JP2021027113A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性に優れた半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置（Ｍ）は、裏面等に形成されたオーミック電極（１２）を有する半導体（１０）からなる半導体素子（１）と、半導体素子に接合される金属体（２）と、半導体素子のオーミック電極と金属体とを接合する接合部（３）とを備える。半導体は炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなり、オーミック電極は、モリブデンカーバイド、モリブデンシリサイドおよびニッケルシリサイドを含む。モリブデンカーバイドは、オーミック電極中で一様に分布している。このようなオーミック電極は、硬くて薄い金属間化合物層等の耐熱接合層で接合されても、剥離等の接合欠陥を生じることがなく、半導体装置の高温環境下における信頼性等を向上させ得る。【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は半導体装置等に関する。

スイッチング素子として用いられる電力用半導体素子（パワーデバイス）を搭載した半導体装置（パワーモジュール）は、現在、電動機の制御等に不可欠な状況である。このような半導体装置は、大電流を制御するため、半導体素子には大きな発熱が生じ、半導体素子のみならず、その周囲（接合部等）も高温になる。このため半導体装置には、高い耐熱性が要求される。ここでいう耐熱性は、高温環境下でも長期にわたり機能が維持される信頼性と換言できる。

特開２０１７−１９９８０７号公報

半導体装置の耐熱性を確保するため、半導体には禁制帯幅（バンドギャップ）の広い炭化ケイ素（ＳｉＣ）が用いられる。但し、ＳｉＣはショットキー障壁も高いため、接触抵抗を十分に低下させたオーミックコンタクト電極（オーミック電極）の形成が必要となる。

特許文献１では、ＳｉＣ基板の裏面に積層したＭｏ層とＮｉ層へレーザー照射して、オーミック電極を形成している。特許文献１のオーミック電極は、ＳｉＣとの界面近傍に形成されたブロック状のＭｏカーバイドが、Ｎｉシリサイドにより囲まれた構造をしている。ブロック状のＭｏカーバイドの生成により、高抵抗なグラファイトの拡散や析出が抑制される。なお、Ｍｏカーバイドは共有結合性で低抵抗ではないが、ＳｉＣとの界面に生成された金属結合性のＮｉシリサイドにより、オーミック電極の低抵抗化が確保されている。

本発明者がさらに研究したところ、そのようなオーミック電極を有する半導体素子は、金属層（配線）に接合したときに、剥離等の接合不良を生じ得ることが新たにわかった。つまり、特許文献１のようなブロック状のＭｏカーバイドがあるオーミック電極では、接合後の残留応力に耐え得る強度（適宜、「接合強度」または「密着強度」ともいう。）が必ずしも十分でないことがわかった。

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、オーミック電極を起点とした接合欠陥の発生を抑止できる高信頼性の半導体装置を提供することを目的とする。

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、オーミック電極の構造を見直すことにより、オーミック電極付近で剥離等が生じない半導体装置を得ることに成功した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。

《半導体装置》
（１）本発明は、オーミック電極を有する半導体からなる半導体素子と、該半導体素子に接合される金属体と、該オーミック電極と該金属体とを接合する接合部と、を備える半導体装置であって、該半導体は炭化ケイ素からなり、該オーミック電極は、モリブデンカーバイド、モリブデンシリサイドおよびニッケルシリサイドを含み、該モリブデンカーバイドは、該オーミック電極中で一様に分布している半導体装置である。

（２）本発明の半導体装置の場合、オーミック電極が接合不良（剥離や破壊等）の起点とならず、高信頼性が確保される。この理由は定かではないが、モリブデンカーバイド（「Ｍｏカーバイド」ともいう。）がオーミック電極中において、ブロック状ではなく、一様に分布しているためと考えられる。

ちなみに、本発明のオーミック電極には、従来のオーミック電極にはなかったモリブデンシリサイド（「Ｍｏシリサイド」ともいう。）が含まれており、両者の組織は全く異なっている。また、本発明のオーミック電極では、ニッケルシリサイド（「Ｎｉシリサイド」ともいう。）がほぼ均一的に分布しており、接触抵抗も十分に小さい。その接触抵抗は、例えば、１×１０^-３Ωｃｍ^２以下さらには１×１０^-４Ωｃｍ^２以下となり得る。

