(57)【要約】【課題】蛍光Ｘ線測定装置で測定可能な大きさの組成測定パターンの組成を、はんだバンプと同じにすることを可能にする。【解決手段】基板１０に形成されたはんだバンプ２０と、前記基板１０に形成されていて前記はんだバンプ１０の組成を測定するための組成測定パターン３０を有し、  前記組成測定パターン３０は、前記はんだバンプ２０と同体積を有し、前記はんだバンプ２０の表面積よりも大きい表面積を有する。【選択図】図１
2010027633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されたはんだバンプと、
前記基板に形成されていて前記はんだバンプの組成を測定するための組成測定パターンを有し、
前記組成測定パターンは、前記はんだバンプと同体積を有し、前記はんだバンプの表面積よりも大きい表面積を有する
半導体装置。
【請求項２】
前記組成測定パターンは前記基板上に形成された銅電極上に形成されている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記組成測定パターンはスズ鉛合金もしくはスズ銀合金で形成されている
請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
基板上に、はんだバンプと、該ハンダバンプの組成を測定するための組成測定パターンを、めっき処理によるはんだめっき膜の成膜および前記はんだめっき膜の熱処理によって同時に形成する工程を有し、
前記めっき処理によって形成される前記組成測定パターンのはんだめっき膜は、前記めっき処理によって形成される前記ハンダバンプのはんだめっき膜と同体積に形成され、
前記熱処理で前記組成測定パターンのはんだめっき膜を前記ハンダバンプのはんだめっき膜の表面積よりも大きい表面積に形成する。
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記組成測定パターンの下地に銅電極を形成する
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記組成測定パターンのはんだめっき膜をスズ鉛合金もしくはスズ銀合金で形成する
請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記はんだバンプと、該ハンダバンプの組成を測定するための組成測定パターンを、めっき処理によるはんだめっき膜の成膜および前記はんだめっき膜の熱処理によって同時に形成する工程は、
前記基板上の前記はんだバンプを形成する領域に第１電極を形成し、前記基板上の前記組成測定パターンを形成する領域に前記第１電極よりも面積の大きい第２電極を形成する工程と、
前記基板上に、前記第１電極上に第１開口部を有し、前記第２電極上に第２開口部を有する保護膜を形成する工程と、
前記第１電極上、前記第２電極上および前記保護膜上にシード金属層を形成する工程と、
前記シード金属層上にマスク膜を形成し、前記第１電極上および前記第２電極上の前記マスク膜に面積の等しい第３開口部を形成する工程と、
前記めっき処理によって前記第３開口部の底部の前記シード金属層上に下地めっき膜を介してはんだめっき膜を形成する工程と、
前記マスク膜を除去する工程と、
前記はんだめっき膜をマスクにして前記シード金属膜を除去する工程と、
前記はんだめっき膜および下地めっき膜を被覆するフラックス層を形成する工程と、
前記熱処理によって前記はんだめっき膜を溶融して、前記第１電極上に組成測定パターンと前記第２電極上にはんだバンプを形成する工程を有する
請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３開口部は、開口面積が前記第１開口部よりも大きく、前記第２開口部よりも小さい
請求項７記載の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、はんだバンプの組成分析が容易な半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（半導体チップ）の接続電極にバンプを形成し、同半導体チップをフェイスダウンでプリント配線基板の外部接続用電極にはんだ接続する、いわゆるフリップチップ接続が知られている。このフリップチップ接続は、半導体チップとプリント配線基板との間の最短距離接続を可能とし、さらに半導体の実装面積を最小にできることから、近年、高密度化、高機能化、高速化の要求が著しい電子部品分野においては重要な接続技術の一つとなっている。
【０００３】
はんだバンプの形成方法には、蒸着法、めっき法、印刷法などがある。これらはフリップチップ工法の種類（異方性導電膜（ＡＣＦ）接続、もしくは、はんだ溶融接続）、バンプ品種（金（Ａｕ）、もしくは、はんだ）、バンプのサイズや接続ピッチ、製造コスト、必要とする信頼性要求レベルなどによって選択される。
