方のリードフレーム１１４とを、Ａｌワイヤ１１４ｗにより、ワイヤボンディングする。また、半導体デバイス１、Ａｌワイヤ１１２ｗ，１１４ｗ、ベース体１２０およびリードフレーム１１２，１１４の一部を、封止体２００により封止する。なお、Ａｌワイヤ１１２ｗ，１１４ｗは、ボンディングリボン（Ａｌリボン）を用いてもよい。
【００４４】
本実施形態の半導体デバイス１の上記の実装方法においては、第２電極６０のベース体１２０とのダイボンディングの際に、導電性接着剤１２０ｄであるリフローはんだを溶融させるために２５０℃以上３５０℃以下の温度が必要となることから、実装基板１００に半導体デバイス１を実装する際には、半導体デバイス１は少なくとも１度は２５０℃以上３５０℃以下の温度雰囲気下に置かれる。実施形態１の半導体デバイス１は、２５０℃以上３５０℃以下の温度雰囲気下においても、パッド電極５０のＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がパッド電極５０のＴｉＷ層５６により抑制されるとともに、パッド電極５０のＴｉＷ層５６の残留応力がＰｔ層５４により緩和されるため、実装の際の歩留まりが高い。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
１．半導体デバイスの作製
図２を参照して、基板１０としての直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ５００μｍのＧａＮ基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、ＧａＮを含む半導体層２０として、厚さ０．１μｍのｎ+−ＧａＮ層（キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3）および厚さ７μｍのｎ-−ＧａＮ層（キャリア濃度が５×１０15ｃｍ-3）をこの順に成長させた。
【００４６】
次に、図３を参照して、半導体層２０のｎ-−ＧａＮ層上に、スパッタ法により、絶縁膜３０として厚さ０．５μｍのＳｉＮx膜を形成した後、ウェットエッチング法により直径１０００μｍの開口部３０ｗを形成した。
【００４７】
次に、図４を参照して、絶縁膜３０の開口部３０ｗの半導体層２０上および開口部３０ｗの開口端から２０μｍまでの距離の絶縁膜３０上に、ＥＢ（電子線）蒸着法により、第１電極４０として、厚さ５００ｎｍのＮｉ層および厚さ２０００ｎｍのＡｕ層をこの順に形成することによりＮｉ／Ａｕ電極を形成した。かかる第１電極４０は、ＧａＮを含む半導体層２０にショットキー接触するショットキー電極であった。
【００４８】
次に、図５を参照して、基板１０の半導体層２０が形成されている側と反対側上に、ＥＢ蒸着法により、第２電極６０として、厚さ５０ｎｍのＴｉ層、厚さ１００ｎｍのＰｔ層、厚さ５０００ｎｍのＡｕ層をこの順位に形成することにより、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を形成した。このようにして、パッド電極形成前の半導体デバイスが得られた。パッド電極形成前の半導体デバイス１の耐圧（逆方向への印加電圧を漸増させたときに、リーク電流密度が１ｍＡ／ｃｍ2となるときの電圧をいう、以下同じ。）を半導体デバイス・アナランザ（アジレント・テクノロジー社製Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｂ１５００Ａ）により測定した。耐圧が６００Ｖ以上の半導体デバイスを良品とし、耐圧が６００Ｖ未満の半導体デバイスを不良品とした。
【００４９】
次に、図６を参照して、第１電極４０上に、ＥＢ蒸着法により、パッド電極５０として、厚さ１０ｎｍのＴｉ層５２、厚さ１００ｎｍのＰｔ層５４、厚さ３００ｎｍのＴｉＷ層５６、および厚さ２０００ｎｍのＡｌ層５８をこの順に形成することにより、Ｔｉ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ａｌ電極を形成した。このようにして、パッド電極形成後の半導体デバイス１の耐圧を半導体デバイス・アナランザ（アジレント・テクノロジー社製Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｂ１５００Ａ）により測定した。耐圧が６００Ｖ以上の半導体デバイスを良品とし、耐圧が６００Ｖの未満の半導体デバイスを不良品とした。
【００５０】
２．半導体デバイスの熱処理
パッド電極形成後の半導体デバイス１を、２５０℃で５分間熱処理した。かかる熱処理は、パッド電極形成後の半導体デバイス１を実装基板１００に実装する際に、特に、半導体デバイス１の第２電極６０をベース体１２０にダイボンディングする際に、半導体デバイス１にかかる熱を考慮したものであった。２５０℃の熱処理後の半導体デバイス１の耐圧を半導体デバイス・アナランザ（アジレント・テクノロジー社製Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｂ１５００Ａ）により測定した。耐圧が６００Ｖ以上の半導体デバイスを良品とし、耐圧が６００Ｖの未満の半導体デバイスを不良品とした。
【００５１】
３．半導体デバイスの歩留率評価
上記のようにして得られた本実施例の半導体デバイスのパッド電極形成前の耐圧とパッド電極形成後の耐圧との関係を図９に示した。図９のプロット数は、本実施例の半導体デバイスの全数から抜き取られた抜取数である。本実施例のバッド電極形成前の半導体デバイスの良品の数に対するパッド電極形成後の半導体デバイスの良品の数の百分率（歩留率）は８０％であった。また、本実施例の半導体デバイスのパッド電極形成後の耐圧と２５０℃の熱処理後の耐圧との関係を図１０に示した。図１０のプロット数は、本実施例の半導体デバイスの全数である。また、針跡有りとはパッド電極形成前の耐圧測定を行なったサンプルをいい、針跡無しとはパッド電極形成前の耐圧測定を行なわなかったサンプルをいう。本実施例のバッド電極形成後の半導体デバイスの良品の数に対する２５０℃の熱処理後の半導体デバイスの良品の数の百分率（歩留率）は７０％であった。