《その他》
（１）本明細書でいうＭｏカーバイドが「一様」に分布しているか否かは、例えば、元素マップ像から確認される。敢えていうなら、「一様」とは、最大長が１５ｎｍ超さらには１０ｎｍ超となるＭｏカーバイド粒子（ナノサイズの塊）が存在しない状態といえる。元素マップ像は、例えば、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いた電子エネルギー損失分光分析（ＥＥＬＳ）やエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により生成される。

（２）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような範囲を新設し得る。特に断らない限り、本明細書でいう「ｘ〜ｙｎｍ」はｘｎｍ〜ｙｎｍを意味する。他の単位系（μｍ、Ωｃｍ^２等）についても同様である。

半導体素子の製造過程を例示する説明図である。 照射したレーザーのビームプロフィルである。 半導体素子の接合工程を例示する模式断面図である。 試料１に係るＳＬＩＤ接合後の様子を示す写真である。 試料Ｃ１に係るＳＬＩＤ接合後の様子を示す写真である。 試料１と試料Ｃ１に係るＸＲＤプロフィルである。 試料１のオーミック電極に係るＳＴＥＭ像と元素マップ像である。 試料１のオーミック電極に係る拡大したＳＴＥＭ像である。 試料Ｃ１のオーミック電極に係るＳＴＥＭ像と元素マップ像である。 試料Ｃ１のオーミック電極に係る拡大したＳＴＥＭ像である。 試料１に係るオーミック電極のＡＥＳプロフィルである。 試料Ｃ１に係るオーミック電極のＡＥＳプロフィルである。 試料１に係るオーミック電極の３ＤＡＰ像と元素マップ像である。

本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、本発明の半導体装置の他、その製造方法等にも該当し得る。「方法」に関する構成要素は「物」に関する構成要素ともなり得る。

《オーミック電極》
（１）オーミック電極は、Ｍｏカーバイド、ＭｏシリサイドおよびＮｉシリサイドを含む。Ｍｏカーバイドのみならず、ＭｏシリサイドやＮｉシリサイドも、オーミック電極中で一様に分布しているとよい。さらにいうと、それら化合物が長周期的な結晶構造を形成せずに分布しており、非晶質状であるとよい。このことは、Ｘ線回折プロファイル（パターン）に現れるピークが、シャープではなく、ブロード状であることから確認される。

各化合物の割合を規定することは困難であるが、オーミック電極中に含まれるＮｉとＭｏは、同程度か、ＮｉがＭｏよりも多いとよい。Ｎｉに対するＭｏの原子数比（Ｍｏ／Ｎｉ）は、例えば、０．６〜１さらには０．７〜０．９であるとよい。

オーミック電極の厚さは、例えば、３０〜３００ｎｍさらには５０〜１５０ｎｍである。その厚さは、例えば、電子顕微鏡による観察像の最短距離（界面間距離の最小値）とするとよい（他の厚さも同様）。

（２）上述したオーミック電極が得られる限り、その製法は問わない。オーミック電極は、例えば、レーザーアニールにより形成され得る。レーザーアニールは、半導体の一面に積層したＭｏ層とＮｉ層へ、レーザー照射してなされる。レーザー照射によれば、局所加熱が可能である。これにより、半導体の他面（表面）に、イオン注入や酸化膜形成等によって既に製作されている素子部（デバイス構造）の損傷が回避される。

Ｍｏ層やＮｉ層は、スパッタリング等の蒸着により形成される。各層の厚さは、例えば、２０〜２００ｎｍさらには４０〜１６０ｎｍである。Ｍｏ層とＮｉ層は同じ厚さでもよいが、Ｍｏ層をＮｉ層よりも１０〜３０ｎｍ程度薄くしてもよい。

次に、レーザー（光源）には、固体レーザー（半導体レーザ励起固体レーザー、ランプ励起固体レーザー等）、エキシマレーザー等を用いることができる。固体レーザーにはＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー等がある。エキシマ（励起二量体）には、Ｆ_２（波長１５７ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ）等がある。

レーザーには、例えば、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下さらには７０ｎｓｅｃ以下であるパルスレーザーを用いるとよい。レーザー発振装置の出力や発振周波数等が一定なら、パルス幅を短くすることにより、高エネルギー密度の高いレーザーを照射できる。パルス幅の短いレーザーを照射することにより、熱拡散が抑制され、照射面外への熱的影響が抑制される。

