(57)【要約】【課題】組成測定用の合金バンプの組成を測定することにより、組成測定用以外の合金バンプの合金組成測定を正確に調べることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】能動素子１０と、能動素子１０の電極上に形成された第１のバリアメタル層２２と、第１のバリアメタル層２２上に形成された第１の合金バンプ２４とを備える。さらに、能動素子１０の電極上以外に形成された、第２のバリアメタル層３２と、第２のバリアメタル層３２の下部及び第２のバリアメタル層３２の周囲に形成されためっきシード層１５ａと、第２のバリアメタル層３２上及びめっきシード層１５ａに形成される第２の合金バンプ３６とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子 上にめっきシード層を形成する工程と、
前記めっきシード層上に第１のレジスト層を形成する工程と、
前記第１のレジスト層に複数の開口部を形成する工程と、
電解めっき法を用いて前記開口部に合金層 を形成する工程と、
前記第１レジスト層を除去する工程と、
前記合金層の少なくとも１つにおいて、前記合金層と前記合金層の周囲を第２のレジスト層により被覆する工程と、
前記第２のレジスト層で覆われた部分以外の前記めっきシード層を除去する工程と、
前記合金層を溶融する工程と
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記開口部の最大開口径が、７５μｍ以下 である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記合金層の周囲を被覆する前記第２のレジスト層の最大径が１００μｍ以上である請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記開口部が第１の開口部と第２の開口部からなり、前記第１の開口部と前記第２の開口部の最大開口径の差が５０％以下である請求項１ 記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第２のレジスト層により被覆する工程を、ディスペンサを用いたポッティング法により行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記合金層を形成する工程を、電解めっき法により行う請求項１ 記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
能動素子と、
能動素子の電極上に形成された第１のバリアメタル層と、
前記第１のバリアメタル層上に形成された第１の合金バンプと、
前記能動素子の電極上以外に形成された、第２のバリアメタル層と、
前記第２のバリアメタル層の下部及び前記第２のバリアメタル層の周囲に形成されためっきシード層と、
前記第２のバリアメタル層上及び前記めっきシード層に形成される第２の合金バンプと
を備える半導体装置。
【請求項８】
前記第１の合金バンプの最大径が７５μｍ以下である請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２の合金バンプの最大径が１００μｍ以上である請求項７記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動素子上に複数の合金バンプが形成された半導体装置及びその製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩により、例えば、半導体チップ等の能動素子と有機基板、能動素子とウエハ基板、又は、能動素子同士の高速伝送技術として、合金バンプを用いたフリップチップ接続が主に多端子接続の高速信号電送技術として用いられている。
【０００３】
上述の接続方法で用いられる合金バンプは、ＳｎＰｂ系合金、ＳｎＡｇ系合金、及び、ＳｎＣｕ系合金等の複数の金属からなり、一定の組成で形成される合金である。これは、合金化によりバンプ強度が向上し、接続信頼性を向上させることができるためである。一般的にこのような合金バンプは、能動素子等の電極上に、電解めっきを行うことで形成される。
【０００４】
ところでこの合金バンプは、その合金組成が変化すると、バンプの強度が低下して接続信頼性が低下する。さらに、合金は組成により溶融温度が変わるため、フリップチップ接続時の合金バンプの溶融温度が変わり、接続信頼性に影響が出る。この結果、フリップチップ接続の際、半導体チップと基板との間のギャップ寸法が変化してしまい、フリップチップ接続の後の工程で用いられるアンダーフィル樹脂の流入性が変わり、信頼性に悪影響を与える。
【０００５】