【０００４】
最も一般的なバンプ形成方法としては電解めっき法が知られている。
従来の電解めっき法によるバンプの形成方法を、図９〜図１４に示した製造工程断面図によって説明する。バンプには、金（Ａｕ）バンプと、はんだバンプがあるが、はんだバンプについて、以下に説明する。
【０００５】
図９（１）に示すように、半導体装置（半導体チップ）を構成する基板１１０は、例えば、半導体基板にトランジスタ、キャパシタ等の素子（図示せず）が形成され、その上部に多層配線１５０が形成されているものである。上記多層配線１５０は、例えば配線１５１とその配線１５１に接続するプラグ１５２、１５３などによって形成されている。なお、図面では一部のみを示した。
そして、はんだバンプが形成される領域に、最上層のプラグ１５３に接続されるアルミニウム電極１２１（１２１Ａ、１２１Ｂ）を形成する。さらに、基板１１０の表面に、保護膜１４１を形成し、上記各アルミニウム電極１２１上の上記保護膜１４１に開口部１４２、１４３を形成する。
【０００６】
次に、図９（２）に示すように、上記各開口部１４２、１４３内に露出する上記各アルミニウム電極１２１を被覆するように、上記保護膜１４１上に、シード金属層１２２を形成する。このシード金属層は、上記アルミニウム電極１２１との密着性がよい、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）などの金属膜で形成される。この金属膜の形成方法として、例えば、蒸着法、スパッタ法などがある。
【０００７】
次に、図１０（３）に示すように、上記シード金属層１２２上にレジスト膜１４５を形成した後、リソグラフィー技術によってパターニングする。そして、バンプ形成領域である上記各アルミニウム電極１２１上および測定パターン形成領域上のレジスト膜１４５に開口部１４６、１４７、１４８を形成する。このとき、上記アルミニウム電極１２１上の開口部１４６、１４７よりも上記測定パターン形成領域の開口部１４８のほうが開口面積を大きく形成する。
【０００８】
次に、図１０（４）に示すように、上記各開口部１４６、１４７、１４８内に、下地めっき膜１２３を形成する。上記下地めっき膜１２３は、例えば、ニッケル膜で形成される。このニッケル膜は、例えば、ニッケルめっき液中で上記シード金属層１２２に電流を流す、電解ニッケルめっきによって形成される。
【０００９】
次に、図１１（５）に示すように、上記各開口部１４６、１４７、１４８内の上記各下地めっき膜１２３上に、はんだめっき膜１２４を形成する。各はんだめっき膜１２４は、例えば、スズ鉛（ＳｎＰｂ）合金やスズ銀（ＳｎＡｇ）合金などの二元合金めっきで形成する。これらスズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）、またスズ（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）の組成比は蛍光Ｘ線測定により非破壊で測定管理されることが一般的であり、バンプサイズが小さい場合、ダミーパターンを形成し、この部分を蛍光Ｘ線で測定する方法が一般にとられている。
【００１０】
次に、図１１（６）に示すように、上記レジスト膜１４５を除去する。このレジスト除去は、一般のレジスト剥離液を用いる。図面ではレジスタ膜１４５を除去する途中の状態を示した。
【００１１】
その結果、図１２（７）に示すように、はんだバンプを形成する、はんだめっき膜１２４（１２４Ａ、１２４Ｂ）と、組成測定パターンを形成する、はんだめっき膜１２４（１２４Ｃ）が形成される。
【００１２】
次に、図１２（８）に示すように、上記各はんだめっき膜１２４、上記各下地めっき膜１２３等をマスクにして不要なシード金属層１２２を除去する。この除去工程は、例えばウエットエッチングにより行う。この結果、各下地めっき膜１２３の下部にシード金属層１２２が残される。
【００１３】
次に、図１３（９）に示すように、上記各はんだめっき膜１２４を被覆するように、全面にフラックス層１４９を塗布形成する。
【００１４】
次に、図１３（１０）に示すように、熱処理して、上記各はんだめっき膜１２４を溶融させて、はんだめっきの表面張力により表面を曲面にする。上記熱処理には例えばヒータ１６１を用いる。
【００１５】
次に、図１４（１１）に示すように、上記フラックス層１４９（前記図１３（９）参照）を除去する。この除去工程は、通常のフラックス洗浄液を用いる。この結果、溶融後のはんだめっき膜１２４（１２４Ａ、１２４Ｂ）ではんだバンプ１２０（１２０Ａ、１２０Ｂ）を形成し、はんだめっき膜１２４（１２４Ｃ）で上記はんだバンプ１２０よりも占有面積が大きな組成測定パターン１３０が形成される。
【００１６】
上記はんだめっき膜１２４を形成するめっき処理は、スズ鉛（ＳｎＰｂ）、スズ銀（ＳｎＡｇ）などの合金めっきが主流である。このため、リフロー時の融点を決定するパラメータであるＳｎとＰｂ、ＳｎとＡｇの組成比を一定に制御することが、めっきの品質管理上、必要である。
