(57)【要約】【課題】ハンダバンプを介して実装基板との導通を取るタイプのパッケージにおいて、予め、半導体デバイス上の塗膜のクラック等の不具合を簡単に評価できる技術を提供することである。【解決手段】  膜の耐性を評価する素子であって、基板１と、前記基板１上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部４と、前記メタル部４を被覆する膜３とを具備してなり、前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている耐性評価素子。【選択図】図３
2008251859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜の耐性を評価する素子であって、
基板と、
前記基板上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部と、
前記メタル部を被覆する膜
とを具備してなり、
前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている
ことを特徴とする耐性評価素子。
【請求項２】
バンプ形成工程における膜の耐性を評価する素子であって、
基板と、
前記基板上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部と、
前記メタル部を被覆する膜
とを具備してなり、
前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている
ことを特徴とする耐性評価素子。
【請求項３】
メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該メタル部が複数有り、そして全てのメタル部のコーナー部における角度が二種類以上有る
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の耐性評価素子。
【請求項４】
メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該Ｎ角形の少なくとも二つ以上の内角が異なっている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの耐性評価素子。
【請求項５】
メタル部がＣｕからなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの耐性評価素子。
【請求項６】
メタル部の上部において膜は開口部が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの耐性評価素子。
【請求項７】
メタル部の上部にハンダバンプが設けられていない
ことを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの耐性評価素子。
【請求項８】
バンプ形成工程で用いられるフラックス及び／又は洗浄液に請求項１〜請求７いずれかの耐性評価素子を浸漬する浸漬工程と、
前記浸漬工程の後、前記耐性評価素子の膜を観察する観察工程
とを具備することを特徴とする耐性評価方法。
【請求項９】
基板と、前記基板上に設けられたメタルパッドと、前記メタルパッド上に設けられたハンダバンプと、前記メタルパッドを被覆する膜とを具備した半導体デバイスにおいて、
前記メタルパッドが平面視で円状ないしは楕円状である
ことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は耐性評価素子および耐性評価方法に関する。特に、半導体素子（デバイス）のパッケージプロセスにおけるダメージ評価（耐性評価）用の素子および評価方法に関する。中でも、バンプ形成工程におけるチップ最上層の塗膜へのダメージ評価の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子（デバイス）は、半導体Ｓｉウェハ（半導体Ｓｉ基板）上に、無機材料あるいは有機材料の絶縁膜に挟まれた金属配線からなる多層配線膜が設けられた構造である。そして、この構造のものがパッケージプロセスに則って組み立てられて製品（半導体デバイス）となる。このパッケージプロセスにおいて、半導体デバイスが所望の強度や耐性を持っていない場合には、半導体デバイスが破損し、不良品となってしまう。従って、半導体デバイスがパッケージプロセスに耐え得る所望の強度や耐性を有しているか否かを評価しておくことは非常に重要である。
【０００３】
さて、半導体デバイスにおけるパッケージには、金ワイヤを介して実装基板との導通が取られるワイヤボンディングタイプのパッケージと、ハンダバンプを介して実装基板との導通が取られるフリップチップボンディングタイプのパッケージとが有る。
【０００４】