上述のように、バンプの合金組成の管理は、バンプ製造時の重要な管理項目である。このため、従来、合金バンプが形成された製品に対する、製造工程品質検査（ＩＰＱＣ：In Process Quality Control）管理手法として、製品に形成されたバンプの合金組成を非破壊で測定できる、蛍光Ｘ線を用いた組成測定が行われている。
【０００６】
一方、近年の合金バンプの形成技術の進歩により、上述のフリップチップ接続に用いる合金バンプの最大径が、例えば従来の１００μｍ〜１５０μｍから、５０μｍ以下に小径化している（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
この最大径が５０μｍ以下の合金バンプは、一般にマイクロバンプと呼ばれている。
【０００７】
半導体装置等に、このようなマイクロバンプを用いることによって、バンプ当りの接続容量を低減することができる。さらに、バンプ径を５０μｍ以下とすることで、半導体チップ当りのバンプの数を従来よりも増やすことができる。このため、フリップチップ接続間において、高速信号電送が可能となる。
最大径が５０μｍ以下のマイクロバンプにおいても、上述の従来の最大径が１００〜１５０μｍの合金バンプと同様に、合金組成の厳密な管理が必要である。
【０００８】
【非特許文献１】pp.28-34, Nov. 2002. [5] T. Ezaki, K. Kondo, H. Ozaki, N. Sasaki, H. Yonemura, M. Kitano,. S. Tanaka, and T. Hirayama, “A 160 G/b/s interface design con-. figuration for multichip LSI,” ISSCC Digest of Technical Papers
【非特許文献２】江崎孝之，尾崎裕司，石川夏也，佐々木直人：COC技術を採用した高速データ転送技術，エレクトロニクス実装学会誌，Vol. 8, No. 7, p. 550-554（2005）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の蛍光Ｘ線を用いた合金バンプの組成測定方法は、例えば、Ｘ線源から発せられたＸ線を、コリメータ及びスリット（窓）を用いて絞り、バンプに直接照射してバンプからの特性Ｘ線を検出機を用いて検出し、特性Ｘ線量から組成を同定するものである。
このため、コリメータによりＸ線照射範囲は最小で直径３０〜５０μｍ程度に絞ることができる。しかし、Ｘ線の照射範囲を小さくすることにより、被測定物に照射されるＸ線量が減少する。このため、合金組成の測定に時間を要することになる。さらに、測定結果は微量な特性Ｘ線量を検出器で検出するため検出器のノイズにより精度が悪化し、正確な合金組成の測定ができなくなるなどの弊害が起こる。
従って、個々の合金バンプの合金組成を精度良く測定するためには、バンプの最大径を１００〜１５０μｍ程度にする必要がある。そして、１００μｍ以下のバンプ径であるマイクロバンプの合金組成を高速で、かつ精度よく測定することは困難であった。
【００１０】
このため、マイクロバンプのようなバンプの最大径が５０μｍ以下の合金組成の管理は、接続端子用の合金バンプの他に、蛍光Ｘ線測定機で組成が測定できるような１００〜１５０μｍの組成測定用の合金バンプを、ウエハ上に形成する。そして、この組成測定用の合金バンプの組成が、マイクロバンプの組成と同一組成であるとみなして、合金組成を測定することが行われる。
【００１１】
この接続端子用の合金バンプと組成測定用の合金バンプの構成について、図７を用いて説明する。図７Ａに、ウエハ５０上でダイシングされた状態の複数の半導体チップ等による能動素子５１を備える半導体装置を示す。また、この能動素子５１を備える半導体装置の拡大図を図７Ｂに示す。
図７Ｂに示すように、能動素子５１には、能動素子５１の外縁に沿って形成された複数のアルミニウム等からなる電極５４と、この電極５４上に形成された接続端子用の合金バンプ５２とを備える。また、能動素子５１の中央部に形成された組成測定用の合金バンプ５３を備える。
接続端子用の合金バンプ５２は、バンプの最大径が５０μｍ以下のマイクロバンプである。また、組成測定用の合金バンプ５３は、上述のＸ線による組成測定に供するために、１００μｍ以上のバンプ径である。
【００１２】
上述の図７Ａ，Ｂに示すウエハ５０上の接続端子用の合金バンプ５２及び組成測定用の合金バンプ５３は、一般に上述の能動素子５１等の電極上に、電解めっきを行うことで形成される。この接続端子用の合金バンプ５２及び組成測定用の合金バンプ５３の製造方法を図８〜１１を用いて説明する。なお、図８〜１１では、図７Ｂに示した半導体装置の断面図であり、能動素子と、能動素子上に形成する接続端子用の合金バンプと、組成測定用の合金バンプとを１つずつ例示する。
