(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられた半導体デバイスと、
前記基板の上に設けられたリーク検出用デバイスと、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記半導体デバイスおよび前記リーク検出用デバイスを囲んで周回する外壁と、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記外壁に囲まれた領域を前記半導体デバイスを含む領域と前記リーク検出用デバイスを含む領域に分離する分離壁と、
前記外壁および前記分離壁の上に前記基板と対向して設けられ、前記基板、前記外壁および前記分離壁とともに、前記半導体デバイスに接した気密状態の第１の中空構造と、前記リーク検出用デバイスに接した気密状態の第２の中空構造とを形成するふたと、
前記リーク検出用デバイスと電気的に接続され、少なくとも一部が外部に露出した端子とを備え、
前記リーク検出用デバイスの前記第２の中空構造に接する部分の少なくとも一部は、腐食性金属または腐食性金属を含む合金からなるリーク検出用部材であり、
前記外壁の少なくとも一部は前記第２の中空構造に接しており、
前記外壁は、前記第２の中空構造に接している第１の外壁部と、前記第２の中空構造に接していない第２の外壁部を有する半導体装置。
【請求項２】
前記第１の外壁部の少なくとも一部は前記第２の外壁部より厚さが薄い請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記リーク検出用デバイスはリーク検出用デバイス電極を有し、
前記基板に接合され、ボンディングワイヤおよびリード電極を介して前記リーク検出用デバイス電極と電気的に接続されたリードを有し、
前記端子は前記リードである請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記リーク検出用デバイスはリーク検出用デバイス電極を有し、
前記リーク検出用デバイス電極から前記ふたに渡って形成され、前記リーク検出用デバイス電極と電気的に接続されたバンプを有し、
前記ふたには、前記バンプと電気的に接続されたビアが設けられ、
前記ふたの上に設けられ、前記ビアと電気的に接続されたふた電極を有し、
前記端子は前記ふた電極である請求項１または２のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記リーク検出用部材はＭｏ、Ｗ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つからなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記リーク検出用デバイスには、前記リーク検出用部材の下に前記リーク検出用部材よりイオン化傾向が小さい金属からなる金属層が形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記金属層はＡｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇのいずれか１つからなる請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
基板と、
前記基板の上に設けられた半導体デバイスと、
前記基板の上に設けられたリーク検出用デバイスと、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記半導体デバイスおよび前記リーク検出用デバイスを囲んで周回する外壁と、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記外壁に囲まれた領域を前記半導体デバイスを含む領域と前記リーク検出用デバイスを含む領域に分離する分離壁と、
前記外壁および前記分離壁の上に前記基板と対向して設けられ、前記基板、前記外壁および前記分離壁とともに、前記半導体デバイスに接した気密状態の第１の中空構造と、前記リーク検出用デバイスに接した気密状態の第２の中空構造とを形成するふたと、
前記リーク検出用デバイスと電気的に接続され、少なくとも一部が外部に露出した端子とを備え、
前記リーク検出用デバイスの前記第２の中空構造に接する部分の少なくとも一部は、腐食性金属または腐食性金属を含む合金からなるリーク検出用部材であり、
前記外壁の少なくとも一部は前記第２の中空構造に接している半導体装置に対するリーク検査方法であって、
前記リーク検出用デバイスの電気抵抗を前記端子を介してＲ１として測定する工程と、
前記半導体装置を高湿度の気体雰囲気に置く工程と、
前記リーク検出用デバイスの電気抵抗を前記端子を介してＲ２として測定する工程と、
Ｒ２とＲ１の差が所定のしきい値より大きければ前記第１の中空構造の気密性が不良であると判定する工程とをこの順に備える半導体装置のリーク検査方法。
【請求項９】
前記高湿度の気体は、水蒸気分圧が４９２ｈＰａ以上の気体である請求項８に記載の半導体装置のリーク検査方法。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の上に設けられた半導体デバイスと、
前記基板の上に設けられたリーク検出用デバイスと、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記半導体デバイスおよび前記リーク検出用デバイスを囲んで周回する外壁と、
前記基板の上に設けられ、前記基板に垂直な方向から見て前記外壁に囲まれた領域を前記半導体デバイスを含む領域と前記リーク検出用デバイスを含む領域に分離する分離壁と、