また、工程管理上は、めっきの組成は蛍光Ｘ線装置を使用し、製品バンプやダミーパターンを非破壊で測定することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
現在、汎用的に使用されている蛍光Ｘ線測定装置は、測定可能なスポットサイズが最小であっても直径が５０μｍ程度であるため、例えば直径が３０μｍ程度の微細なはんだバンプは測定できないという問題がある。
このため、実際の工程管理上は、同一基板上に蛍光Ｘ線で測定できる大きなサイズの組成測定パターンを形成して、そのパターンの組成を測定して代用している。
しかし、実際に測定したいのは体積の小さい微細なはんだバンプそのものであり、体積も面積も大きなサイズの組成測定パターンとめっき組成が必ず一致するかは不明である。
【００１７】
例えば、直径が３０μｍのはんだバンプのめっき面積は、蛍光Ｘ線測定を行う直径２００μｍの組成測定パターンの面積の４５分の１程度である。
これだけの面積比があると、めっき処理（例えば電解めっき処理）時に、はんだバンプの形成領域と組成測定パターンの形成領域とでは電流密度に差が生じやすくなる。もし、電流密度に差が生じた場合、はんだバンプと、組成測定パターンとに組成差が生じる。このような組成差が生じている組成測定パターンを蛍光Ｘ線測定で組成比を分析しても、意味を成さなくなる。
また、上記組成測定パターンでは、めっき組成をはんだバンプよりも大面積の組成測定パターンに合わせ込んでいるため、針状結晶が発生することがある。この針状結晶が発生すると、その後のリフロー工程で、針状結晶が妨げとなってリフローが十分に行われないことがある。また、リフロー時の溶融温度も針状結晶の有無によって異なる。
したがって、はんだバンプと組成測定パターンの組成を同一にする必要となる。
【００１８】
また、マイクロバンプ１個を採取し、ＩＣＰ−ＭＳ（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry：ＩＣＰ質量分析）等を実施すれば、マイクロバンプ１個分のはんだ組成を知ることができる。しかしながら、この方法は、サンプリング作業に熟練を要し、また破壊試験なので日常の工程管理として使用することは難しい。
【００１９】
【特許文献１】特開２００５−００３４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
解決しようとする問題点は、蛍光Ｘ線測定装置で測定可能な大きさの組成測定パターンと、組成測定パターンより体積の小さな実際に測定したいはんだバンプとのめっき組成が一致しないことがある点である。
【００２１】
本発明は、蛍光Ｘ線測定装置で測定可能な大きさの組成測定パターンの組成を、はんだバンプと同じにすることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の半導体装置は、基板に形成されたはんだバンプと、前記基板に形成されていて前記はんだバンプの組成を測定するための組成測定パターンを有し、前記組成測定パターンは、前記はんだバンプと同体積を有し、前記はんだバンプの表面積よりも大きい表面積を有する。
【００２３】
本発明の半導体装置では、組成測定パターンが、はんだバンプと同体積を有し、はんだバンプよりも大きな表面積を有する。このことから、例えば、はんだバンプと同体積に形成した後にリフローを行うことによって、はんだバンプよりも広い面積に形成することが可能となる。また組成測定パターンとはんだバンプとを同体積に形成することで、組成測定パターンは、はんだバンプと同一組成に形成することができるため、リフロー時の温度管理が正確にできるようになる。
【００２４】
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に、はんだバンプと、該ハンダバンプの組成を測定するための組成測定パターンを、めっき処理によるはんだめっき膜の成膜および前記はんだめっき膜の熱処理によって同時に形成する工程を有し、前記めっき処理によって形成される前記組成測定パターンのはんだめっき膜は、前記めっき処理によって形成される前記ハンダバンプのはんだめっき膜と同体積に形成され、前記熱処理で前記組成測定パターンのはんだめっき膜を前記ハンダバンプのはんだめっき膜の表面積よりも大きい表面積に形成する。
【００２５】
本発明の半導体装置の製造方法では、はんだバンプを形成するはんだめっき膜と、組成測定パターンを形成するはんだめっき膜のそれぞれの体積が同等になるように、形成面積を同等にして形成することができる。したがって、はんだバンプを形成するはんだめっき膜と組成測定パターンを形成するはんだめっき膜のそれぞれのめっき時の電流密度は同等になるので、それぞれを同一組成に形成することができる。よって、組成測定パターンを、はんだバンプと同一組成に形成することができる。