【００１３】
図８Ａに示すように、まず能動素子５１は、接続端子用の合金バンプ形成領域５５、及び、組成測定用の合金バンプ形成領域５６にそれぞれ電極５７，５８を備える。
そして、この能動素子５１に、洗浄及び逆スパッタ等を行い、能動素子５１の不純物等の汚れを除去し、図８Ｂに示すように、例えばスパッタ等を用いてめっきシード層５９を形成する。そして、図８Ｃに示すようにめっきシード層５９上にレジスト層６０を形成する。
次に、図９Ｄに示すように、レジスト層６０を、パターンマスク６１を用いて露光する。
そして、露光後にレジスト層６０を現像し、図９Ｅに示すようにレジスト層６０に開口部６２及び６３を形成する。また、必要に応じて開口部６２及び６３内のスカムを除去する。
露光により形成される開口部６２及び６３は、後の工程で形成する合金バンプの大きさに合わせて形成される。つまり、接続端子用の合金バンプ形成領域５５に形成される開口部６２は、マイクロバンプ用に最大開口径が５０μｍ以下である。
そして、組成測定用の合金バンプ形成領域５６に形成される開口部６３は、最大開口径が１００μｍ以上である。また、パターンマスク６１も、上記の開口径に合わせてパターンが形成される。
【００１４】
次に、能動素子５１に電解めっきを行うことにより、図９Ｆに示すように、開口部６２，６３内のめっきシード層５９上に、バリアメタル層６４及び６５を形成する。
さらに、能動素子５１に電解めっきを行い、図１０Ｇに示すように、バリアメタル層６４及び６５上に、合金層６６及び６７を形成する。そして、剥離剤等を用いてレジスト層を除去し、図１０Ｈに示すようにめっきシード層５９、バリアメタル層６４，６５、及び、合金層６６，６７を露出する。
そして、図１０Ｉに示すように、能動素子５１上で露出した部分のめっきシード層５９を除去する。
【００１５】
次に、図１１Ｊに示すように、能動素子５１上をフラックス６８でコーティングする。そして、図１１Ｋに示すように、フラックス６８をコーティングした状態で能動素子５１にリフロー等を行い、合金層を溶融する。そして、溶融させた合金層を冷却して固化した後、フラックス６８を洗浄する。
以上の工程により、図１１Ｌに示すように、能動素子５１と、能動素子５１上に形成された接続端子用の合金バンプ５２及び組成測定用の合金バンプ５３とを備えた、半導体装置を製造することができる。
【００１６】
しかし、上述の工程で合金層を形成した場合には、接続端子用の合金バンプと、組成測定用の合金バンプとで、合金組成の差が発生することがある。
これは、電解めっきで合金層を形成する工程において、レジスト層の開口部の径が、接続端子用の合金バンプ形成領域と、組成測定用の合金バンプ形成領域とで異なるため、開口部内でのめっき液の流動性が、それぞれ異なるためである。
このような電解めっきによって合金層を形成する際の、開口部径の差によるめっき液の流動性と、発生する合金組成の差について、図１２を用いて説明する。
【００１７】
まず、図１２Ａに、バンプ径１００μｍ程度の従来の合金バンプの形成工程を示す。図１２Ａは、能動素子５１と、能動素子５１上に形成されためっきシード層５９と、このめっきシード層５９上に開口部７１及び開口部７２が形成されたレジスト層６０とを表す。
レジスト層６０の開口部７１は、接続端子用の合金バンプを形成するための開口部である。このため、開口部７１の径は、接続端子用のバンプ径に合わせて１００μｍ程度に形成される。
そして、レジスト層６０の開口部７２は、組成測定用の合金バンプを形成するため開口部である。このため、開口部７２の径は、組成測定用の合金バンプ径に合わせて１００〜１５０μｍに形成される。
【００１８】
このように、開口部７１及び開口部７２の径が、共に１００μｍ程度の場合には、開口部のアスペクト比が低いため、電解めっきにより合金層を形成するときの、開口部内でのめっき液の流動性に差がない。このため、開口部の底部付近でも、めっき液の置換が容易に行われる。電解めっき中にめっき液の置換が容易に行われることにより、開口部内のめっき液の組成が常に一定の状態を維持している。
【００１９】
次に、接続端子用の合金バンプとして、バンプ径が５０μｍ以下のマイクロバンプを形成する場合を図１２Ｂに示す。
図１２Ｂは、能動素子５１と、能動素子５１上に形成されためっきシード層５９と、このめっきシード層５９上に開口部７３及び開口部７４が形成されたレジスト層６０とを表す。
レジスト層６０の開口部７３は、接続端子用のマイクロバンプを形成するための開口部である。このため、開口部７１の径は、接続端子用のマイクロバンプ径に合わせて５０μｍ以下に形成される。
そして、レジスト層６０の開口部７４は、組成測定用の合金バンプを形成するため開口部である。このため、開口部７４の径は、組成測定用の合金バンプ径に合わせて１００〜１５０μｍに形成される。