ところで、後者のパッケージは、組立工程に、半導体デバイス（ウェハまたは個片化したウェハチップ）上にバンプを形成する工程を必須とする。このバンプ形成工程では、バンプとアンダーバンプメタル（ＵＢＭ）との接合を容易に、かつ、強固にする為、フラックスが用いられる。又、バンプとアンダーバンプメタルとを接合後に、余分なフラックスを除去する為、洗浄液による洗浄が行われる。
【０００５】
このようなフラックスや洗浄液が使用される場合、半導体デバイス（ウェハまたは個片化したウェハチップ）の上層に形成されている塗膜にクラックが発生するケースが有る。そして、クラックが発生すると、クラック発生部にバンプ材の残渣が残留し易く、表面リークの原因となる。又、クラックより水分が侵入し、パッケージの信頼性を低下させる。
【０００６】
このようなことから、バンプ形成工程において、半導体素子（デバイス）における表面の塗膜にクラックが発生するか否かのチェックが必要である。因みに、従来では、半導体デバイス作製工程あるいはパッケージ組立工程において、チェックが行なわれている。すなわち、半導体デバイス製造工程（配線層形成工程、上層膜形成工程）、ＵＢＭ形成工程、バンプ形成工程を経た後、塗膜表面を光学顕微鏡等で観察し、クラックの発生の有無を検査している。図５及び図６はバンプ形成工程まで終了した半導体デバイスの断面図および平面図である。尚、各図中、１はＳｉ基板、２はＣｕ／Ｌｏｗ−ｋ膜配線層、３は耐性（クラック発生の有無）が評価される塗膜（バッファコート膜）、４はメタル（Ｃｕ）パッド、５はアンダーバンプメタル、６はハンダバンプである。７はバンプ形成工程で発生したクラックである。
【０００７】
尚、特開２０００−３１０８５８号公報では、信頼性に優れた半導体装置を提供することを目的として、ポリアミド１００重量部と感光性ジアゾキノン化合物１〜１００重量部からなるポジ型感光性樹脂組成物を回路素子形成面上にパターニング・硬化して得られる素子保護膜用のポリベンゾオキサゾール樹脂膜と、バンプ電極からなる封止型半導体装置が提案されている。
【０００８】
しかしながら、上記の如きの樹脂が用いられたとしても、バンプ形成工程で使用される薬剤によっては、耐性が不十分な場合も有り、信頼性確保の為の評価試験は不可欠である。
【０００９】
ところで、半導体デバイス製造工程やパッケージ組立工程での評価方法では、実際の製品（パッケージ）に用いるチップで観察する為、発生の有無のみの評価しか出来ない。
【００１０】
更に、近年、３００ｍｍウェハ等の大面積への一括バンプ形成工程が行われるようになると、ロジン系材料のフラックスが使用されることが多くなり、これに伴って、洗浄液も洗浄能力を強化する為に有機系の溶剤が使用され始めた。このロジン系フラックスや有機溶剤系洗浄液は、水溶性フラックスや純水洗浄に比較して、半導体デバイス上の塗膜に与えるダメージが大きく、クラックを評価する方法の確立が、一層、重要となって来た。
【特許文献１】特開２０００−３１０８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明が解決しようとする課題は上記問題点を解決することである。特に、ハンダバンプを介して実装基板との導通を取るタイプのパッケージにおいて、予め、半導体デバイス上の塗膜のクラック等の不具合を簡単に評価できる技術を提供することである。更には、従来の如く、通常の半導体デバイス組立工程を経ることも無く、短時間で、半導体デバイスに用いられる塗膜のバンプ形成工程における耐性を評価でき、かつ、クラック発生の有無だけでなく、耐性の程度（レベル）まで判定できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の課題を解決する為の研究が本発明者によって、鋭意、推し進められて行った。その結果、バンプ形成工程において発生するダメージ、即ち、クラックはメタルパッド４の角を起点にしていることが判って来た。
【００１３】
そこで、この知見を基にして更なる検討が行なわれて行った結果、メタルパッド４の角（コーナー）部における角度（内角の大きさ）によってクラック発生度が影響を受けるのでは無いかとの啓示を得るに至り、このことが、実験を繰り返して行なうことによって確認されるに至った。すなわち、コーナー部での内角が小さい程、クラックの発生確率が高いことが判って来た。又、メタルパッド４が角部の無い円状ないしは楕円状（平面視で）の場合、メタルパッドを覆っている塗膜にクラックが発生し難いことも判って来た。
【００１４】
上記知見を基にして本発明が達成されたものである。
すなわち、前記の課題は、膜の耐性を評価する素子であって、
基板と、
前記基板上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部と、
前記メタル部を被覆する膜
とを具備してなり、
前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている
ことを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００１５】