前記外壁および前記分離壁の上に前記基板と対向して設けられ、前記基板、前記外壁および前記分離壁とともに、前記半導体デバイスに接した気密状態の第１の中空構造と、前記リーク検出用デバイスに接した気密状態の第２の中空構造とを形成するふたと、
前記リーク検出用デバイスと電気的に接続され、少なくとも一部が外部に露出した端子とを備え、
前記リーク検出用デバイスの前記第２の中空構造に接する部分の少なくとも一部は、腐食性金属または腐食性金属を含む合金からなるリーク検出用部材であり、
前記外壁の少なくとも一部は前記第２の中空構造に接している半導体装置に対するリーク検査方法であって、
前記リーク検出用デバイスの電気抵抗を前記端子を介してＲ１として測定する工程と、
前記半導体装置をアルカリ性気体雰囲気に置く工程と、
前記リーク検出用デバイスの電気抵抗を前記端子を介してＲ２として測定する工程と、
Ｒ２とＲ１の差が所定のしきい値より大きければ前記第１の中空構造の気密性が不良であると判定する工程とをこの順に備える半導体装置のリーク検査方法。
【請求項１１】
前記アルカリ性気体は、アンモニアのモル分率が０．１％以上かつ水蒸気分圧が９．５１ｈＰａ以上の気体である請求項１０に記載の半導体装置のリーク検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空構造を有する半導体装置、およびそのリーク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の中には、気密性を有する中空構造を半導体デバイスの周りに形成したものがある。このような半導体装置に対しては、中空構造の気密性を確認するリーク検査が実施されることが多い。
中空構造を有する半導体装置の中には、気密性確認のために中空構造にリーク検出用デバイスを配置したものがある（例えば特許文献１参照）。このリーク検出用デバイスで特定の気体が中空構造に侵入したかどうかを検出することにより、リーク検査が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の半導体装置では、中空構造に半導体デバイスとリーク検出用デバイスの両方を配置するため、中空構造の容積が大きくなる。その結果、気密性に問題がある個体をリーク検査した場合、中空構造に侵入する特定の気体の濃度が検出可能なレベルに達するのに長時間を要する。これでは、リーク検査にかかる時間が長くなってしまう。
この発明は上述した問題を解決するためになされたもので、その目的は、リーク検査にかかる時間を短縮できる半導体装置およびその検査方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る半導体装置は、基板と、基板の上に設けられた半導体デバイスと、基板の上に設けられたリーク検出用デバイスと、基板の上に設けられ、基板に垂直な方向から見て半導体デバイスおよびリーク検出用デバイスを囲んで周回する外壁と、基板の上に設けられ、基板に垂直な方向から見て外壁に囲まれた領域を半導体デバイスを含む領域とリーク検出用デバイスを含む領域に分離する分離壁と、外壁および分離壁の上に基板と対向して設けられ、基板、外壁および分離壁とともに、半導体デバイスに接した気密状態の第１の中空構造と、リーク検出用デバイスに接した気密状態の第２の中空構造とを形成するふたと、リーク検出用デバイスと電気的に接続され、少なくとも一部が外部に露出した端子とを備え、リーク検出用デバイスの第２の中空構造に接する部分の少なくとも一部は、腐食性金属または腐食性金属を含む合金からなるリーク検出用部材であり、外壁の少なくとも一部は第２の中空構造に接しており、外壁は、第２の中空構造に接している第１の外壁部と、第２の中空構造に接していない第２の外壁部を有する。
【０００６】
また、この発明に係る半導体装置のリーク検査方法は、基板と、基板の上に設けられた半導体デバイスと、基板の上に設けられたリーク検出用デバイスと、基板の上に設けられ、基板に垂直な方向から見て半導体デバイスおよびリーク検出用デバイスを囲んで周回する外壁と、基板の上に設けられ、基板に垂直な方向から見て外壁に囲まれた領域を半導体デバイスを含む領域とリーク検出用デバイスを含む領域に分離する分離壁と、外壁および分離壁の上に基板と対向して設けられ、基板、外壁および分離壁とともに、半導体デバイスに接した気密状態の第１の中空構造と、リーク検出用デバイスに接した気密状態の第２の中空構造とを形成するふたと、リーク検出用デバイスと電気的に接続され、少なくとも一部が外部に露出した端子とを備え、リーク検出用デバイスの第２の中空構造に接する部分の少なくとも一部は、腐食性金属または腐食性金属を含む合金からなるリーク検出用部材であり、外壁の少なくとも一部は第２の中空構造に接している半導体装置に対するリーク検査方法であって、リーク検出用デバイスの電気抵抗を端子を介してＲ１として測定する工程と、半導体装置を高湿度の気体雰囲気に置く工程と、リーク検出用デバイスの電気抵抗を端子を介してＲ２として測定する工程と、Ｒ２とＲ１の差が所定のしきい値より大きければ第１の中空構造の気密性が不良であると判定する工程とをこの順に備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の半導体装置および半導体装置のリーク検査方法によれば、リーク検出用デバイスに接した中空構造が、半導体デバイスに接した中空構造と分離壁で分離されているため、リーク検査にかかる時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置を示す上面図および断面図である。