【００２０】
上述のように、開口部７３の径は、組成測定用の合金バンプを形成するための開口部７４の径に比べて小さい。このように、開口部の径が小さく、アスペクト比が高いと、開口部７３内のめっき液の流動性が悪くなる。このため、電解めっきにより合金層を形成するとき、特に開口部の底部付近においてめっき液が置換され難い。
めっき液の置換が行われないと、電解めっきにより、析出速度の速い金属が開口部７３内に析出することにより、開口部７３内のめっき液中で析出速度の速い金属のイオン濃度が低下する。このため、開口部７３内のめっき液の組成が、一定の状態を保てず、部分的な組成の偏りを示す。
【００２１】
これに対して、組成測定用の合金バンプを形成するための開口部７４の最大径は１００〜１５０μｍであるため、めっき液の流動性が高く、上述のマイクロバンプのようなめっき液中の組成の偏りが発生しない。
従って、電解めっき中に、めっき液の組成が開口部７３内と開口部７４とで異なるため、電解めっきによって形成する、開口部７３内合金層の組成と、開口部７４内の合金層の組成との間に差が発生する。
【００２２】
従って、図８〜１１を用いて説明した半導体装置の製造方法において、接続端子用の合金バンプと、組成測定用の合金バンプとでは、合金組成に差が発生する。
この結果、蛍光Ｘ線測定により、組成測定用の合金バンプで組成測定しても、接続端子用の合金バンプの組成を正確に調べることができない。
【００２３】
上述のように、蛍光Ｘ線により測定可能な組成測定用バンプと、接続端子用のマイクロバンプの組成が同等であるとみなして、組成測定用バンプ測定する方法では、バンプの微細化とともにそれぞれのバンプに合金組成の差が発生する。
さらに、組成測定用バンプと、接続端子用のマイクロバンプとの組成の誤差を確認する方法がない。そして、接続端子用のマイクロバンプの最大径が、例えば５０μｍから３０μｍ、２０μｍと微細化するに従い、組成測定用の合金バンプと接続端子用の合金バンプとの組成の差はさらに大きくなる。
【００２４】
また、上述の非破壊検査とは異なる方法での検査、いわゆる破壊検査を行うことも考えられる。しかし、破壊検査では、数チップ分の合金バンプを溶解し、溶解した合金バンプの平均組成を原子吸光法にて測定することで行う。このため、個々の合金バンプの組成を測定することができない。
【００２５】
上述した問題の解決のため、本発明においては、組成測定用の合金バンプの組成を測定することにより、組成測定用以外の合金バンプの合金組成を正確に測定することが可能な、半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の半導体装置の製造方法は、能動素子上にめっきシード層を形成する工程と、
めっきシード層上に第１のレジスト層を形成する工程と、第１のレジスト層に複数の開口部を形成する工程と、電解めっき法を用いて開口部に合金層を形成する工程を備える。そして、第１レジスト層を除去する工程と、合金層の少なくとも１つにおいて、合金層と合金層の周囲を第２のレジスト層により被覆する工程と、第２のレジスト層で覆われた部分以外のめっきシード層を除去する工程と、合金層を溶融する工程とを備える。
【００２７】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、能動素子上に、めっきシード層を形成し、このめっきシード層上に合金層を形成する。そして、形成した合金層のうち、少なくとも１つの合金層とその周囲を第２のレジスト層で被覆した後、めっきシード層を除去する。このため、第２のレジスト層で覆われた部分のめっきシード層は、除去されずに能動素子上に残存する。また、第２のレジスト層で被覆していないめっき下地層は、合金層の下部にのみ残存し、能動素子上の合金層の下部以外は除去される。
そして、第２のレジスト層を除去した後、合金層を溶融する。このとき、第２のレジスト層に覆われていた合金層は、能動素子上に残存する合金層の周囲のめっきシード層にぬれ広がり、合金層の形成時よりも最大径が大きな合金バンプとなる。また、第２のレジスト層に覆われていた合金層以外の合金層は、合金層の周囲にぬれ広がるめっき下地層がないため、形成時の合金層の最大径と同じ最大径の合金バンプとなる。
従って、能動素子上に、溶融後に形成時の最大径を維持する合金バンプと、形成時よりも大きな最大径となる合金バンプが存在する。
それぞれの合金層は、形成時の最大径が同じため、合金層ごとに組成が変化しない。このため、合金層を溶融した後、形成時の合金層と同じ最大径の合金バンプと、ぬれ広がりによって形成時の合金層よりも最大径が拡大した合金バンプとを、同じ組成で形成することができる。