特に、バンプ形成工程における膜の耐性を評価する素子であって、
基板と、
前記基板上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部と、
前記メタル部を被覆する膜
とを具備してなり、
前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている
ことを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００１６】
又、上記の耐性評価素子であって、メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該メタル部が複数有り、そして全てのメタル部のコーナー部における角度が二種類以上有ることを特徴とする耐性評価素子によって解決される。又、上記の耐性評価素子であって、メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該Ｎ角形の少なくとも二つ以上の内角が異なっていることを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００１７】
又、上記の耐性評価素子であって、メタル部がＣｕからなることを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００１８】
又、上記の耐性評価素子であって、メタル部の上部において膜は開口部が形成されていることを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００１９】
又、上記の耐性評価素子であって、メタル部の上部にハンダバンプが設けられていないことを特徴とする耐性評価素子によって解決される。
【００２０】
又、前記の課題は、バンプ形成工程で用いられるフラックス及び／又は洗浄液に上記の耐性評価素子を浸漬する浸漬工程と、
前記浸漬工程の後、前記耐性評価素子の膜を観察する観察工程
とを具備することを特徴とする耐性評価方法によって解決される。
【００２１】
又、本発明は、基板と、前記基板上に設けられたメタルパッドと、前記メタルパッド上に設けられたハンダバンプと、前記メタルパッドを被覆する膜とを具備した半導体デバイスにおいて、
前記メタルパッドが平面視で円状ないしは楕円状である
ことを特徴とする半導体デバイスを提案するものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の耐性評価素子は、メタル部（所謂、メタルパッドに相当）のコーナー部における角度が一種類のみでは無く、例えば９０°や１２０°と言った如くに複数種類存在するようにした。従って、一回の試験で、即ち、短時間で、メタル部に設けられた塗膜の耐性がどの程度のものであるかを評価できるようになった。つまり、損傷が有るか無いか（１００か０か）と言うだけでは無く、どの程度の確率（どの程度のレベル）で損傷が起きるかの定量的評価が可能になった。又、バンプ形成工程で使用される薬剤（フラックスや洗浄液）によって、損傷がどの程度影響を受けるかの知見をも得ることが出来る。すなわち、薬剤の定量的な評価も可能になる。
【００２３】
しかも、この耐性評価素子は、従来の如くの半導体デバイスとは大幅に異なり、極めて簡単な構造である。例えば、配線層など半導体デバイスとして必須の構成要素の大部分を必要としない。従って、極めて簡単で低廉なコストで提供できる。すなわち、半導体デバイス製造工程（配線層形成工程、上層膜形成工程）、ＵＢＭ形成工程、バンプ形成工程と言った煩瑣な工程を経ること無く、耐性評価素子が得られる。つまり、メタルパッド形成工程、評価対象塗膜の形成工程を経るのみの簡単な工程で得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明になる耐性評価素子は、膜の耐性を評価する素子である。特に、  バンプ形成工程における膜の耐性を評価する素子である。更に言うならば、バンプ形成工程で用いられる薬剤に対する膜の耐性を評価する素子である。そして、基板と、基板上に設けられた二つ以上のコーナー部を有するメタル部と、メタル部を被覆する膜とを具備する。前記コーナー部の少なくとも二つが角度は異なっている。例えば、メタル部が一つの場合には、二つ以上の角（コーナー）部を持っており、このコーナー部における角度（内角）が異なっている。例えば、三角形以上の多角形をしており、その中の少なくとも二つの内角は異なっている。メタル部が二つ以上有る場合、一つの形状のメタル部におけるコーナー部は全て同じ内角を持つものでも良い。すなわち、異なるメタル部において、そのコーナー部の内角に異なるものが有れば良い。すなわち、メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該メタル部が複数有り、そして全てのメタル部のコーナー部における角度が二種類以上有る。又、メタル部は略Ｎ（Ｎは３以上の整数）角形状部を有する形のものであって、該Ｎ角形の少なくとも二つ以上の内角が異なっている。前者と後者とが共に満足される場合でも良い。メタル部は、好ましくはＣｕで出来ている。そして、好ましくは、メタル部の上部において膜は開口部が形成されている。又、メタル部の上部にハンダバンプが設けられていない。
