特開 2022-188702 半導体装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022188702

(43)【公開日】2022-12-21

(54)【発明の名称】半導体装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20221214BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 311Q

H01L21/92 602H

H01L21/92 603B

H01L21/92 603E

H01L21/92 604M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096947

(22)【出願日】2021-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 靖

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 直樹

(72)【発明者】

【氏名】大島 隆文

(72)【発明者】

【氏名】白頭 拓真

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044RR18

5F044RR19

(57)【要約】

【課題】接合信頼性を向上させた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子と導体とがＳｎ系鉛フリーはんだを介して接合されている半導体装置は、前記半導体素子と前記Ｓｎ系鉛フリーはんだとの界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ化合物層と、前記Ｓｎ－Ｖ化合物に隣接した（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層と、がそれぞれ形成されている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと前記Ｎｉ－Ｖ電極とを反応させることで、Ｓｎ－Ｖ層と、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層と、を形成し、前記Ｓｎ－Ｖ層が形成された後、前記Ｎｉ－Ｖ電極において前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと反応していない未反応の層を残存させる。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子と導体とがＳｎ系鉛フリーはんだを介して接合されている半導体装置であって、
前記半導体素子と前記Ｓｎ系鉛フリーはんだとの界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ化合物層と、前記Ｓｎ－Ｖ化合物に隣接した（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、がそれぞれ形成されている
半導体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体装置であって、
前記Ｓｎ－Ｖ化合物層は、前記Ｎｉ－Ｖ電極の一部が前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと反応して形成された層である
半導体装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいは前記Ｎｉ３Ｓｎ４化合物層が、前記Ｓｎ－Ｖ化合物層の全域において前記界面と隣接して配置されている
半導体装置。

【請求項4】

請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいは前記Ｎｉ３Ｓｎ４化合物層の平均厚さが２μｍ以上である
半導体装置。

【請求項5】

請求項２記載の半導体装置であって、
前記Ｎｉ－Ｖ電極のうち前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと反応していない未反応の層の平均厚さが３００ｎｍ以上である
半導体装置。

【請求項6】

Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子と導体とをＳｎ系鉛フリーはんだで接合する半導体装置の製造方法であって、
前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと前記Ｎｉ－Ｖ電極とを反応させることで、前記半導体素子と前記Ｓｎ系鉛フリーはんだとの界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ層と、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、を形成し、
前記Ｓｎ－Ｖ層が形成された後、前記Ｎｉ－Ｖ電極において前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと反応していない未反応の層を残存させる
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、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＲｏＨＳ指令（Restriction of Hazardous Substances Directive）やＥＬＶ指令（End-of Life Vehicles Directive）により、自動車に搭載される電子制御装置は、鉛の使用が規制されている。これに伴い、装置に関連した接合に用いるはんだは、鉛フリー化が進められており、例えば、Ｓｎ（スズ）・Ａｇ（銀）・Ｃｕ（銅）を用いたＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕの組成を主とした鉛フリーはんだが使用されている。

【0003】

電子制御装置の半導体素子の電極には、はんだとの接合を担うＮｉ（ニッケル）電極が用いられているが、スパッタリングにより形成されることが多い。これについて、近年では、高速で高効率に膜を成膜できるマグネトロンスパッタリングが主流になりつつある。このマグネトロンスパッタリングによりＮｉ電極が形成される場合、純Ｎｉでは磁性が強く制御が難しいため、Ｖ（バナジウム）を加えたＮｉ－Ｖが電極膜を生成するものとして用いられる。これに伴い、インバータにおいて、Ｎｉ－Ｖ電極に対して高信頼である鉛フリーはんだによる接合が求められている。

【0004】

本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、Ｎｉ－Ｖ電極上にＣｕ膜を形成し、Ｓｎ系鉛フリーはんだで接合し、その際に、ＣｕをＳｎと完全に反応させて、Ｎｉ－Ｖ電極上に（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５化合物を析出させることで、Ｎｉ－Ｖ電極とＳｎ系鉛フリーはんだとの反応を抑制し、使用環境下における温度変化に対して接合界面の経時変化を少なくさせている技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６５６２７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の方法では、Ｓｎ－Ｖ化合物層が形成されないために、接合部界面の強度が低くなるため、半導体装置の信頼性を損なう恐れがあり、また、こうした接合部において大きなせん断応力が生じた場合に、接合部界面近傍にクリープボイドが生成され、さらに装置の信頼性を損なう恐れがある。これを鑑みて本発明は、接合信頼性を向上させた半導体装置および半導体装置の製造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】