形成時の合金層と同じ最大径の合金バンプを端子接続用に供し、ぬれ広がりによって形成時の合金層よりも最大径が拡大した合金バンプを組成測定に供することで、接続端子用の合金バンプと、組成測定用の合金バンプとを同じ組成で形成することができる。
【００２８】
本発明の半導体装置は、能動素子と、能動素子の電極上に形成された第１のバリアメタル層と、第１のバリアメタル層上に形成された第１の合金バンプとを備える。さらに、能動素子の電極上以外に形成された、第２のバリアメタル層と、第２のバリアメタル層の下部及び第２のバリアメタル層の周囲に形成されためっきシード層と、第２のバリアメタル層上及びめっきシード層に形成される第２の合金バンプとを備える。
【００２９】
本発明の半導体装置によれば、能動素子上に、第１の合金バンプと第２の合金バンプとを備える。そして、第１の合金バンプは、第１のバリアメタル層上に形成される。これに対し、第２の合金バンプは、第２のバリアメタル層上と、第２のバリアメタル層の周囲のめっき下地層上に形成される。このため、第２の合金バンプは、めっき下地層上にぬれ広がることにより、第２のバリアメタル層及び第１の合金バンプよりも最大径が大きい。
第１の合金バンプ及び第２の合金バンプは、めっき時は同じ径で形成されるため、めっき液の流動性がほぼ同じとなり、合金組成が同じになる。その後、めっき層を溶融して、第２の合金バンプの最大径を広げるため、同じ組成のものを比較的広い径で作成することができる。そして、第１合金バンプを端子接続用に供し、第２の合金バンプを組成測定に供することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、めっき液の組成の偏りに起因する合金組成の差が、接続端子用の合金バンプと、組成測定用の合金バンプとの間に発生しない。このため、組成測定用の合金バンプの金属組成を測定することにより、接続端子用の合金バンプの組成を正確に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
図１〜６に本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す。なお、図１〜６は、半導体装置の断面図であり、能動素子上に形成する接続端子用の合金バンプと組成測定用の合金バンプを、各１つずつ例示する。また、本実施の形態では、個片化した状態の半導体装置を例として製造方法の説明を行うが、これに係わらず、例えば個片化する前の半導体ウエハの状態でも同様に行うことができる。
【００３２】
まず、図１Ａに示すように、接続端子用の合金バンプを形成する第１の合金バンプ形成領域２０と、組成測定用の合金バンプを形成する第２の合金バンプ形成領域３０を備えた能動素子１０を準備する。
【００３３】
能動素子１０は、例えばシリコン等からなる半導体基体１１と、半導体基体１１上に形成される下地絶縁膜１２とを備える。また、下地絶縁膜１２上に、図示しないトランジスタ等の半導体素子や配線等を含む電子回路、及び、アルミニウム等からなる電極１４を備える。さらに、電極１４上を除いて形成される、図示しない電子回路形成面を保護するための保護層１３、いわゆるパッシベーション膜を備える。
【００３４】
上述の能動素子１０の表面を、例えば酸及び過酸化水素等を用いて洗浄する。さらに、能動素子１０の表面に、例えば逆スパッタ処理を行う。この工程により、能動素子１０の表面に付着した微粒子や重金属等の不純物を除去する。
【００３５】
次に、図１Ｂに示すように、能動素子１０上の全面に、めっき下地層となるめっきシード層１５を形成する。めっきシード層１５は、例えばスパッタリング法により、ＴｉやＣｕ等 を成膜する。
【００３６】
次に、図１Ｃに示すように、めっきシード層１５を形成した能動素子１０上に、第１のレジスト層１６を形成する。
まず、めっきシード層１５上の全面に、例えばスピンコート法を用いて、感光性のレジストを層厚２０μｍに塗布する。そして、塗布した感光性のレジストを乾燥させることにより、第１のレジスト層１６を形成する。
なお、レジスト層１６の層厚は、上記の厚さ以外でも製造する半導体装置の種類に応じて適宜変更でき、少なくとも電解めっきによって形成するバリアメタル層と合金層との合計の厚さよりも、厚く形成することが好ましい。このため、第１のレジスト層１６の形成には、厚膜を形成することが可能なフォトレジストを使用する。このような感光性のレジストとして、例えば、東京応化製ＰＭＥＲ−Ｐ−ＬＡ９００ＰＭ（商品名） を用いることができる。
【００３７】