【００２５】
本発明になる耐性評価方法は、バンプ形成工程で用いられるフラックス及び／又は洗浄液に上記の耐性評価素子を浸漬する浸漬工程と、前記浸漬工程の後、前記耐性評価素子の膜を観察する観察工程とを具備する。
【００２６】
本発明になる半導体デバイスは、基板と、前記基板上に設けられたメタルパッドと、前記メタルパッド上に設けられたハンダバンプと、前記メタルパッドを被覆する膜とを具備した半導体デバイスにおいて、前記メタルパッドが平面視で円状ないしは楕円状である。特に、円状である。
【００２７】
以下、更に詳しく説明する。
図１は本発明の第１実施形態になる耐性評価素子の断面図、図２は本発明の第２実施形態になる耐性評価素子の断面図である。
【００２８】
各図中、１は基板（Ｓｉ基板）、３は耐性（クラック発生の有無）が評価される塗膜、４はメタル部（Ｃｕパッド）である。但し、図２においては、塗膜３にはメタル部４の上部に対応して開口部が形成されている。すなわち、現実の半導体デバイスと同様、ハンダバンプを設ける為の開口部がメタル部４の上部に対応して塗膜３に形成されている。尚、本発明の耐性評価素子には、図５，６に示されたＣｕ／Ｌｏｗ−ｋ膜配線層２、アンダーバンプメタル５、及びハンダバンプ６は設けられて無い。従って、図５，６に示されたものに比べて、構造は遥かに簡単で、低コストにて得られる。
【００２９】
本発明の耐性評価素子は、上記特徴の他にも、下記の点で特徴を有する。すなわち、メタル部４の形状に特徴が有る。平面視で、例えば図３，４に示される形状である。勿論、図３，４は数例を示したに過ぎず、これに限られるものでは無い。図３は基板上に設けられたメタル部４が複数種有る場合である。例えば、正三角形（コーナー部における内角は６０°）、正方形（コーナー部における内角は９０°）、正五角形（コーナー部における内角は１０８°）、正六角形（コーナー部における内角は１２０°）、正八角形（コーナー部における内角は１３５°）の形状のメタル部４が設けられている例である。しかも、各形状のメタル部４が一つずつでは無く、各々、複数個（例えば、５〜２０個）設けられている例である。図３では、正Ｎ角形（Ｎは３以上の整数）の場合で示しているが、これは、勿論、正多角形でなくても良い。例えば、三角形の場合には、二等辺三角形、全ての内角が異なる三角形であっても良い。四角形の場合にあっても、全ての内角が異なる四角形であっても良い。その他の多角形にあっても、全ての内角が異なる多角形でも良い。勿論、全てが異なる場合の他、異なる内角が二つ有る場合でも良い。尚、好ましくは、定量的評価の精度の観点からすると、幾つかの正Ｎ角形（Ｎは３以上の整数）のメタル部が、各々、複数個（例えば、５〜２０個）設けられている場合である。又、基板上に設けられるメタル部４の大きさは、該メタル部４に外接する円が略同程度の大きさである。
【００３０】
そして、上記のように構成させた耐性評価素子をバンプ形成工程で使用されるフラックス又は洗浄液に一定時間浸漬する。或いは、フラックスに一定時間浸漬した後、洗浄液に一定時間浸漬する。そして、この後、耐性評価素子を引き上げて、表面を光学顕微鏡などの観察機器を用いて観察し、表面のクラックの発生内容をチェックする。すなわち、各コーナー部でのクラックの発生数を算出する。クラック発生数が多いと言うことは塗膜の耐性が乏しいことを意味する。従って、クラック発生数によって塗膜の耐性の定量的評価が可能になる。特に、コーナー部の角度の違いによってクラック発生内容が変化しているので、塗膜の耐性の定量的評価が可能になる。因みに、コーナー部の内角が小さい程、クラック発生数が多く、逆に、コーナー部の内角が大きい程、クラック発生数が少なかった。そして、コーナー部が無い円形の場合がクラック発生数は一番少なかった。このことは、半導体デバイスにおけるメタルパッドを平面視で楕円ないしは円形にしておくと、塗膜に損傷が起き難いことを意味している。すなわち、信頼性が高い半導体デバイスが得られると言うことになる。又、フラックスや洗浄液を変えて試験することにより、バンプ形成工程で用いられるフラックスや洗浄液が妥当なものか否かの定量的評価が出来る。
【００３１】
以下、具体的実施例を挙げて本発明を説明する。
［実施例１］
Ｓｉ基板１上に正方形メタル部４と正六角形メタル部４とを各々１０個ずつ設け、そして各々のメタル部４を塗膜Ａで覆った評価用素子Ａを作製した。
又、Ｓｉ基板１上に上記と同様な大きさの正方形メタル部４と正六角形メタル部４とを各々１０個ずつ設け、そして各々のメタル部４を塗膜Ｂで覆った評価用素子Ｂを作製した。
又、Ｓｉ基板１上に上記と同様な大きさの正方形メタル部４と正六角形メタル部４とを各々１０個ずつ設け、そして各々のメタル部４を塗膜Ｃで覆った評価用素子Ｃを作製した。