【0007】

本発明の半導体装置は、Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子と導体とがＳｎ系鉛フリーはんだを介して接合されている半導体装置であって、前記半導体素子と前記Ｓｎ系鉛フリーはんだとの界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ化合物層と、前記Ｓｎ－Ｖ化合物に隣接した（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、がそれぞれ形成されている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子と導体とをＳｎ系鉛フリーはんだで接合する半導体装置の製造方法であって、前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと前記Ｎｉ－Ｖ電極とを反応させることで、前記半導体素子と前記Ｓｎ系鉛フリーはんだとの界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ層と、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、を形成し、前記Ｓｎ－Ｖ層が形成された後、前記Ｎｉ－Ｖ電極において前記Ｓｎ系鉛フリーはんだと反応していない未反応の層を残存させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、接合信頼性を向上させた半導体装置および半導体装置の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】半導体素子とＳｎ系鉛フリーはんだとの反応部界面における金属間化合物の遊離の模式図である。

【図2】半導体素子とＳｎ系鉛フリーはんだとの反応部界面におけるクリープボイドの模式図である。

【図3】従来技術での析出型の金属間化合物層の形成機構の模式図である。

【図4】Ｎｉ電極とＳｎ系鉛フリーはんだ間の反応による金属間化合物の形成機構の模式図である。

【図5】Ｎｉ－Ｖ電極とＳｎ系鉛フリーはんだとの間の反応推移の模式図である。

【図6】反応部界面の（Ｎｉ，Ｃｕ）－Ｓｎ化合物とクリープボイド率の関係を表す図である。

【図7】１５０℃保持による保持時間とＮｉ－Ｖ電極の消失する厚さの関係を表す図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る、半導体装置の模式図である。

【図9】図８の変形例である。

【図10】本発明の一実施形態に係る、条件別の実施例の表である。

【図11】本発明の一実施形態に係る、条件別の比較例の表である。

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

【0011】

図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

【0012】

（従来技術との比較、本発明の一実施形態）
図１は、Ｎｉ電極を有する半導体素子とＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ（Ｓｎ系鉛フリーはんだ）との反応部における金属間化合物の遊離の模式図である。また、図２は、半導体素子とＳｎ系鉛フリーはんだとの接合部におけるクリープボイドの模式図である。

【0013】

半導体素子１とＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ５とが良好に反応させるためには、はんだ５と半導体素子１にスパッタリングされているＮｉ系電極とを反応させる必要がある。ところが、半導体素子１とＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ５とが反応した際に、このはんだ５とＮｉ系電極との反応が進み過ぎてしまうと、図１に示すように、半導体素子１に形成されていたＮｉ系電極とはんだ５とが反応して生成された（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物４が、反応部界面（Ａｌ系電極２とＴｉ系電極３の層）から剥離する。

【0014】

このような界面構造は、Ｎｉ－Ｖ電極チップ採用時の１５０℃の使用環境下において半導体装置を使用する際に、界面部分が剥離するリスクが高まり、装置の接合状態を維持することが困難になり、信頼性を損なう恐れがある。

【0015】

図２に示すように、Ｎｉ－Ｖ電極７を用いての接合を行う場合、Ｎｉ系電極６を用いての接合を行う場合に比べてＳｎ系鉛フリーはんだ９との反応が速いため、より接合剥離のリスクが高まることが懸念される。また、１５０℃の使用環境下においては、Ｎｉ系電極６は半導体素子１の接合部に大きなせん断応力がかかる場合に、接合部界面の化合物４の近傍にクリープボイド２１が発生し、１５０℃以上の使用環境下においてボイド２１は生成が進みやすくなることで、装置の信頼性を損なう恐れがある。

【0016】

なお、はんだ５と金属間化合物４との界面近傍にできるボイド２１は、金属間化合物４の厚さが薄い場合、そこに加わるせん断応力が大きいことで生成されやすい傾向がある。つまり、こうしたボイド２１の発生、装置の接合剥離は、金属間化合物４の形状に依存して決まることがわかる。

【0017】

図３は、従来技術での析出型の金属間化合物層の形成機構の模式図である。

【0018】

従来では、Ｎｉ－Ｖ電極７に隣接してＣｕ膜８が形成されており（図３（ａ））、Ｃｕ膜８とＳｎ系鉛フリーはんだ９が反応すると、Ｃｕ６Ｓｎ５系化合物１０が形成される（図３（ｂ））。その化合物１０がＮｉ－Ｖ電極７上に析出することで、反応部界面に金属間化合物１０の層が形成される（図３（ｃ））。図３の金属化合物層１０は、後述の図４の金属化合物層１１に比べて、装置の接合強度が低くなるため、信頼性を損なう恐れがある。