【図２】実施の形態１に係るリーク検出用素子を示す上面図および断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置のリーク検査方法を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す上面図および断面図である。
【図５】実施の形態１に係るリーク検出用素子の変形例を示す上面図および断面図である。
【図６】実施の形態１に係るリーク検出用素子の別の変形例を示す上面図および断面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体装置を示す上面図および断面図である。
【図８】実施の形態３に係る半導体装置を示す上面図および断面図である。
【図９】実施の形態３に係るリーク検出用素子を示す上面図および断面図である。
【図１０】実施の形態３に係る半導体装置の変形例を示す上面図および断面図である。
【図１１】実施の形態３に係るリーク検出用素子の変形例を示す上面図および断面図である。
【図１２】実施の形態３に係るリーク検出用素子の別の変形例を示す上面図および断面図である。
【図１３】実施の形態４に係る半導体装置を示す上面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態に係る半導体装置とそのリーク検査方法について図面を参照して説明する。同じまたは対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る半導体装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０を示す図である。図１（ａ）は半導体装置１０の上面図である。ただし、ふた２８を透過して示している。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１１】
パッケージ基板１２の上に半導体基板３０と半導体基板３８が設けられている。パッケージ基板１２はセラミックからなる。半導体基板３０はＳｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどの半導体からなる。半導体基板３８も同様にＳｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどの半導体からなる。
【００１２】
半導体基板３０の上に半導体素子３２が形成されている。半導体素子３２は回路素子３４および半導体素子電極３６で構成されている。回路素子３４は例えば電力増幅回路を構成している。半導体素子電極３６は回路素子３４への電源供給用または信号入出力用の電極である。
【００１３】
半導体基板３８の上にリーク検出用素子４０が形成されている。図２はリーク検出用素子４０の上面図と断面図である。リーク検出用素子４０は、金属層４６の上に腐食性金属層４８を積層し、腐食性金属層４８の両端の上にリーク検出用素子電極４２を形成したものである。金属層４６はＡｕからなる。腐食性金属層４８は腐食性金属であるＭｏからなる。ここで腐食性金属とは、溶液中に浸したとき、溶液の電位がゼロ、ｐＨが７付近において溶解（腐食）が起こり、電気抵抗が高くなる金属のことである。リーク検出用素子電極４２はＡｕからなる。腐食性金属層４８の上側表面は、リーク検出用素子電極４２に覆われた部分を除いて露出している。なお、リーク検出用素子電極４２は、腐食性金属層４８から引き出され、半導体基板３８またはその他の構造物の上に形成されていてもよい。
【００１４】
上述のとおり、半導体基板３０には半導体素子３２が形成されており、この実施の形態ではこれらを合わせたものを半導体デバイス３３とする。また、半導体基板３８にはリーク検出用素子４０が形成されており、この実施の形態ではこれらを合わせたものをリーク検出用デバイス４３とする。そうすると、パッケージ基板１２の上には半導体デバイス３３とリーク検出用デバイス４３が設けられていることになる。
【００１５】
パッケージ基板１２の上に外壁２０と分離壁２２が形成されている。外壁２０および分離壁２２はセラミックからなる。パッケージ基板１２、外壁２０および分離壁２２は、一体に形成されていてもよいし、それぞれ別々に形成したあと接合されていてもよい。この実施の形態では一体に形成されているとしている。
【００１６】
外壁２０は、図１（ａ）に示すように、半導体デバイス３３およびリーク検出用デバイス４３を囲んで周回するように形成されている。分離壁２２は、図１（ａ）に示すように、外壁２０に囲まれた領域を、半導体デバイス３３を含む領域とリーク検出用デバイス４３を含む領域に分離するように形成されている。
【００１７】
パッケージ基板１２と対向するように、外壁２０と分離壁２２の上にふた２８が接合されている。ふた２８は、表面に金めっきが施されたＣｕまたはＣｕＷからなる。ふた２８は、外壁２０と接合部２４ａで接合され、分離壁２２と接合部２４ｂで接合されている。
【００１８】
パッケージ基板１２、外壁２０、分離壁２２およびふた２８によって、半導体デバイス３３に接した中空構造４４ａとリーク検出用デバイス４３に接した中空構造４４ｂが形成されている。ここで中空構造とは、基板、壁、ふたなどの構造物によって囲まれた空洞領域のことである。中空構造４４ａと中空構造４４ｂは互いに独立な気密状態にあり、それぞれ乾燥窒素で満たされている。外壁２０は、中空構造４４ｂに接する部分と接していない部分を有している。なお、中空構造４４ａおよび中空構造４４ｂは真空であってもよい。
【００１９】