レーザー照射は、例えば、１パルスあたりの有効照射エリアを２５００μｍ^２以上さらには３０００μｍ^２以上とし、有効照射エリアのエネルギー密度（出力密度）を２．３〜３Ｊ／ｃｍ^２さらには２．４〜２．７Ｊ／ｃｍ^２とするとよい。有効照射エリアやエネルギー密度が過小では、Ｍｏシリサイドの生成やＭｏカーバイドの一様分布が生じ難くなる。有効照射エリアやエネルギー密度は大きくてもよいが、装置上の制約がある。

パルスレーザーの照射域を重畳させる割合（パルスラップ率）は、その発振周波数、走査速度、照射域の大きさ（またはパルスレーザーの焦点位置）等により調整される。パルスレーザーの特性にも依るが、パルスラップ率は、例えば２０〜９５％さらには３３〜７５％とするとよい。

パルスラップ率は、（ｐ／ｐ０）×１００（％）（ｐ０：ビーム径、ｐ：隣接するパルス光の重なり径）により算出される。ここでビーム径（ｐ０）は、レーザー軸に対する直交面上で測定される、ビーム強度がピーク強度値の半値幅レベルとなるときの幅（直径）である。また隣接するパルス光の重なり径（ｐ）は、ｐ０−ｃ（ｃ：隣接するビーム間の中心間距離）である。

パルスレーザーの発振周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚとするとよい。発振周波数が過小では走査速度の低下を招く。発振周波数が過大ではレーザーエネルギー密度が低下し得る。

レーザーの焦点位置により照射範囲が変化する。その焦点位置は、金属層の最表面からずれたところにあってもよいが、最表面近傍にあるほど、安定したエネルギー密度で各領域をアニールできる。レーザー照射は、金属層（Ｍｏ層またはＮｉ層）の表面上で不要な化合物が生成することを回避するため、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気でなされるとよい。

《接合部》
接合部は、半導体素子のオーミック電極と導電材からなる金属体とを接合する接合層を有する。接合層は、Ｓｎ系はんだ層（Ｓｎ―Ａｇ―Ｃｕ系はんだ層、Ｓｎ―Ｃｕ系はんだ層等）でもよいが、よりも高融点な耐熱接合層であると、半導体装置の耐熱性の向上が図れて好ましい。耐熱接合層は、例えば、融点が３００℃以上さらには４００℃以上の高融点材からなるとよい。このような耐熱接合層として、例えば、金属間化合物層、金属焼結層等がある。なお、耐熱接合層は、高温はんだ層（Ｚｎ−Ａｌ系はんだ層、Ｂｉ系はんだ層）でもよい。

金属間化合物層は、例えば、低融点金属と高融点金属の固液相互拡散反応（ＳＬＩＤ：Solid Liquid InterDiffusion）により形成される。ＳＬＩＤ接合によれば、接合時の加熱温度よりも高融点な金属間化合物（ＩＭＣ：intermetallic compound）からなる耐熱接合層が得られる。低融点金属／高融点金属の組み合わせとして、Ｓｎ／Ｎｉ、Ｓｎ／Ｃｕ、Ｓｎ／Ａｇ、Ｓｎ／Ｐｔ、Ｓｎ／Ａｕ等がある。例えば、Ｓｎ層とＮｉ層を接触させて約３５０℃で５分間程度加熱すると、Ｓｎが溶融してＮｉ―Ｓｎ（ＩＭＣ）からなる金属間化合物層（耐熱接合層）が得られる。ちなみに、Ｓｎの融点は約２３０℃、Ｎｉの融点は約１４５０℃、Ｎｉ_３Ｓｎ_４の融点は約７９５℃である。

金属焼結層は、例えば、被接合面間に塗布した金属ナノ粒子（Ａｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子等）のペースを加熱することにより形成され得る。金属焼結層も、金属間化合物層と同様に、接合時の加熱温度よりも高融点であり、耐熱性に優れる。

耐熱接合層は、通常、非常に薄く（例えば、厚さが１〜１０μｍ程度）、硬質で低延性である。このため耐熱接合層は、軟質で厚いＳｎ系はんだ層よりも、接合部における応力緩和性が低い。このような耐熱接合層を用いるときでも、上述したオーミック電極があると、接合部ひいては半導体装置の信頼性が確保され得る。

なお、密着性を確保するために設けられる極薄い金属層（Ｔｉ層等）は別にして、接合部は実質的に接合層のみでもよい。但し、高延性（低ヤング率）な金属（Ａｌ、Ｃｕ等）からなる応力緩和層が介在してもよい。