また、組成測定パターンのはんだめっき膜は、はんだバンプのはんだめっき膜よりも広い面積に形成することができるので、組成測定パターンの例えば蛍光Ｘ線測定が可能になる。
よって、はんだバンプのはんだめっき膜の組成と同一組成の組成測定パターンのはんだめっき膜を例えば蛍光Ｘ線分析することで、はんだバンプの組成を測定することができる。このため、組成測定パターンを測定することで、はんだめっき膜のリフロー時の温度管理が正確にできるようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置は、リフロー温度管理が正確にできるようになるので、はんだバンプのリフロー状態が、例えばウエハ間で、もしくはロット間で均一になり品質管理が容易になる。よって、品質の向上、不良品の発生が低減されるので、歩留まりの向上が図れるという利点がある。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法は、リフロー温度管理が正確にできるようになるので、はんだバンプのリフロー状態が、例えばウエハ間で、もしくはロット間で均一になり、また品質管理が容易になる。よって、品質の向上が図れるとともに、不良品の発生が低減されるので歩留まりの向上が図れるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の半導体装置に係る一実施の形態を、図１の模式的断面図によって説明する。なお、図１は、模式的に描いているため、はんだバンプの直径、組成測定パターンの直径、半導体チップの厚み等は実際の縮尺と異なっている。
【００２９】
図１に示すように、半導体装置（半導体チップ）１には、例えば、半導体基板にトランジスタ、キャパシタ等の素子（図示せず）が形成され、その上部に多層配線５０が形成されている。多層配線５０は、例えば配線５１とその配線５１に接続するプラグ５２、５３などによって形成されている。なお、図面では一部のみを示した。以下、これらを基板１０という。
【００３０】
上記基板１０上には、蛍光Ｘ線分析装置によって、電子回路の電極に接続されるはんだバンプ２０（２０Ａ，２０Ｂ）と、はんだ組成を分析するための組成測定パターン３０が形成されている。
【００３１】
以下、詳細に説明する。
上記基板１０の上記各はんだバンプ２０の形成領域には、第１電極２１が形成されている。この第１電極２１は、アルミニウム電極で形成されていて、例えば、直径３０μｍに形成されている。上記第１電極２１は、銅電極で形成することもできる。また第１電極２１は、例えば、多層配線５０の最上層のプラグ５３に接続されている。
上記基板１０の上記組成測定パターン３０の形成領域には、第２電極３１が形成されている。この第２電極３１は、銅電極で形成されている。また第２電極３１は、蛍光Ｘ線分析装置のコリメータ径より大きく形成されていればよく、例えば直径２００μｍに形成されている。
【００３２】
さらに、基板１０の表面には、保護膜４１が形成され、上記第１電極２１上の上記保護膜４１に第１開口部４２、４３が形成されていて、上記第２電極３１上の上記保護膜４１に第２開口部４４が形成されている。上記保護膜４１は、はんだをリフローする熱処理に対して耐熱性を有する、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の絶縁膜で形成されている。
【００３３】
上記第１電極２１上には、上記第１開口部４２、４３を通して、上記はんだバンプ２０（２０Ａ、２０Ｂ）が形成されている。
上記各はんだバンプ２０は、上記第１電極２１上に、シード金属層２２（２２Ａ、２２Ｂ）、下地めっき膜２３（２３Ａ、２３Ｂ）、はんだめっき膜２４（２４Ａ、２４Ｂ）がそれぞれ下層から順に積層されている。そして、上記はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂの表面が表面張力を利用して形成された曲面になっていて、上記下地めっき膜２３（２３Ａ、２３Ｂ）上に形成されている。
【００３４】
上記第２電極３１上には、上記第２開口部４４を通して、上記組成測定パターン３０が形成されている。
上記組成測定パターン３０は、上記第２電極３１上に、シード金属層２２（２２Ｃ）、下地めっき膜２３（２３Ｃ）、はんだめっき膜２４（２４Ａ）が下層から順に積層されている。そして、上記はんだめっき膜２４Ａの表面が表面張力を利用して形成された曲面になっていて、上記第２電極３１上に拡がって形成されている。
【００３５】
そして上記組成測定パターン３０は、上記はんだバンプ２０と同体積を有し、上記はんだバンプ２０の表面積よりも大きい表面積を有する。