【0019】

図４は、Ｎｉ－Ｖ電極とＳｎ系鉛フリーはんだ間の反応による金属間化合物の形成機構の模式図である。なお、図４は、Ｃｕを含有していないＳｎ系鉛フリーはんだで説明している。

【0020】

図４に示すように、Ｎｉ－Ｖ電極７とＳｎ系鉛フリーはんだ９との反応により、反応層であるＮｉ３Ｓｎ４系化合物１１の層（図４（ｂ））およびＳｎ－Ｖ化合物１２の層（図４（ｃ））が形成される。図４が図３と異なる点は、Ｎｉ３Ｓｎ４系化合物１１およびＳｎ－Ｖ化合物層１２を形成しながら成長させた金属間化合物層である点である。この形成方法を本発明に採用している。

【0021】

図５は、Ｎｉ－Ｖ電極とＳｎ系鉛フリーはんだとの間の反応推移の模式図である。

【0022】

図５の（ａ）～（ｄ）の反応推移に示すように、電極２，３を間にしてＮｉ－Ｖ電極７を有する半導体素子１とＳｎ系鉛フリーはんだ９とを反応させて、反応部界面にＳｎ－Ｖ化合物層１２を形成させ、Ｓｎ－Ｖ化合物１２に隣接して（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層が形成されることにより、良好な装置の接合強度が得られる。これにより、１５０℃の使用環境下においての装置の信頼性を確保できる。なお、Ｓｎ系鉛フリーはんだは、Ｃｕを含有していないＳｎ系鉛フリーはんだであれば、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層は、Ｎｉ３Ｓｎ４系化合物の層となる。

【0023】

ただし、図５の（ｅ）に示すように、半導体素子１とＳｎ系鉛フリーはんだ９との反応が進み過ぎると、反応部界面のＳｎ－Ｖ化合物１２から、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層が剥がれてしまい、１５０℃での使用環境下において、Ｓｎ－Ｖ化合物１２とＳｎ系鉛フリーはんだ９との界面で剥離が生じたり、熱衝撃によるクラックが界面を直進したりする可能性がある。この状態では、装置としての寿命が短くなり、装置の信頼性が損なわれる。そのため、図５（ｄ）の段階を維持しておくことが本発明の特徴になる。

【0024】

つまり、図５の（ｃ）のように、Ｓｎ系鉛フリーはんだ９と未反応のＮｉ－Ｖ層７を残存させることで、隣接するＴｉ層３との接合を維持しやすくなり、１５０℃の使用環境下において、より接合信頼性の高い装置が得られる。

【0025】

なお、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層は、Ｓｎ－Ｖ化合物１２の層の全域に隣接することで、一部に隣接するよりも高い信頼性を得ることができる。

【0026】

図６は、反応部界面の（Ｎｉ，Ｃｕ）－Ｓｎ化合物とクリープボイド率の関係を表す図である。

【0027】

反応部界面近傍に生じるボイド２１は、反応部界面に形成された（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層の厚さに依存する。図６では、５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍの面積にＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ５を用いて、ＮｉめっきＣｕ板に接合したサンプルに、６００ｇのウェイトを付けて１５０℃でクリープ試験を実施した結果を示す。

【0028】

試験結果の図６で示すように、接合部界面に形成したＮｉ３Ｓｎ４化合物層の平均厚さが２μｍより薄い場合は多数のボイド２１が生成されたが、平均厚さが２μｍ以上ではボイド２１が抑制されることがわかった。このことから、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層の厚さを２μｍ以上にすることで、１５０度の使用環境下での装置の信頼性確保ができる。

【0029】

図７は、１５０℃の使用環境下における接合部の保持時間とＮｉ－Ｖ電極の消失する厚さの関係を表す図である。

【0030】

図７のグラフは、Ｎｉ－Ｖ電極を有する半導体素子をＮｉめっきしたＣｕリードに、Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだを用いたサンプルについて、１５０℃高温保持試験を１０００ｈ（時間）まで実施したときにＮｉ－Ｖ電極が消失する厚さを示している。なお、グラフの横軸は時間の０．５乗としており、１０００ｈという基準は自動車の１０年保証分に相当する。

【0031】

試験結果では、１５０℃の使用環境下で１０００ｈ保持した時に、Ｎｉ－Ｖ電極は３００ｎｍ消失している。つまり、より高い信頼性を得るためには、反応させた時点で最低でも未反応のＮｉ－Ｖ電極を３００ｎｍ残存させる構造が望ましいと考えられる。３００ｎｍの未反応のＮｉ－Ｖ電極を残すためには、反応前に７００ｎｍ以上の厚さを持ったＮｉ－Ｖ電極を有する半導体素子を用いることが望ましい。