《金属体》
金属体は、半導体素子のオーミック電極と接合され、Ｃｕ（合金）、Ａｌ（合金）等の導電材からなる。金属体は、層状、箔状、シート状、ブロック状等のいずれでもよい。金属体は、例えば、配線層、実装用電極、熱伝導部材（ヒートシンク、ヒートスプレッタ等）等である。

《半導体素子》
半導体素子は、ＳｉＣからなるトランジスタやダイオードであり、特に、大電流の制御を行うパワーデバイスである。パワートランジスタとして、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等がある。パワーダイオードとして、例えば、ＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）、ＦＲＤ（ファストリカバリーダイオード）等がある。

オーミック電極は、例えば、素子部（デバイス構造）の反対面側に形成されて、裏面電極となる。裏面電極は、例えば、パワーダイオードならカソード電極、パワートランジスタならゲート電極と反対面側にあるドレイン電極やコレクタ電極等である。

《半導体素子》
（１）パワーＭＯＳＦＥＴやパワーダイオード等の半導体素子の製造工程の一例を図１Ａに示した。先ず、不純物がドーピングされたｎ型ＳｉＣウエハ（単に「ＳｉＣ基板」という。）を用意する。研磨されたＳｉＣ基板の片面（表面）に、イオン注入等により素子部（デバイス構造）を形成する（デバイス形成工程）。その反対面（裏面）側を所望の厚さに研削・研磨する（基板薄板化工程）。

研磨された裏面に、ＭｏおよびＮｉを順にスパッタリングにより蒸着させる（金属層形成工程）。なお、スパッタリングは真空雰囲気中でなされる（他のスパッタリングも同様）。ＳｉＣ基板の裏面に積層されたＭｏ層とＮｉ層へ、パルスレーザーを照射して、レーザーアニールを行う（アニール工程）。これによりＳｉＣ基板の裏面にオーミック電極（層）が形成される。金属層形成工程とアニール工程を併せて裏面電極形成工程という。その後、素子部およびオーミック電極が形成されたＳｉＣ基板を、ブレードダイシング等（図略）により分割すると、チップ（半導体素子）が得られる。

（２）本実施例では、上述した製造工程を踏まえて、パワーダイオードを想定した評価用チップ１を製作した（図１Ｃ参照）。評価用チップ１は、図１Ｃに示すように、研磨されたＳｉＣ基板１０（□４ｍｍ×ｔ０．２８ｍｍ）の一面（裏面）に、オーミック電極１２（裏面電極）と、オーミック電極１２にスパッタリングにより蒸着したＴｉ層１３１（厚さ０．１μｍ）と、Ｎｉ層１３２（厚さ３μｍ）とが順に形成されてなる。

オーミック電極１２は、積層したＭｏ層（厚さ７０ｎｍ）とＮｉ層（厚さ１００ｎｍ）へ、レーザー照射（レーザーアニール）して形成した。レーザー照射は図１Ｂに示す２種類のビームプロフィルにより行った（試料１、試料Ｃ１）。

先ず、ビームプロフィルがトップハット形状（平坦域がある形状）であるパルスレーザーを照射した。このとき、レーザーの種類：ＹＶＯ_４、パルス幅：＜６０ｎｓｅｃ、発振周波数：２０ｋＨｚ、１パルスあたりの有効照射エリア：７８００μｍ^２、その有効照射エリアのエネルギー密度：２．０〜３．０Ｊ／ｃｍ^２とした。こうして得られた評価用チップ１を試料１という。なお、有効照射エリアはビームプロフィルを用いて形状を測定して求めた。

次に、従来（特開２０１７−１９９８０７号公報参照）と同様に、ビームプロフィルがガウシアン形状（尖塔状な形状）であるパルスレーザーを照射して、レーザーアニールを行った。このときのレーザー照射条件は、レーザーの種類：ＹＶＯ_４、パルス幅：＜６０ｎｓｅｃ、発振周波数：２０ｋＨｚ、有効照射エリア：３１４００μｍ^２、エネルギー密度：１．０〜２．０Ｊ／ｃｍ^２とした。こうして得られた評価用チップ１を試料Ｃ１という。

《半導体装置》
（１）接合
図１Ｃに示すように、評価用チップ１と金属板２（金属体／配線体）を接合した。金属板２は、スパッタリングによりＮｉ層２３２（厚さ３μｍ）とＳｎ層２３１（厚さ５μｍ）が順に蒸着されたＣｕ板２０（□２０ｍｍ×ｔ３ｍｍ）からなる。