パッケージ基板１２にはリード電極１５が形成され、リード電極１５にリード１４が接合されている。リード１４は、半導体素子電極３６、リーク検出用素子電極４２と、それぞれボンディングワイヤ１６、リード電極１５を介して電気的に接続されている。
【００２０】
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体素子３２を形成した半導体基板３０、および、リーク検出用素子４０を形成した半導体基板３８を準備する。半導体基板３０の上に半導体素子３２を形成するには周知の半導体プロセスを用いればよい。半導体基板３８の上にリーク検出用素子４０を形成するにも周知の半導体プロセスを用いればよい。
【００２１】
次に、外壁２０と分離壁２２が形成されたパッケージ基板１２の上に、半導体基板３０と半導体基板３８を接合する。次いで、半導体素子電極３６とリード電極１５、およびリーク検出用素子電極４２とリード電極１５にそれぞれボンディングワイヤ１６を打つ。
【００２２】
次に、外壁２０と分離壁２２の上にふた２８を接合する。接合時の環境は乾燥窒素雰囲気とする。これにより、中空構造４４ａと中空構造４４ｂがそれぞれ乾燥窒素で満たされる。これで半導体装置１０の形成が完了する。
【００２３】
実施の形態１に係る半導体装置のリーク検査方法を説明する。図３はリーク検査方法を説明するためのフローチャートである。
【００２４】
まず、リーク検出用素子４０の電気抵抗をリード１４を介して測定する（Ｓ１）。測定した値をＲ１とする。
【００２５】
次に、半導体装置１０を高湿度環境に置く（Ｓ２）。このときの湿度は、例えば８５％ＲＨとする。温度は、例えば１３０℃とする。高湿度環境に置く時間は、例えば２４０時間とする。なお、上記の条件は必須ではなく、例えば湿度、温度がそれぞれ８５％ＲＨ、８５℃の環境を用いてもよい。
【００２６】
このとき、もし、接合部２４ａのうち中空構造４４ｂに接した部分の接合性に問題があった場合、あるいは外壁２０のうち中空構造４４ｂに接した部分にクラックが存在した場合、高湿度の気体が中空構造４４ｂに侵入し、その湿度が上昇する。
【００２７】
実施の形態１に係る半導体装置では、中空構造４４ａと中空構造４４ｂが分離壁２２で分離されているため、従来の半導体装置に比べて、リーク検出用デバイス４３に接する中空構造４４ｂの容積が小さい。したがって、従来よりも中空構造４４ｂの湿度上昇の速度が速くなる。
【００２８】
中空構造４４ｂの湿度が上昇すると、高湿度の気体がリーク検出用素子４０に触れることになる。リーク検出用素子４０の中空構造４４ｂに接する部分の少なくとも一部は腐食性金属層４８が露出しており、さらに腐食性金属層４８の下には金属層４６がある。腐食性金属層４８の成分であるＭｏは腐食性金属であり、イオン化傾向がＡｕより大きいため、リーク検出用素子４０が高湿度の気体に触れると、その電気抵抗は電気化学反応により高くなる。この電気抵抗上昇の速度は、中空構造４４ｂが高湿度になるほど速くなる。
【００２９】
次に、半導体装置１０を高湿度環境から取り出し、再びリーク検出用素子４０の電気抵抗を測定する（Ｓ３）。測定した値をＲ２とする。
【００３０】
次に、Ｒ１とＲ２を比較することで、中空構造４４ｂの気密性に問題があるかどうかを判定する。具体的には、あらかじめ設定したしきい値Ｒｔｈを用い、Ｒ２−Ｒ１＞Ｒｔｈであるかどうかを調べる（Ｓ４）。Ｒ２−Ｒ１＞Ｒｔｈであれば、中空構造４４ｂの気密性に問題があると判定する。
【００３１】
中空構造４４ｂの気密性不良の原因として、上述したように、接合部２４ａのうち中空構造４４ｂに接した部分の接合性に問題があるか、あるいは外壁２０のうち中空構造４４ｂに接した部分にクラックが存在することが考えられる。もし、このような不良が起きている場合は、接合部２４ａまたは外壁２０のうち中空構造４４ａに接した部分にも問題が生じている可能性が高い。したがって、Ｒ２−Ｒ１＞Ｒｔｈという条件を用いて、中空構造４４ａの気密性の良・不良を判別できる。
【００３２】
以上より、実施の形態１によれば、中空構造４４ｂが中空構造４４ａと分離壁２２で分離されているため中空構造４４ｂの容積が小さい。そのため、中空構造４４ｂの気密性が不良の場合、リーク検査時における中空構造４４ｂの湿度上昇が速いので、リーク検出用素子４０の電気抵抗が上昇する速度も速い。その結果、リーク検査にかかる時間を短縮できる。
【００３３】
なお、図４のように、外壁２０のうち中空構造４４ｂに接する部分の厚さを薄くしてもよい。こうすると、接合部２４ａまたは外壁２０のうち中空構造４４ｂに接する部分に問題があれば、リーク検査時に高湿度の気体が中空構造４４ｂに侵入しやすくなる。よって、リーク検査時における中空構造４４ｂの湿度上昇がさらに速くなり、リーク検査にかかる時間をより短縮できる。なお、外壁２０のうち中空構造４４ｂに接する部分の全てではなく一部が薄くなっている構成でもよい。
【００３４】
また、図５のように、リーク検出用素子４０から金属層４６を取り除いてもよい。腐食性金属層４８の成分であるＭｏは腐食性金属なので、Ｍｏだけでも電気化学反応により高湿度環境下で電気抵抗が高くなる。
【００３５】
また、腐食性金属層４８をＭｏ以外の腐食性金属、または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉ（ＷとＳｉの合金）のいずれか１つで置き換えてもよい。
【００３６】