すなわち、上記組成測定パターン３０のはんだめっき膜２４Ｃと、上記はんだバンプ２０のはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂとが同体積に形成されていて、上記はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂの表面積よりもはんだめっき膜２４Ｃの表面積のほうが大きく形成されている。
【００３６】
上記シード金属層２２は、例えばアルミニウム電極および銅電極との密着性がよい、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、金（Ａｕ）などの金属膜で形成されている。
また上記下地めっき膜２３は、例えばニッケル膜で形成されている。
上記はんだめっき膜２４は、スズ鉛合金、スズ銀合金等の一般にはんだバンプに用いるはんだ材料で形成されている。
このように、半導体装置１は構成されている。
【００３７】
上記半導体装置１では、組成測定パターン３０（実質的に、はんだめっき膜２４Ｃ）が、はんだバンプ２０（実質的に、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ）と同体積を有し、はんだバンプ２０よりも大きな表面積を有する。このことから、例えば、はんだめっき膜２４Ｃとはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂとを同体積に形成した後にリフローを行うことによって、組成測定パターン３０をはんだバンプ２０よりも広い面積に形成することが可能となる。
またはんだめっき膜２４Ｃとはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂは、同体積に形成することが可能になることから、同一占有面積に形成することも可能になり、形成領域のめっきの電流密度を同等にすることができる。
したがって、組成測定パターン３０のはんだめっき膜２４Ｃとはんだバンプ２０のはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂとは、同一組成に形成されているため、リフロー時の温度管理が正確にできるようになる。
【００３８】
このようにリフロー温度管理が正確にできるようになるので、はんだバンプ２０のはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂのリフロー状態が、例えばウエハ間で、もしくはロット間で均一になり品質管理が容易になる。よって、品質の向上、不良品の発生が低減されるので、歩留まりの向上が図れる。
【００３９】
また、基板１０上の組成測定パターンが形成される領域に銅電極からなる第２電極３１を形成することで、組成測定パターン３０のはんだめっき膜２４Ｃをリフローして形成するときの下地との濡れ性がよくなる。よって、銅電極の表面全域にはんだめっき膜２４Ｃが拡がって形成される。
【００４０】
また、はんだめっき膜２４（２４Ｃ）がスズ鉛合金もしくはスズ銀合金で形成されていることで、第２電極３１の銅電極に対するはんだめっき膜２４Ｃの濡れ性がよくなる。例えば、はんだバンプ２０のはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂと同体積に組成測定パターン３０のはんだめっき膜２４Ｃを形成しても、リフロー時に銅電極の表面全域に、はんだめっき膜２４Ｃを拡がる。よって、はんだバンプ２０よりも表面積の大きな組成測定パターン３０となるので、汎用的なコリメータサイズの蛍光Ｘ線測定で組成比を測定することが可能になる。
【００４１】
このように、蛍光Ｘ線測定による非破壊検査で、はんだバンプ２０の組成比を知ることができるので、従来のＩＣＭ−ＭＳなどの破壊試験断面観察に比べて、いち早く不良発生を知ることができるようになる。
よって、バンプ製造工程の工程管理が容易になり、大量不良などのトラブルも未然に防止できる。
上記ＩＣＭ−ＭＳは、誘導結合プラズマ質量分析装置のことであり、Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometerの略である。
【００４２】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を、図２〜図８の製造工程断面図によって説明する。なお、図２〜図８では、半導体チップの厚みを実際の縮尺より薄くして記載している。
【００４３】
図２（１）に示すように、基板１０には、多層配線５０が、例えば配線５１とその配線５１に接続するプラグ５２、５３などによって形成されている。なお、図面では一部のみを示した。また、上記基板１０は、詳細は図示していないが、例えば、半導体基板にトランジスタ、キャパシタ等の素子が形成され、それらをつなぐ配線、プラグ等が形成され、さらに上記多層配線５０が形成されている。
【００４４】