評価用チップ１と金属板２を、０．５ＭＰａを印加して重ね合わせ、そのまま水素還元雰囲気の加熱炉中で、３５０℃×１５分間加熱した。この加熱後、常温まで炉冷して、評価用チップ１と金属板２がＳＬＩＤ接合されたモジュールＭ（接合体／半導体装置）を得た。

評価用チップ１と金属板２の間にある接合部３は、金属間化合物層３０と、その両側にあるＮｉ層３１３１、３２３１からなる。金属間化合物層３０は、厚さ約４μｍのＮｉ_３Ｓｎ_４からなる一様な接合層であった。Ｎｉ層３１３１、３２３１は、それぞれ、ＳＬＩＤ反応後のＮｉ層１３１、２３１の残存層である。

（２）評価
試料１と試料Ｃ１について、それぞれ８個づつモジュールＭを製作した。各モジュールＭを、超音波顕微鏡像で観察した様子（観察像）を、図２Ａ、図２Ｂ（両図を併せて単に「図２」という。）に示した。観察像の白色部分は、接合部３に剥離等の接合欠陥の存在を示す。図２から明らかなように、試料１に係るモジュールＭには、いずれも接合欠陥が観られなかった。一方、試料Ｃ１に係るモジュールＭには、半数（４個／８個）に大きな接合欠陥が観られた。

《分析》
図２に示したように、オーミック電極の相違（レーザーアニール条件の相違）が、接合欠陥の発生（単に「接合性」ともいう。）に大きく影響する要因を明らかにするため、試料１と試料Ｃ１の各オーミック電極について、以下に示す種々の分析（測定・観察）を行った。

（１）ＸＲＤ
各試料のオーミック電極を、Ｘ線回折装置（株式会社リガク社製／使用Ｘ線：Ｃｕ―Ｋα線）で分析して得られたＸＲＤプロフィルを図３にまとめて示した。

試料１では、ＭｏＣ（Ｍｏカーバイドの一例）、Ｎｉ_２Ｓｉ（Ｎｉシリサイドの一例）に加えて、ＭｏＳｉ_２（Ｍｏシリサイドの一例）を示すピークだけが観察され、いずれのピークもブロード的であった。一方、試料Ｃ１では、Ｍｏシリサイド（例えばＭｏＳｉ_２）を示すピークが観察されず、Ｎｉ単体やＭｏ単体を示すピークが観察された。また、ＭｏＣを示すシャープなピークも観察された。

これらのＸＲＤプロフィルから、試料１に係るオーミック電極と従来の試料Ｃ１に係るオーミック電極は、組織構造や生成物が大きく異なることが明らかとなった。

（２）ＳＴＥＭ−ＥＤＸ
各試料のオーミック電極付近の断面を、走査型透過電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ社製TEAM EDS System）と、それに付属しているエネルギー分散型Ｘ線分析装置とで、観察および分析した。試料１に係るＳＴＥＭ像（明視野像）と元素マップ像を図４Ａに、拡大したＳＴＥＭ像を図４Ｂにそれぞれ示した。また、試料Ｃ１に係るＳＴＥＭ像（明視野像）と元素マップ像を図５Ａに、拡大したＳＴＥＭ像を図５Ｂにそれぞれ示した。

図４Ａと図４Ｂ（両図を併せて単に「図４」という。）から明らかなように、試料１に係るオーミック電極では、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣおよびＳｉが一様に分布しており、ブロック状の化合物等は観られなかった。ＳｉＣの接合界面近傍に観察されたＭｏＣ層は、均一的で、厚さが５ｎｍ未満で非常に薄かった。

一方、図５Ａと図５Ｂ（両図を併せて単に「図５」という。）から明らかなように、試料Ｃ１に係るオーミック電極では、ＳｉＣの接合界面近傍に、一辺が１６〜２４ｎｍ程度であるブロック状のＭｏカーバイドが観察された。

（３）ＡＥＳ
試料１と試料Ｃ１に係るオーミック電極を、その表面側からオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）した結果を、それぞれ図６Ａと図６Ｂ（両図を併せて単に「図６」という。）に示した。

図６Ａからわかるように、試料１に係るオーミック電極は、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣおよびＳｉが一様に分布した構造をしていることが明らかとなった。この傾向は、ＳｉＣの接合界面近傍でも同様であった。

一方、図６Ｂからわかるように、試料Ｃ１に係るオーミック電極は、ＳｉＣの接合界面近傍において、ＭｏおよびＣが急増しており、ＭｏＣが多く存在していることが確認された。この結果は、図５に示したように、ＭｏＣがブロック状に存在していることとも整合する。