また、図６のように、リーク検出用素子４０を金属層４６と、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極４２で構成してもよい。このように構成したリーク検出用素子４０は、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極４２がＡｕからなる金属層４６と接しており、リーク検出用素子電極４２の側面および表面の一部が中空構造４４ｂに接しているため、高湿度環境において、その電気抵抗は高くなる。したがって、リーク検査にかかる時間を短縮できるという効果を得られる。なお、リーク検出用素子電極４２をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００３７】
また、金属層４６をＡｕ以外の、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれよりもイオン化傾向が小さい金属で置き換えてもよい。具体的にはＰｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００３８】
また、リーク検査において、半導体装置１０を置く高湿度環境での水蒸気分圧（飽和水蒸気圧と相対湿度（パーセント）の積を１００で割ったもの）が高いほどリーク検出用素子４０の電気抵抗上昇の速度が速くなる。この水蒸気分圧は、湿度８５％ＲＨ、温度８５℃のときの水蒸気分圧である４９２ｈＰａ以上であるのが望ましい。
【００３９】
また、リーク検査において、半導体装置１０を高湿度環境に置くのではなく、アルカリ性気体、例えばアンモニアを含む気体雰囲気中に置いてもよい。アルカリ性気体雰囲気中でもリーク検出用素子４０に電気化学反応が起こり、電気抵抗が高くなるため、同様の効果を得られる。アルカリ性気体がアンモニアを含む気体の場合、望ましい条件は、気体中のアンモニアのモル分率が０．１％以上、かつ、気体の水蒸気分圧が９．５１ｈＰａ（湿度３０％ＲＨ、温度２５℃のときの水蒸気分圧）以上である。
【００４０】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る半導体装置について説明する。実施の形態２に係る半導体装置は実施の形態１に係る半導体装置と類似の構造であるため、ここでは主に実施の形態１との違いを記述する。図７は、実施の形態２に係る半導体装置１１０を示す図である。図７（ａ）は半導体装置１１０の上面図である。ただし、ふた２８を透過して示している。図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００４１】
実施の形態２に係る半導体装置１１０では、図７（ａ）に示すように、分離壁１２２が周回するように形成され、中空構造１４４ａと中空構造１４４ｂを分離している。中空構造１４４ａは半導体デバイス３３に接して形成されている。中空構造１４４ｂは中空構造１４４ａの外側にあり、リーク検出用デバイス４３に接して形成されている。こうすることで、半導体装置１１０は、外壁１２０全体が中空構造１４４ｂと接するように構成される。
【００４２】
このように構成した半導体装置１１０では、外壁１２０の全体が中空構造１４４ｂに接しているため、接合部１２４ａまたは外壁１２０に問題がある場合は、中空構造１４４ｂに高湿度の気体が侵入しやすい。そのため、気密性が不良の半導体装置１１０に対して実施の形態１と同様のリーク検査を実施すると、中空構造１４４ｂの湿度上昇がさらに速くなり、リーク検査にかかる時間をより短縮できる。
【００４３】
また、外壁１２０が中空構造１４４ｂを周回するように取り囲んでいるため、接合部１２４ａまたは外壁１２０の一部だけに問題がある場合でも、確実に気密性の判定ができる。
【００４４】
なお、図５のように、リーク検出用素子４０から金属層４６を取り除いてもよい。腐食性金属層４８の成分であるＭｏは腐食性金属なので、Ｍｏだけでも電気化学反応により高湿度環境下で電気抵抗が高くなる。
【００４５】
また、腐食性金属層４８をＭｏ以外の腐食性金属、または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００４６】
また、図６のように、リーク検出用素子４０を金属層４６と、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極４２で構成してもよい。このように構成したリーク検出用素子４０は、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極４２がＡｕからなる金属層４６と接しており、リーク検出用素子電極４２の側面および表面の一部が中空構造４４ｂに接しているため、高湿度環境において、その電気抵抗は高くなる。したがって、リーク検査にかかる時間を短縮できるという効果を得られる。なお、リーク検出用素子電極４２をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００４７】
また、金属層４６をＡｕ以外の、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれよりもイオン化傾向が小さい金属で置き換えてもよい。具体的にはＰｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００４８】
また、リーク検査において、半導体装置１１０を置く高湿度環境での水蒸気分圧が高いほどリーク検出用素子４０の電気抵抗上昇の速度が速くなる。この水蒸気分圧は４９２ｈＰａ以上であるのが望ましい。
【００４９】
また、リーク検査において、半導体装置１１０を高湿度環境に置くのではなく、アルカリ性気体、例えばアンモニアを含む気体雰囲気中に置いてもよい。アルカリ性気体がアンモニアを含む気体の場合、望ましい条件は、気体中のアンモニアのモル分率が０．１％以上、かつ、気体の水蒸気分圧が９．５１ｈＰａ（湿度３０％ＲＨ、温度２５℃のときの水蒸気分圧）以上である。