まず、上記基板１０上のはんだバンプが形成される領域に、最上層のプラグ５３に接続される第１電極２１（例えば２１Ａ、２１Ｂ）を形成する。この第１電極２１は、例えばアルミニウム電極、銅電極等で形成される。
また、上記基板１０上の、はんだの組成を分析するための組成測定パターンが形成される領域に、上記第１電極２１よりも大きい面積を有する第２電極３１を形成する。この第２電極３１は、例えば銅電極で形成される。例えば上記第２電極３１は、蛍光Ｘ線分析装置のコリメータ径より大きく形成される。例えば、直径２１０μｍに形成される。
【００４５】
上記第２電極３１は、銅電極で形成されるため、例えば、図示はしないが、上記基板１０表面に溝を形成して、その溝内を埋め込むように銅膜を形成する。そして、基板１０表面の余剰な銅膜を除去して、溝内に銅からなる第２電極３１が形成される。
なお、図示はしていないが、上記銅膜を埋め込む前に、密着層として例えばタンタル膜もしくはチタン膜を形成し、バリア層として窒化タンタル膜を形成することが好ましい。また、第２電極３１を銅で形成する場合には、第２電極３１の形成方法と同様な方法で、同時に形成することができる。
【００４６】
次に、半導体装置１の表面に、保護膜４１を形成し、上記各第１電極２１上の上記保護膜４１に第１開口部４２、４３を形成し、上記第２電極３１上の上記保護膜４１に、上記第１開口部４２、４３よりも開口面積の大きい第２開口部４４を形成する。ただし、上記第１開口部４２、４３は、上記各第１電極２１上よりはみ出さず、上記第２開口部４４は、上記各第２電極３１上よりはみ出さない。上記第２開口部４４は、例えば直径２００μｍに形成される。
上記保護膜４１は、後の工程で行われる熱処理に対して耐熱性を有する、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等の絶縁膜で形成される。
【００４７】
次に、図２（２）に示すように、上記各第１開口部４２、４３内に露出する上記各第１電極２１および上記第２開口部４４内に露出する上記第２電極３１を被覆するように、上記保護膜４１上に、シード金属層２２を形成する。このシード金属層２２は、上記アルミニウム電極および上記銅電極との密着性がよい、例えば、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、金（Ａｕ）などの金属膜で形成される。これらの金属膜の形成方法として、例えば、蒸着法、スパッタ法などがある。
【００４８】
次に、図３（３）に示すように、上記シード金属層２２上にマスク膜４５を、例えばレジスト膜で形成した後、リソグラフィー技術によってパターニングする。そして、測定パターン形成領域である上記各第１電極２１上のマスク膜４５に第３開口部４６、４７を形成する。同時に、バンプ形成領域である上記第２電極３１上のマスク膜４５に第３開口部４８を形成する。このとき、上記各第３開口部４６、４７、４８は同等の大きさに形成され、例えば、直径３０μｍに形成される。
したがって、上記第３開口部４６、４７は、上記保護膜４１に形成した第１開口部４２、４３より大きく形成され、上記第３開口部４８は、上記保護膜４１に形成した第２開口部４４よりも小さく形成されることになる。
【００４９】
次に、図３（４）に示すように、上記各第３開口部４６、４７、４８内に、下地めっき膜２３（２３Ａ）、２３（２３Ｂ）、２３（２３Ｃ）を形成する。上記各下地めっき膜２３は、例えば、ニッケル膜で形成される。このニッケル膜は、例えば、ニッケルめっき液中で上記シード金属層２２に電流を流す、電解ニッケルめっきによって形成される。
【００５０】
次に、図４（５）に示すように、上記各第３開口部４６、４７、４８内の上記各下地めっき膜２３上に、めっき処理によって、はんだめっき膜２４（２４Ａ）、２４（２４Ｂ）、２４（２４Ｃ）を形成する。各はんだめっき膜２４は、例えば、スズ鉛（ＳｎＰｂ）合金やスズ銀（ＳｎＡｇ）合金などの二元合金めっきで形成する。これらスズ（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）、またスズ（Ｓｎ）と銀（Ａｇ）の組成比は蛍光Ｘ線測定により非破壊で測定することが可能である。
【００５１】
次に、図４（６）に示すように、上記マスク膜４５を除去する。このレジスト除去は、一般のレジスト剥離液を用いる。なお、図面ではマスク膜４５を除去中の状態を示した。
【００５２】
その結果、図５（７）に示すように、はんだバンプのはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂと、はんだの組成を測定する組成測定パターンのはんだめっき膜２４Ｃが形成される。
【００５３】
次に、図５（８）に示すように、上記各はんだめっき膜２４、上記各下地めっき膜２３等をマスクにして不要なシード金属層２２を除去する。この除去工程は、例えばウエットエッチングにより行う。その結果、各下地めっき膜２３の下部にシード金属層２２が残される。