次に、図２Ｄ に示すように、能動素子１０上に形成した第１のレジスト層１６を、パターンマスク１７を用いて露光する。そして、露光後、第１のレジスト層１６を現像する。この工程により、図２Ｅに示すように、能動素子１０上の、接続端子用の合金バンプを形成する第１の合金バンプ形成領域２０に、第１の開口部２１を形成する。また、能動素子１０上の、組成測定用の合金バンプを形成する第２の合金バンプ形成領域３０に、第２の開口部３１を形成する。また、必要に応じて、レジスト層１６に形成した第１の開口部２１及び第２の開口部３１内を洗浄し、スカムを除去する。
第１の開口部２１の最大開口径は、能動素子１０の電極１４上に形成する接続端子用の合金バンプの最大径と同じ開口径となるように形成する。また、第２の開口部３１の最大開口径は、第１の開口部２１の最大開口径と同じになるように形成する。
【００３８】
例えば、最大径が５０μｍ以下のマイクロバンプを形成する場合には、レジスト層に形成する開口部の最大径も、バンプ径に合わせて５０μｍ以下に形成する。このように、最大径が小さく、開口部のアスペクト比が高い開口部内に、電解めっきを行う場合は、開口部内のめっき液の流動性が低下する。そして、めっき液の流動性が低下した状態で電解めっきを行うと、析出速度の速い金属が開口部内に析出し、開口部内のめっき液中で析出速度の速い金属のイオン濃度が低下する。このため、開口部内のめっき液の組成が、一定の状態を保てず、部分的な組成の偏りを示す。
このように、めっき液の組成が偏った状態で、電解めっきにより合金層を形成すると、めっき液の組成の偏りに応じて、析出する合金層の組成が変化する。
【００３９】
しかし、第１の開口部２１と第２の開口部３１の開口径が同じであれば、電解めっきを行う際の開口部内のめっき液の流動性も第１の開口部２１と第２の開口部３１とで同じ様に低下する。そして、第１の開口部２１と第２の開口部３１のめっき液の流動性が同じであれば、開口部内のめっき液の組成も同じ様な偏りを示す。
このため、開口部内で、めっき液の組成の偏りが発生し、析出する合金層の組成が変動した場合でも、第１の開口部２１及び第２の開口部３１内に形成される合金層は、合金組成がほぼ同じになる。
【００４０】
なお、上述の第２の開口部３１の開口径と、第１の開口部２１の開口径は、厳密に同じである必要はない。第１の開口部２１と第２の開口部３１は、電解めっき中のめっき液の流動性の差に起因して、第１の開口部２１と第２の開口部３１内にそれぞれ形成される合金層に組成に、差が発生しない程度であれば、開口径に差があってもよい。
このため、第２の開口部３１の開口径が、第１の開口部２１の開口径に対して、±５０％ の差があっても、それぞれの第１の開口部２１，３１内に形成される合金層に組成の変化がほとんど発生しない。このため、第１の開口部２１の開口径に対して、第２の開口部３１の開口径は、５０％以下の差にすることが好ましい。
さらに、開口径の差が±２０％以下であれば、第１の開口部２１，３１内に形成される合金層の組成の差を小さくすることができる。このため、第１の開口部２１の開口径に対して、第２の開口部３１の開口径は、２０％以下の差にすることが好ましい。
【００４１】
次に、図２Ｆに示すように、電解めっき法を用いて、第１の開口部２１内のめっきシード層１５上に、第１のバリアメタル層２２を形成し、第２の開口部３１内のめっきシード層１５上に、第２のバリアメタル層３２を形成する。この第１のバリアメタル層２２及び第２のバリアメタル層３２は、めっきシード層１５を構成する、例えばＣｕ，Ｔｉ等の合金層への拡散を防ぐために形成する。
【００４２】
第１のバリアメタル層２２及び第２のバリアメタル層３２は、めっきシード層１５及び合金層への拡散速度が遅く、めっき液への耐性が高い金属で構成する。このような金属としては、例えばニッケル等を用いることができる。なお、バリアメタル層として、合金層に拡散し難い金属を用いた場合には、このバリアメタル層を形成しなくてもよい。
【００４３】
次に、図３Ｇに示すように、電解めっき法を用いて、第１の開口部２１内の第１のバリアメタル層２２上に、第１の合金層２３を形成し、第２の開口部３１内の第２のバリアメタル層３２上に、第２の合金層３３を形成する。
第１の合金層２３及び第２の合金層３３は、半導体装置の接続端子用の電極として使用できるはんだ合金により形成する。また、第１の合金層２３及び第２の合金層３３は、電解めっき法を用いて形成することができるはんだ合金により形成する。この合金としては、例えば、はんだ合金の融点や機械的特性等を考慮し、製造する半導体装置に応じて選択する。例えば、ＳｎＡｇ系合金、ＳｎＰｂ系合金、ＳｎＣｕ系合金等の二元系合金、及び、これらの元素を含む三元系合金、その他の添加元素等や不可避不純物を含む各種の合金を用いることができる。
【００４４】
電解めっき法による第１の合金層２３及び第２の合金層３３の形成工程では、第１の開口部２１と第２の開口部３１の開口径に差がない。このため、第１の合金層２３と第２の合金層３３との間で、上述のめっき液の流動性に起因した合金組成の差が発生しない。従って、第１の合金層２３と第２の合金層３３を、ほぼ同じ組成の合金で形成することができる。