【００５０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る半導体装置について説明する。図８は、実施の形態３に係る半導体装置２１０を示す図である。図８（ａ）は半導体装置２１０の上面図である。ただし、ふた基板２５０を透過して示している。図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。この半導体装置２１０はＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Scale Package）構造を持つ。
【００５１】
半導体基板２３０の上に半導体素子２３２とリーク検出用素子２４０が設けられている。半導体基板２３０はＳｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどの半導体からなる。
【００５２】
半導体素子２３２は回路素子２３４および半導体素子電極２３６で構成されている。回路素子２３４は例えば電力増幅回路を構成している。半導体素子電極２３６は回路素子２３４への電源供給用または信号入出力用の電極である。
【００５３】
図９はリーク検出用素子２４０の上面図と断面図である。リーク検出用素子２４０は、金属層２４６の上に腐食性金属層２４８を積層し、腐食性金属層２４８の両端の上にリーク検出用素子電極２４２を形成したものである。金属層２４６はＡｕからなる。腐食性金属層２４８は腐食性金属であるＭｏからなる。リーク検出用素子電極２４２はＡｕからなる。腐食性金属層２４８の上側表面は、リーク検出用素子電極２４２に覆われた部分を除いて露出している。なお、リーク検出用素子電極２４２は、腐食性金属層２４８から引き出され、半導体基板２３０またはその他の構造物の上に形成されていてもよい。また、図８（ｂ）において、リーク検出用素子電極２４２の下にある腐食性金属層２４８および金属層２４６は図示を省略している。
【００５４】
この実施の形態では、半導体素子２３２を半導体デバイスとし、リーク検出用素子２４０をリーク検出用デバイスとする。そうすると、半導体基板２３０の上には半導体デバイスとリーク検出用デバイスが設けられていることになる。
【００５５】
半導体基板２３０の上に外壁２２０、分離壁２２２およびバンプ２５６が接合されている。外壁２２０は金属または樹脂からなり、図８（ａ）に示すように、半導体素子２３２およびリーク検出用素子２４０を囲んで周回するように接合部２２４ａで接合されている。分離壁２２２は金属または樹脂からなり、図８（ａ）に示すように、外壁２２０に囲まれた領域を、半導体素子２３２を含む領域とリーク検出用素子２４０を含む領域に分離するように接合部２２４ｂで接合されている。バンプ２５６は導電性を有する物質、例えば金属からなり、半導体素子電極２３６、リーク検出用素子電極２４２の上に接合されている。
【００５６】
半導体基板２３０と対向するように、ふた基板２５０が外壁２２０、分離壁２２２およびバンプ２５６と接合されている。ふた基板２５０はＳｉ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどの半導体からなる。ふた基板２５０は、外壁２２０と接合部２２４ｃで接合され、分離壁２２２と接合部２２４ｄで接合されている。
【００５７】
半導体基板２３０、外壁２２０、分離壁２２２およびふた基板２５０によって、半導体素子２３２に接した中空構造２４４ａと、リーク検出用素子２４０に接した中空構造２４４ｂが形成されている。中空構造２４４ａと中空構造２４４ｂは互いに独立な気密状態にあり、それぞれ乾燥窒素で満たされている。外壁２２０は、中空構造２４４ｂに接する部分と接していない部分を有している。なお、中空構造２４４ａおよび中空構造２４４ｂは真空であってもよい。
【００５８】
ふた基板２５０にはビア２５２が貫通しており、ビア２５２の上にはふた電極２５４が形成されている。ふた電極２５４はＡｕからなり、半導体素子電極２３６、リーク検出用素子電極２４２と、それぞれビア２５２およびバンプ２５６を介して電気的に接続されている。なお、ふた電極２５４はビア２５２の直上にある必要はなく、ふた基板２５０の上にビア２５２から配線を引き出した先に形成してもよい。
【００５９】
実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明する。まず、ウエハ状態の半導体基板２３０の上に半導体素子２３２およびリーク検出用素子２４０を形成する。これらの形成には周知の半導体プロセスを用いればよい。
【００６０】
次に、半導体基板２３０の上に外壁２２０、分離壁２２２およびバンプ２５６を形成する。以下、これらの部材が金属からなる場合の形成方法を示す。これらの部材の形成は、半導体基板２３０の上に開口を持つレジストをパターニングし、開口部分に金属をめっきして実施する。外壁２２０、分離壁２２２およびバンプ２５６は同時に形成してもよいし、どれか２つだけを同時に形成してもよいし、それぞれ異なる工程で形成してもよい。
【００６１】
次に、ビア２５２およびふた電極２５４を形成したふた基板２５０を、外壁２２０、分離壁２２２およびバンプ２５６と接合する。接合には、はんだ、導電性接着剤または金属ペーストを用いればよい。接合時の環境は乾燥窒素雰囲気とする。これにより、中空構造２４４ａと中空構造２４４ｂがそれぞれ乾燥窒素で満たされる。
【００６２】
次に、ダイシングにより、ウエハ状態の半導体装置をチップサイズに分離する。これで半導体装置２１０の形成が完了する。
【００６３】