【００５４】
次に、図６（９）に示すように、上記各はんだめっき膜２４、上記各下地めっき膜２３、上記各シード金属層２２等を被覆するように、上記保護膜４１、上記第２電極３１等の表面にフラックス層４９を形成する。このフラックス層４９は、例えば塗布にて形成される。
【００５５】
次に、図６（１０）に示すように、熱処理（リフロー処理）して、上記各はんだめっき膜２４を溶融させて、はんだめっきの表面張力により表面を曲面にする。このとき、上記はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂは、ニッケルからなる下地めっき膜２３Ａ、２３Ｂ上にとどまる。
上記熱処理は、例えば熱源６１による加熱による。この熱源６１は、ランプ、レーザ光等による光照射による加熱を行う熱源、電熱線、セラミックヒータ等の赤外線、遠赤外線等による加熱を行う熱源等、既存の加熱手段を用いることができる。
【００５６】
前記図５も併せて参照して、上記はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂは、下地の段差の影響を受けて中央部が凹む形状の下地めっき膜２３Ａ、２３Ｂ上に形成される。また、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ自体も、下地めっき膜２３Ａ、２３Ｂの表面形状の影響を受けて表面中央部が凹む形状に形成される。そのため、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂを溶融させたとき、表面張力の影響により中央部にまとまろうとする力が働き、下地めっき膜２３Ａ、２３Ｂ上にまとまるように形成される。
一方、はんだめっき膜２４Ｃは、下地めっき膜２３Ｃの表面が平坦な面に形成されているため、外側に流れやすくなっている。そのため、はんだめっき膜２４Ｃは第２電極３１上に流れ出し、第２電極３１表面に拡がる。
また、フラックス層４９によって、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが必要以上に拡がるのを防止している。
【００５７】
その詳細を以下に説明する。図７（１１）に示すように、はんだめっき膜２４Ｃは、はんだバンプを形成するはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ（前記図６（１０）参照）と同体積に形成されている。なお、図７では、フラックス層の図示は省略した。
そして、上記熱処理を行うと、図７（１２）に示すように、はんだめっき膜２４Ｃは、溶融され、下地のニッケルからなる下地めっき膜２３Ｃよりも外側に流れ出し、銅からなる第２電極３１表面に拡がる。このとき、はんだめっき膜２４Ｃは、保護膜４１に形成された開口部４４で拡がりが抑えられる。そしてはんだめっき膜２４Ｃは、上記はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ（前記図６（１０）参照）と同体積に形成されているにもかかわらず、拡がる面積が大きいため、第２電極３１の直径が２００μｍの場合、その膜厚は０．３μｍ程度となる。一方、溶融した後のはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ（前記図６（１０）参照）の最も厚い部分での膜厚はおよそ１１μｍであった。
溶融後の上記はんだめっき膜２４Ｃの膜厚が０．３μｍであるが、この程度の膜厚が確保されれば、蛍光Ｘ線測定装置による組成分析は十分に可能である。
【００５８】
次に、図８（１３）に示すように、上記フラックス層４９（前記図６（９）参照）を除去する。この除去工程は、通常のフラックス洗浄液を用いる。
この結果、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ(溶融後)のはんだバンプ２０と、このはんだバンプ２０よりも占有面積が大きく、体積が同等なはんだめっき膜２４Ｃ(溶融後)の組成測定パターン３０が完成する。上記組成測定パターン３０は、上記第２電極３１上に拡がるため、上記第２開口部４４内に露出されている上記第２電極３１と同等な直径となり、およそ２００μｍに形成された。また組成測定パターン３０のはんだめっき膜２４Ｃの厚さは、少なくとも蛍光Ｘ線測定が可能な厚さである０．３μｍ程度となった。
このようにして、半導体装置１が完成する。
【００５９】
上記第２電極３１は、半導体製造工程の前工程で形成される銅（Ｃｕ）配線に限らず、ＷＬＰ（Wafer Level Packaging）工程の銅再配線工程で形成することも可能である。
半導体設計の制約上できない場合は、ダイシングライン上やウエハ外周部の非有効チップ部に形成することも可能である。
【００６０】