【００４５】
次に、図３Ｈに示すように、剥離剤（はくり１０４ ）等を用いて、第１のレジスト層１６を除去する。第１のレジスト層１６を除去することにより、第１のバリアメタル層２２、第１の合金層２３、第２のバリアメタル層３２、及び、第２の合金層３３を露出する。さらに、能動素子１０上に形成しためっきシード層１５のうち、第１のバリアメタル層２２及び第２のバリアメタル層３２が形成された部分以外を露出する。
【００４６】
次に、図４Ｉに示すように、組成測定用の合金バンプを形成する第２の合金バンプ形成領域３０に、第２のレジスト層３４を形成する。
第２のレジスト層３４は、例えば、ディスペンサ３５を用いたポティング法により塗布した後、ホットプレート上で１００℃、１０分間保持し、塗布したレジストを乾燥して形成する。
【００４７】
第２のレジスト層３４は、第２の合金層３３、及び、第２のバリアメタル層３２を覆うように形成する。また、第２のレジスト層３４は、第２の合金層３３及び第２のバリアメタル層３２の周囲に形成されているめっきシード層１５を覆うように形成する。
この第２のレジスト層３４は、半導体装置に形成する組成測定用の合金バンプと同じ形状にめっきシード層１５を覆うように形成する。このため、第２のレジスト層３４は、例えば蛍光Ｘ線測定で合金組成の測定が可能な径である、１５０μｍ以上の最大径として形成する。
【００４８】
ディスペンサを用いたポッティング法では、例えば、シリンジ内に上述の第１のレジスト層を形成するために使用したレジストと同じものを入れ、ニードルサイズ＃２５ で１滴塗布する。この方法では、ディスペンサ３５から塗出する第２のレジスト層の塗布量を、例えば、ニードル径、加圧時間、及び、レジストの粘度により調整することで、第２のレジスト層３４の径を調整することができる。 
例えば、レジストの粘度を９００ｃｐ（０．９Ｐａ・ｓ）、第２のレジスト層３４の塗布径を１５０μｍとして形成することにより、蛍光Ｘ線測定機において、短時間で精度よく測定することが可能となる。
【００４９】
なお、第２のレジスト層３４は、第２の合金層３３及びその周囲のめっきシード層１５を覆うことができればよい。このため、例えば、フォトリソグラフィを用いた精密な画像形成等を行わなくてもよい。ポッティング法を用いることにより、工程数及びコストの増加を最小減に抑えることができる。
また、第２のレジスト層３４を形成するために使用するディスペンサの種類は限定されず、例えば、空気加圧により塗布するディスペンサの他に、例えばジェットディスペンス式ディスペンサ等を用いてレジストを塗布しても同様の効果が得られる。
【００５０】
次に、図４Ｊに示すように、能動素子１０上で露出しているめっきシード層１５をエッチングし、第２のレジスト層３４を形成した部分以外のめっきシード層１５を除去する。この工程により、能動素子１０上には、第２のレジスト層３４及び第２のバリアメタル層３２の下部に形成された、めっきシード層１５ａが残存する。
そして、第２のレジスト層３４を、第１のレジスト層の除去と同様に、剥離剤等を用いて除去する。第２のレジスト層３４を除去することにより、図５Ｋに示すように、めっきシード層１５ａを露出する。
【００５１】
次に、図５Ｌに示すように、能動素子１０の全面にフラックス１８を塗布する。そして、フラックス１８を塗布した状態で、能動素子１０にリフロー等を行い、第１の合金層２３と、第２の合金層３３を溶融する。この工程により、図５Ｍに示すように、合金が溶融した状態の第１の合金層２３ａと、第２の合金層３３ａが形成される。
【００５２】
合金が溶融した状態の第１の合金層２３ａは、第１のバリアメタル層２２上で表面張力により、バンプ形状となる。
また、合金が溶融した状態の第２の合金層３３ａは、フラックス１８により、第２のバリアメタル層３２上から、めっきシード層１５ａの全面にぬれ広がる。
めっきシード層１５ａの最大径は、半導体装置に形成する組成測定用の合金バンプの最大径に合わせて形成した第２のレジスト層３４と同じ、例えば１５０μｍである。このため、合金が溶融した状態の第２の合金層３３ａの最大径は、めっきシード層１５ａの最大径と同じく、例えば１５０μｍとすることができる。
【００５３】
次に、溶融した第１の合金層２３ａと第２の合金層３３ａを冷却して固化する。そして、第１の合金層２３ａと第２の合金層３３ａを固化した後、能動素子１０をアセトンなどの有機溶剤を用いて洗浄し、フラックス１８を除去する。
【００５４】
以上の工程により、図６Ｎに示すように、能動素子１０上の接続端子用の合金バンプを形成する第１の合金バンプ形成領域２０に、第１の合金バンプ２４を形成することができる。そして、能動素子１０上の組成測定用の合金バンプを形成する第２の合金バンプ形成領域３０に、第２の合金バンプ３６を形成することができる。