このように構成した半導体装置２１０に対して、実施の形態１と同様のリーク検査を実施する。実施の形態３に係る半導体装置は、中空構造２４４ａと中空構造２４４ｂが分離壁２２２で分離されているため、実施の形態１に関して説明したのと同様の理由で、リーク検査にかかる時間を短縮できる。
【００６４】
なお、図１０のように、外壁２２０のうち中空構造２４４ｂに接する部分の厚さを薄くしてもよい。こうすると、接合部２２４ａ、２２４ｃまたは外壁２２０のうち中空構造２４４ｂに接する部分に問題があれば、リーク検査時に高湿度の気体が中空構造２４４ｂに侵入しやすくなる。よって、リーク検査時における中空構造２４４ｂの湿度上昇がさらに速くなり、リーク検査にかかる時間をより短縮できる。なお、外壁２２０のうち中空構造２４４ｂに接する部分の全てではなく一部が薄くなっている構成でもよい。
【００６５】
また、図１１のように、リーク検出用素子２４０から金属層２４６を取り除いてもよい。腐食性金属層２４８の成分であるＭｏは腐食性金属なので、Ｍｏだけでも電気化学反応により高湿度環境下で電気抵抗が高くなる。
【００６６】
また、腐食性金属層２４８をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００６７】
また、図１２のように、リーク検出用素子２４０を金属層２４６と、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極２４２で構成してもよい。このように構成したリーク検出用素子２４０は、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極２４２がＡｕからなる金属層２４６と接しており、リーク検出用素子電極２４２の側面および表面の一部が中空構造２４４ｂに接しているため、高湿度環境において、その電気抵抗は高くなる。したがって、リーク検査にかかる時間を短縮できるという効果を得られる。なお、リーク検出用素子電極２４２をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００６８】
また、金属層２４６をＡｕ以外の、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれよりもイオン化傾向が小さい金属で置き換えてもよい。具体的にはＰｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００６９】
また、リーク検査において、半導体装置２１０を置く高湿度環境での水蒸気分圧が高いほどリーク検出用素子４０の電気抵抗上昇の速度が速くなる。この水蒸気分圧は４９２ｈＰａ以上であるのが望ましい。
【００７０】
また、リーク検査において、半導体装置２１０を高湿度環境に置くのではなく、アルカリ性気体、例えばアンモニアを含む気体雰囲気中に置いてもよい。アルカリ性気体がアンモニアを含む気体の場合、望ましい条件は、気体中のアンモニアのモル分率が０．１％以上、かつ、気体の水蒸気分圧が９．５１ｈＰａ（湿度３０％ＲＨ、温度２５℃のときの水蒸気分圧）以上である。
【００７１】
また、実施の形態３ではふた基板２５０を半導体からなる基板としたが、絶縁性を持つ樹脂製のシートフィルムをラミネート法またはＳＴＰ（Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technology）法で貼り合わせたものでもよい。あるいは、これら以外の、中空構造２４４ａおよび中空構造２４４ｂの気密性が保てる部材・製造方法を用いてもよい。
【００７２】
また、実施の形態３では半導体装置２１０をチップサイズに分離してからリーク検査を実施するとしたが、チップ分離前のウエハ状態の半導体装置に対してリーク検査を実施してもよい。この場合、ふた基板２５０はダイシングによりチップサイズに分離しておく。ダイシングライン上に外壁２２０がある場合は、これもダイシングにより分離しておく。ただし、半導体基板２３０はダイシングせず、ウエハ状態を保っておく。そうすると、リーク検査前に半導体装置２１０を検査装置まで移動させるときなどに、分離されたチップ状態の複数の半導体装置を取り扱う必要がなく、ウエハ状態のまま半導体基板を取り扱うことができる。このため、半導体装置のハンドリングが容易になる。さらに、リーク検出用素子２４０の電気抵抗を測定する際、ウエハプローバー装置を利用できるため、電気抵抗の測定にかかる時間を短縮できる。
【００７３】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る半導体装置について説明する。実施の形態４に係る半導体装置は実施の形態３に係る半導体装置と類似の構造を持つため、ここでは主に実施の形態３との違いを記述する。図１３は、実施の形態４に係る半導体装置３１０を示す図である。図１３（ａ）は半導体装置３１０の上面図である。ただし、ふた基板２５０を透過して示している。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【００７４】
実施の形態４に係る半導体装置３１０では、図１３（ａ）に示すように、分離壁３２２が周回するように形成され、中空構造３４４ａと中空構造３４４ｂを分離している。中空構造３４４ａは半導体素子３３２に接して形成されている。中空構造３４４ｂは中空構造３４４ａの外側にあり、リーク検出用素子２４０に接して形成されている。こうすることで、半導体装置３１０は、外壁２２０全体が中空構造３４４ｂと接するように構成される。
【００７５】