【0032】

図８は、本発明の一実施形態に係る、半導体装置の模式図である。また、図９は、図８の変形例である。図１０の表は本発明の一実施形態に係る条件別の実施例の表、図１１の表は本発明の一実施形態に係る条件別の比較例の表である。

【0033】

本発明を適用した図１０の表の実施例１－４について、図８を用いて説明する。なお、図１０の表の実施例１－４は、Ｓｎ系鉛フリーはんだ９の組成をそれぞれ変えて、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層の界面から遊離なし・Ｓｎ－Ｖ化合物層あり・未反応のＮｉ－Ｖ層なしの条件で、本発明に適用したものである。Ｓｎ系鉛フリーはんだ９にＣｕを含有しない場合は、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物はＮｉ３Ｓｎ４系化合物になる。

【0034】

粗化Ｎｉめっきを有するＣｕ製のコレクタ側リードフレーム３１，３２のはんだ搭載位置に、Ｓｎ系鉛フリーはんだ９を供給する（拡大図Ａ）。その上に、厚さ８００nmのＮｉ－Ｖ電極７を両面に有する半導体素子１を搭載し、半導体素子１とリードフレーム３１，３２を接合する。さらに、接合した半導体素子１の上面の電極上にＳｎ系鉛フリーはんだ９を供給する。

【0035】

このようにすると、半導体素子１の接合部において、未反応のＮｉ－Ｖ層７を３００ｎｍ以上の平均厚さで残存させつつ、反応により形成したＳｎ－Ｖ層１２に隣接した平均厚さ２μm以上の（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層を有する構造になる。その後、トランスファーモールドによりレジン封止３３を行い、半導体装置を作製した。

【0036】

このように作製した半導体装置について、１５０℃高温保持試験１０００ｈ、Ｔｊｍａｘ１５０℃、ΔＴｊ１００℃の条件でパワーサイクル試験５００００サイクルを実施した（図１０）。その際に、試験後の装置の接合面積の低下が１０％以内の場合は○、装置の接合面積が１０％より劣化した場合は×と判定した。この接合の劣化は、超音波像の観察および断面観察により確認を行った。

【0037】

その結果、実施例１－４の全てにおいて、信頼性試験後に反応部に剥離等の劣化やクリープボイド等の生成は確認されず、十分な接合信頼性を有することを確認できた。

【0038】

次に、本発明を適用した図１０の表の実施例５－８について、図９を用いて説明する。なお、図１０の表の実施例５－８は、実施例１―４と同様にＳｎ系鉛フリーはんだ９の組成をそれぞれ変えて、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層の界面から遊離なし・Ｓｎ－Ｖ化合物層あり・未反応のＮｉ－Ｖ層なしの条件で、本発明に適用したものである。Ｓｎ系鉛フリーはんだ９にＣｕを含有しない場合は、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物はＮｉ３Ｓｎ４系化合物になる。

【0039】

放熱ベース４５の上にＳｎ系鉛フリーはんだ４４のシートを置き、その上にセラミックス基板４３を積層させ、その基板４３の上にＳｎ系鉛フリーはんだ９のシートを置き、そこに半導体素子１を設置して加熱することで、接合を行う。接合後にアルミワイヤ４２および端子４１を接合し、その後ケース４７を取り付けて、ゲル４６で封止を行い、半導体装置を作製した。

【0040】

このようにして作製された半導体装置について、１５０℃高温保持試験１０００ｈ、Ｔｊｍａｘ１５０℃、ΔＴｊ１００℃の条件でパワーサイクル試験５００００サイクルを実施した。その際に、試験後の装置の接合面積の低下が１０％以内の場合を○、装置の接合面積が１０％より劣化した場合は×と判定した（図１０）。なお、この接合の劣化は、超音波像の観察および断面観察により確認を行った。

【0041】

その結果、実施例５－８の全てにおいて、信頼性試験後に反応部に剥離等の劣化は確認されなかった。クリープボイドについては僅かに確認されたものの、十分な装置の接合信頼性を有することが確認できた。

【0042】

次に、図１１の表の比較例１－２では、Ｓｎ系鉛フリーはんだ９の組成をＳｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕに統一させ、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層の界面から遊離あり・Ｓｎ－Ｖ化合物層あり・未反応のＮｉ－Ｖ層なしの条件と、その逆の条件とで、半導体装置を作製し信頼性試験を行った。図１１の比較例１は、高温保持試験およびパワーサイクル試験ともに装置の接合部に剥離が生じてしまい×となった。図１１の比較例２は、高温保持試験は○となったが、パワーサイクル試験では反応部界面に剥離が生じて×となった。これにより、図８の実施形態では、Ｓｎ－Ｖ化合物１２と未反応のＮｉ－Ｖ層７の両方が残存していないと信頼性を損なうことがわかった。