【００５２】
（比較例１）
図７を参照して、パッド電極５０の形成の際にＴｉ層５２とＴｉＷ層５６との間にＰｔ層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、半導体デバイス１を作製した。かかる半導体デバイス１のパッド電極形成前の耐圧、パッド電極形成後の耐圧、および２５０℃の熱処理後の耐圧を測定し、半導体デバイスのパッド電極形成前の耐圧とパッド電極形成後の耐圧との関係およびパッド電極形成後の耐圧と２５０℃の熱処理後の耐圧との関係を調べた。本比較例のバッド電極形成前の半導体デバイスの良品の数に対するパッド電極形成後の半導体デバイスの良品の数の百分率（歩留率）は５０％であり、本比較例のバッド電極形成後の半導体デバイス１の良品の数に対する２５０℃の熱処理後の半導体デバイス１の良品の数の百分率（歩留率）は３０％であった。
【００５３】
（実施例２）
半導体デバイスのパッド電極において、熱処理により発生するＡｌ層からのＡｌの拡散のＴｉＷ層による抑制効果を、以下の方法により、直接評価した。
【００５４】
１．パッド電極の形成
厚さ５００μｍのＳｉ基板上に、パッド電極として、ＢＥ蒸着法により、厚さ１０ｎｍのＴｉ層、厚さ１００ｎｍのＰｔ層、厚さ３００ｎｍのＴｉＷ層、および厚さ５００ｎｍのＡｌ層５８をこの順に形成することにより、Ｔｉ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ａｌ電極を形成した。こうして得られたパッド電極を６つに分割した。実施例２のパッド電極は、ショットキー電極（Ｎｉ／Ａｕ電極）上でなくＳｉ基板上に形成した点、Ａｌ層の厚さを２０００ｎｍではなく５００ｎｍとした点で、実施例１の半導体デバイスのパッド電極と異なっていたが、パッド電極は、Ｔｉ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ａｌの層構造およびＡｌ層以外の各層の厚さが同一であったため、パッド電極内におけるＡｌの拡散の抑制効果については、実施例２の結果は実施例１にも適用できると考えられた。
【００５５】
２．パッド電極の熱処理
上記の６分割されたパッド電極のうち、２つは熱処理を行なわず、２つは２５０℃で５分間熱処理を行ない、２つは３５０℃で３０分間熱処理を行なった。
【００５６】
３．ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）による評価
上記で得られた熱処理前、２５０℃の熱処理後および３５０℃の熱処理後の各１つのパッド電極の断面について、ＳＥＭ−ＥＤＸ法により、パッド電極の厚さ方向における各元素濃度の変化を測定した。図１１〜図１３は、それぞれ熱処理前のパッド電極、２５０℃の熱処理後のパッド電極、および３５０℃の熱処理後のパッド電極についての厚さ方向のラインプロファイルにおける各元素濃度の変化を示す。図１１〜図１３を参照して、熱処理前、２５０℃の熱処理後、および３５０℃の熱処理後のパッド電極のいずれにおいても、ＡｌとＷとが共存する層の厚さが、４００ｎｍ以下であった。すなわち、本実施例のパッド電極においては、２５０℃〜３５０℃の熱処理によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により実質的になくなっていた。
【００５７】
４．ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）による評価
上記で得られた熱処理前、２５０℃の熱処理後および３５０℃の熱処理後の残りの各１つのパッド電極について、ＸＰＳ法により、パッド電極の深さ方向（厚さ方向）における各元素濃度の変化を測定した。図１４〜図１６は、それぞれ熱処理前のパッド電極、２５０℃の熱処理後のパッド電極、および３５０℃の熱処理後のパッド電極についての深さプロファイルにおける各元素濃度の変化を示す。図１４〜図１６を参照して、熱処理前、２５０℃の熱処理後、および３５０℃の熱処理後のパッド電極のいずれにおいても、ＡｌとＷとが共存する層の厚さが、４５０ｎｍ以下であった。すなわち、本実施例のパッド電極においては、２５０℃〜３５０℃の熱処理によるＡｌ層５８から第１電極４０へのＡｌの拡散がＴｉＷ層５６により実質的になくなっていた。
【００５８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
１  半導体デバイス
２  半導体モジュール
１０  基板
２０  半導体層
３０  絶縁膜
３０ｗ  開口部
４０  第１電極
５０  パッド電極
５２  Ｔｉ層
５４  Ｐｔ層
５６  ＴｉＷ層
５８  Ａｌ層
６０  第２電極
１００  実装基板
１１２，１１４  リードフレーム
１１２ｗ，１１４ｗ  Ａｌワイヤ
１２０  ベース体
１２０ｄ  導電性接着剤
２００  封止体。
【図１】
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【図２】
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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１０】
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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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