このように構成した半導体装置３１０では、外壁２２０の全体が中空構造３４４ｂに接しているため、接合部３２４ａ、３２４ｃまたは外壁２２０に問題がある場合は、中空構造３４４ｂに高湿度の気体が侵入しやすい。そのため、気密性が不良の半導体装置３１０に対して実施の形態３と同様のリーク検査を実施すると、中空構造３４４ｂの湿度上昇がさらに速くなり、リーク検査にかかる時間をより短縮できる。
【００７６】
また、外壁２２０が中空構造３４４ｂを周回するように取り囲んでいるため、接合部３２４ａ、３２４ｃまたは外壁２２０の一部だけに問題がある場合でも、確実に気密性の判定ができる。
【００７７】
なお、図１１のように、リーク検出用素子２４０から金属層２４６を取り除いてもよい。腐食性金属層２４８の成分であるＭｏは腐食性金属なので、Ｍｏだけでも電気化学反応により高湿度環境下で電気抵抗が高くなる。
【００７８】
また、腐食性金属層２４８をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００７９】
また、図１２のように、リーク検出用素子２４０を金属層２４６と、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極２４２で構成してもよい。このように構成したリーク検出用素子２４０は、Ｍｏからなるリーク検出用素子電極２４２がＡｕからなる金属層２４６と接しており、リーク検出用素子電極２４２の側面および表面の一部が中空構造３４４ｂに接しているため、高湿度環境において、その電気抵抗は高くなる。したがって、リーク検査にかかる時間を短縮できるという効果を得られる。なお、リーク検出用素子電極２４２をＭｏ以外の腐食性金属または腐食性金属を含む合金で置き換えてもよい。具体的にはＷ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００８０】
また、金属層２４６をＡｕ以外の、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｇ、ＷＳｉのいずれよりもイオン化傾向が小さい金属で置き換えてもよい。具体的にはＰｔ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇのいずれか１つで置き換えてもよい。
【００８１】
また、リーク検査において、半導体装置３１０を置く高湿度環境での水蒸気分圧が高いほどリーク検出用素子４０の電気抵抗上昇の速度が速くなる。この水蒸気分圧は４９２ｈＰａ以上であるのが望ましい。
【００８２】
また、リーク検査において、半導体装置３１０を高湿度環境に置くのではなく、アルカリ性気体、例えばアンモニアを含む気体雰囲気中に置いてもよい。アルカリ性気体がアンモニアを含む気体の場合、望ましい条件は、気体中のアンモニアのモル分率が０．１％以上、かつ、気体の水蒸気分圧が９．５１ｈＰａ（湿度３０％ＲＨ、温度２５℃のときの水蒸気分圧）以上である。
【００８３】
また、実施の形態３ではふた基板２５０を半導体からなる基板としたが、絶縁性を持つ樹脂製のシートフィルムをラミネート法またはＳＴＰ（Spin-coating film Transfer and hot-Pressing technology）法で貼り合わせたものでもよい。あるいは、これら以外の、中空構造３４４ａおよび中空構造３４４ｂの気密性が保てる部材・製造方法を用いてもよい。
【００８４】
また、チップ分離前のウエハ状態の半導体装置に対してリーク検査を実施してもよい。この場合、ふた基板２５０はダイシングによりチップサイズに分離しておく。ダイシングライン上に外壁２２０がある場合は、これもダイシングにより分離しておく。ただし、半導体基板３３０はダイシングせず、ウエハ状態を保っておく。そうすると、リーク検査前に半導体装置３１０を検査装置まで移動させるときなどに、分離されたチップ状態の複数の半導体装置を取り扱う必要がなく、ウエハ状態のまま半導体基板を取り扱うことができる。このため、半導体装置のハンドリングが容易になる。さらに、リーク検出用素子２４０の電気抵抗を測定する際、ウエハプローバー装置を利用できるため、電気抵抗の測定にかかる時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１１０，２１０，３１０  半導体装置
１２  パッケージ基板
１４  リード
１５  リード電極
１６  ボンディングワイヤ
２０，１２０，２２０  外壁
２２，１２２，２２２，３２２  分離壁
２８  ふた
３０，２３０，３３０  半導体基板
３２，２３２，３３２  半導体素子
３３  半導体デバイス
３６，２３６，３３６  半導体素子電極
４０，２４０  リーク検出用素子
４２，２４２  リーク検出用素子電極
４３  リーク検出用デバイス
４４ａ，１４４ａ，２４４ａ，３４４ａ  中空構造
４４ｂ，１４４ｂ，２４４ｂ，３４４ｂ  中空構造
４６，２４６  金属層
４８，２４８  腐食性金属層
２５０  ふた基板
２５２  ビア
２５４  ふた電極
２５６  バンプ
【図１】
0006852840.tif 000002
【図２】
0006852840.tif 000003
【図３】
0006852840.tif 000004
【図４】
0006852840.tif 000005
【図５】
0006852840.tif 000006
【図６】
0006852840.tif 000007
【図７】
0006852840.tif 000008
【図８】
0006852840.tif 000009
【図９】
0006852840.tif 000010
【図１０】
0006852840.tif 000011
【図１１】
0006852840.tif 000012
【図１２】
0006852840.tif 000013
【図１３】
0006852840.tif 000014