【００３２】
上記評価用素子Ａ，Ｂ，Ｃをロジン系フラックスＸ１に一定時間浸漬した後、引き続いて有機溶剤系洗浄液Ｙ１に一定時間浸漬した。
この後、光学顕微鏡にて発生した塗膜のクラックを数えた。
【００３３】
その結果、塗膜Ａの評価用素子Ａでは、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は１００％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は５０％であった。
【００３４】
塗膜Ｂの評価用素子Ｂでは、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は１００％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は８０％であった。
【００３５】
塗膜Ｃの評価用素子Ｃでは、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は０％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は０％であった。
【００３６】
この結果から、塗膜としてＣ，Ａ，Ｂの順で好ましいことが判る。
【００３７】
しかしながら、メタル部が正方形のものしか無い場合には、塗膜としてＡとＢとは同一評価しか得られ無い。
【００３８】
［実施例２］
実施例１の評価用素子Ａをロジン系フラックスＸ１に一定時間浸漬した後、引き続いて有機溶剤系洗浄液Ｙ１に一定時間浸漬した。この後、光学顕微鏡にて発生した塗膜のクラックを数えた。
その結果、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は１００％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は５０％であった。
【００３９】
又、実施例１の評価用素子Ａをロジン系フラックスＸ２に一定時間浸漬した後、引き続いて有機溶剤系洗浄液Ｙ２に一定時間浸漬した。この後、光学顕微鏡にて発生した塗膜のクラックを数えた。
その結果、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は１００％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は３０％であった。
【００４０】
又、実施例１の評価用素子Ａをロジン系フラックスＸ３に一定時間浸漬した後、引き続いて有機溶剤系洗浄液Ｙ３に一定時間浸漬した。この後、光学顕微鏡にて発生した塗膜のクラックを数えた。
その結果、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は１００％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は０％であった。
【００４１】
又、実施例１の評価用素子Ａを水溶性フラックスＸ４に一定時間浸漬した後、引き続いて水Ｙ４に一定時間浸漬した。この後、光学顕微鏡にて発生した塗膜のクラックを数えた。
その結果、メタル部４の内角が９０°のコーナー部に対応したクラック発生率は０％、メタル部４の内角が１２０°のコーナー部に対応したクラック発生率は０％であった。
【００４２】
この結果より、塗膜（バッファーコート材）に与えるダメージの大きさは、ロジン系フラックスＸ１及び有機溶剤系洗浄液Ｙ１の使用時が最も大きく、次いでロジン系フラックスＸ２及び有機溶剤系洗浄液Ｙ２の使用時が大きく、一番小さいのが水溶性フラックスＸ４及び水Ｙ４の使用時であり、次いで小さいのがロジン系フラックスＸ３及び有機溶剤系洗浄液Ｙ３であることが判る。
【００４３】
尚、この知見は、メタル部が正方形のものしか無い場合や六角形のものしかない場合には得られない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態になる耐性評価素子の断面図
【図２】本発明の第２実施形態になる耐性評価素子の断面図
【図３】本発明の耐性評価素子のメタル部の平面図
【図４】本発明の耐性評価素子のメタル部の平面図
【図５】バンプ形成工程まで終了した半導体デバイスの断面図
【図６】バンプ形成工程まで終了した半導体デバイスの平面図
【符号の説明】
【００４５】
１      Ｓｉ基板
３      塗膜
４      メタル部
特許出願人  次世代半導体材料技術研究組合  
代  理  人      宇    高      克    己
【図１】
2008251859.tif 000003
【図２】
2008251859.tif 000004
【図３】
2008251859.tif 000005
【図４】
2008251859.tif 000006
【図５】
2008251859.tif 000007
【図６】
2008251859.tif 000008