（４）３ＤＡＰ
アトムプローブ電界イオン顕微鏡（ＡＭＥＴＥＫ社製 ＬＥＡＰ４０００ＸＳｉ）を用いて、試料１に係るオーミック電極を分析した３ＤＡＰ像と元素マップ像を図７に示した。なお、元素マップ像は、ＳｉＣの接合界面から厚さ５ｎｍの領域を対象としている。

図７からも明らかなように、試料１に係るオーミック電極は、ＳｉＣの接合界面付近でも、Ｍｏ、Ｎｉ、ＣおよびＳｉが一様に分布してなることがわかった。ＭｏカーバイドのＸ―Ｙ平面上（Ｚ方向は厚さ方向）におけるサイズを敢えていうと、大きく見積もっても、縦方向で５ｎｍ以下、横方向で１５ｎｍ以下であるといえる。従って、試料１に係るオーミック電極中におけるＭｏカーバイドは、高々１５ｎｍ以下（未満）に過ぎないことが明らかとなった。ちなみに、試料Ｃ１に係るオーミック電極の場合、Ｍｏカーバイドのサイズは、縦方向で約２５ｎｍ程度、横方向で１６〜３０ｎｍであった。

《考察》
以上を踏まえて、図２に示したように、オーミック電極の相違により、接合性が異なった理由は次のように考察される。

ＳＬＩＤ接合は比較的高温でなされるため、半導体素子と金属体の接合部には、それらの熱膨張係数差に応じて、大きな残留応力が作用し得る。また、ＳＬＩＤ接合で生成した金属間化合物層は、従来のはんだ層（厚さ１００μｍ程度）と異なり、非常に硬くて薄く、応力緩和性が乏しい。このため、接合により生じた残留応力は、オーミック電極に直接的に作用し得る。

このような状況下において、試料１に係るオーミック電極は、Ｍｏカーバイド等が一様に分布しており、破壊の起点となる部分が殆どなく、高（密着）強度であったために接合欠陥を生じなかったと考えられる。一方、試料Ｃ１に係るオーミック電極は、ブロック状のＭｏカーバイドが破壊の起点となり、接合欠陥を生じたと考えられる。

接合欠陥が観られた試料Ｃ１に係るオーミック電極の剥離面（破壊面）を、ＳＥＭ-ＥＤＸで観察したところ、Ｍｏカーバイドが検出された事実とも整合する。

ちなみに、このような事情は、接合層が金属焼結層のときでも同様であるといえる。金属焼結層は、金属ナノ粒子を含むペーストを加圧しつつ高温加熱して形成される。このため金属焼結層も、はんだ層より遙かに硬くて薄い（厚さ３０〜５０μｍ）。その結果、金属焼結層の場合も、金属間化合物層の場合と同様に、接合により生じる残留応力がオーミック電極に集中的に作用し得る。従って、金属焼結層のときでも、オーミック電極の強度が接合性ひいては半導体装置の信頼性に大きく影響するといえる。

なお、試料Ｃ１に係るオーミック電極でも、接合層が厚いはんだ層であれば、接合直後に破壊等しないと考えられる。但し、長期間の使用に伴うストレスの蓄積を考慮すると、接合層がはんだ層でも、試料Ｃ１に係るオーミック電極では、十分な耐久性の確保は難しいと考えられる。そこで、半導体装置の信頼性を長期にわたって確保するため、接合層の種類に限らず、オーミック電極は、Ｍｏカーバイドが一様に分布している状態であると好ましいといえる。

Ｍ モジュール（半導体装置）
１ チップ（半導体素子）
１０ ＳｉＣ基板
１２ オーミック電極
２ 金属板
３ 接合部
３０ 金属間化合物層（接合層）

Claims (3)

1. オーミック電極を有する半導体からなる半導体素子と、
   該半導体素子に接合される金属体と、
   該オーミック電極と該金属体とを接合する接合部と、
   を備える半導体装置であって、
   該半導体は炭化ケイ素からなり、
   該オーミック電極は、モリブデンカーバイド、モリブデンシリサイドおよびニッケルシリサイドを含み、
   該モリブデンカーバイドは、該オーミック電極中で一様に分布している半導体装置。
2. 前記接合部は、融点が３００℃以上である耐熱接合層を有する請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記耐熱接合層は、金属間化合物層または金属焼結層である請求項２に記載の半導体装置。