上記製造方法では、はんだバンプ２０を形成するはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂと、組成測定パターン３０を形成するはんだめっき膜２４Ｃのそれぞれの体積が同等になるように、形成面積を同等にして形成することができる。したがって、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂとはんだめっき膜２４Ｃのそれぞれのめっき時の電流密度は同等になるので、それぞれを同一組成の形成することができる。したがって、組成測定パターン３０を、はんだバンプ２０と同一組成に形成することができる。
【００６１】
また、めっき処理により、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃのそれぞれの体積が同等になるように、形成面積を同等にして形成するので、めっき組成をはんだバンプのはんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂに合わせ込むことができる。よって、はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに針状結晶が発生しなくなるので、針状結晶によってリフローが妨げられることがないため、はんだめっき膜２４Ｃを大面積に広げることができる。
【００６２】
また、はんだめっき膜２４Ｃは、第２電極３１表面に拡がるように形成されるため、はんだバンプ２０よりも広い面積に形成することができる。したがって、組成測定パターン３０の蛍光Ｘ線測定が可能になる。
よって、はんだバンプ２０（はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ）の組成と同一組成の組成測定パターン３０（はんだめっき膜２４Ｃ）を蛍光Ｘ線分析することで、はんだバンプ２０の組成を測定することができる。このため、組成測定パターン３０を測定することで、はんだめっき膜２４のリフロー時の温度管理が正確にできるようになる。
【００６３】
このようにリフロー温度管理が正確にできるようになるので、はんだバンプ２０（はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ）のリフロー状態が、例えばウエハ間で、もしくはロット間で均一になり品質管理が容易になる。よって、品質の向上、不良品の発生が低減されるので、歩留まりの向上が図れる。
【００６４】
また、基板１０上の組成測定パターンが形成される領域に銅電極からなる第２電極３１を形成することで、組成測定パターン３０（はんだめっき膜２４Ｃ）をリフローして形成するときの下地との濡れ性がよくなる。このため、銅電極の表面全域に組成測定パターン３０（はんだめっき膜２４Ｃ）が拡がって形成されやすくなる。
【００６５】
また、はんだめっき膜２４（２４Ｃ）がスズ鉛合金もしくはスズ銀合金で形成することで、第２電極３１の銅電極に対するはんだめっき膜２４Ｃの濡れ性がよくなる。例えば、はんだバンプ２０（はんだめっき膜２４Ａ、２４Ｂ）と同体積に組成測定パターン３０（はんだめっき膜２４Ｃ）を形成しても、リフロー時に銅電極の表面全域に、はんだめっき膜２４Ｃを広がるので、はんだバンプ２０よりも表面積の大きな組成測定パターン３０となる。よって、汎用的なコリメータサイズの蛍光Ｘ線測定で組成比を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の半導体装置に係る一実施の形態を示した模式的断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を模式的に示した製造工程断面図である。
【図９】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【図１２】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の製造方法に係る一例を模式的に示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…半導体装置、１０…基板、２０…はんだバンプ、３０…組成測定パターン
【図１】
2010027633.tif 000003
【図２】
2010027633.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010027633.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010027633.tif 000010
【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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