【0043】

図１１の表の比較例３－４は、図１０の実施例５－８と同じ方法で半導体装置を作製し信頼性試験を行った。図１１の比較例３は、高温保持試験およびパワーサイクル試験ともに装置の接合部に剥離が生じてしまい×となった。図１１の比較例４は、高温保持試験は○となったが、パワーサイクル試験では反応部界面に剥離が生じて×となった。これにより、図９の実施形態では、Ｓｎ－Ｖ化合物１２と未反応のＮｉ－Ｖ層７の両方が残存していないと信頼性を損なうことがわかった。

【0044】

以上、図１０、図１１の実験結果では、半導体素子と導体とがＳｎ系鉛フリーはんだによって接合されている状態では、Ｓｎ－Ｖ化合物１２と未反応のＮｉ－Ｖ層７の両方が残存していることで、１５０℃の高温使用環境下での接合保持およびパワーサイクルのどちらにおいても、装置の信頼性を確保できることが分かった。

【0045】

なお、本発明は、Ｓｎ系鉛フリーはんだにＣｕを含有しているものを使用することで、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物１３の層を形成している例を説明したが、Ｓｎ系鉛フリーはんだにＣｕを含有していないものを使用した場合は、Ｎｉ３Ｓｎ４系化合物の層が形成され、同様の効果を奏することができる。

【0046】

以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

【0047】

（１）Ｎｉ－Ｖ電極７を有する半導体素子１と導体３１，３２とがＳｎ系鉛フリーはんだ９を介して接合されている半導体装置であって、半導体素子１とＳｎ系鉛フリーはんだ９との界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ化合物層１３と、Ｓｎ－Ｖ化合物１３に隣接した（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層４あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、がそれぞれ形成されている。このようにしたことで、接合信頼性を向上させた半導体装置を提供できる。

【0048】

（２）半導体装置は、Ｓｎ－Ｖ化合物層１３は、Ｎｉ－Ｖ電極７の一部がＳｎ系鉛フリーはんだ９と反応して形成された層である。よって、装置の接合信頼性を向上させられる。

【0049】

（３）半導体装置は、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層４あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層が、Ｓｎ－Ｖ化合物層１３の全域において界面と隣接して配置されている。このようにしたことで、装置の接合強度を向上させることができる。

【0050】

（４）半導体装置の（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層４あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層の平均厚さが２μｍ以上である。このようにしたことで、接合信頼性を向上させた半導体装置を提供できる。

【0051】

（５）半導体装置のＮｉ－Ｖ電極７のうちＳｎ系鉛フリーはんだ９と反応していない未反応の層の平均厚さが３００ｎｍ以上である。このようにしたことで、自動車の１０年保証分に相当した接合信頼性を向上させた半導体装置を提供できる。

【0052】

（６）半導体装置は、Ｎｉ－Ｖ電極７を有する半導体素子１と導体３１，３２とをＳｎ系鉛フリーはんだ９とで接合する場合において、Ｓｎ系鉛フリーはんだ９とＮｉ－Ｖ電極７とを反応させることで半導体素子１とＳｎ系鉛フリーはんだ９との界面に隣接して、Ｓｎ－Ｖ層１２と、（Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物層４あるいはＮｉ３Ｓｎ４化合物層と、を形成し、Ｓｎ－Ｖ層１２が形成された後、Ｎｉ－Ｖ電極７においてＳｎ系鉛フリーはんだ９と反応していない未反応の層を残存させる。このようにしたことで、本発明の半導体装置を実現できる。

【0053】

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１ 半導体素子
２ Ａｌ系電極
３ Ｔｉ系電極、Ｔｉ層
４ （Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物
５ Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕはんだ
６ Ｎｉ系電極
７ Ｎｉ－Ｖ電極
８ Ｃｕ膜
９ Ｓｎ系鉛フリーはんだ
１０ Ｃｕ６Ｓｎ５系化合物
１１ Ｎｉ３Ｓｎ４系化合物
１２ Ｓｎ－Ｖ化合物
１３ （Ｎｉ，Ｃｕ）３Ｓｎ４化合物
２１ クリープボイド
３１ エミッタ側リード
３２ コレクタ側リード
３３ レジン
４１ 端子
４２ アルミワイヤ
４３ セラミックス基板
４４ Ｓｎ系鉛フリーはんだ
４５ 放熱ベース
４６ ゲル
４７ ケース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】