【００５５】
第１の合金バンプ２４は、接続端子用の合金バンプである。このため、第１の合金バンプ２４は、例えばバンプ径が５０μｍ以下のマイクロバンプである。そして、第２の合金バンプ３６は、組成測定用の合金バンプである。このため、第２の合金バンプ３６は、バンプ径が蛍光Ｘ線測定可能な１００μｍ以上、例えば１５０μｍの合金バンプである。
以上の工程により、接続端子用の第１の合金バンプ２４と、組成測定用の第２の合金バンプ３６とを備えた半導体装置４０を製造することができる。
【００５６】
上述の実施の形態において形成した半導体装置において、接続端子用の合金バンプと組成測定用の合金バンプは、電解めっきの際に同じ径の開口部内に形成される。このため、接続端子用の合金バンプと組成測定用の合金バンプが、同じ条件で形成される。
従って、レジストの開口径の違いにより、めっき液が開口部内部で十分に置換されないことに起因する合金組成のばらつきが生じにくく、電解めっきにて形成された組成測定用の合金バンプは、接続端子用のバンプとほぼ同じ組成の合金になる。
また、その後、組成測定用の合金バンプは、リフロー工程において、めっきシード層の径までぬれ広がる。このため、蛍光Ｘ線測定機で合金組成を測定するために、Ｘ線のビームサイズをバンプサイズに合わせて絞る必要がなくなる。従って、合金組成を測定するために十分な量の特性Ｘ線を組成測定電極から得ることが可能となり、合金組成を短時間で精度よく測定することができる。
【００５７】
上述のように、本発明の半導体装置及び製造方法によれば、例えばバンプの最大径が５０μｍ以下のマイクロバンプが形成された半導体装置において、バンプの最大径の微細化にともなう合金組成測定の困難を解消することができる。このため、従来の方法では難しかったマイクロバンプと同じ最大径の合金組成を短時間で高精度に測定することが可能となる。
また、本発明の製造方法によれば、マイクロバンプが形成された半導体装置において、非破壊検査により、高精度にバンプの合金組成を測定できるようになる。このため、近年のマイクロバンプの微細化に伴い、バンプの組成測定を直接行えないために起きていた、組成ずれに起因するバンプ合金の強度の低下を解消することができ、半導体装置の接続信頼性を向上させることができる。
【００５８】
本発明は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】Ａ〜Ｃは、本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程図である。
【図２】Ｄ〜Ｆは、本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程図である。
【図３】Ｇ，Ｈは、本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程図である。
【図４】Ｉ，Ｊは、本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程図である。
【図５】Ｋ〜Ｍは、本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程図である。
【図６】Ｎは、本発明の一実施の形態の半導体装置の断面図である。
【図７】Ａは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体ウエハの図である。Ｂは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の断面図である。
【図８】Ａ〜Ｃは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の製造工程図である。
【図９】Ｄ〜Ｆは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の製造工程図である。
【図１０】Ｇ〜Ｉは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の製造工程図である。
【図１１】Ｊ〜Ｌは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の製造工程図である。
【図１２】Ａ，Ｂは、本発明が解決しようとする課題を説明するための半導体装置の製造工程図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，５１  能動素子、２０  第１の合金バンプ形成領域、３０  第２の合金バンプ形成領域、１１  半導体基体、１２  下地絶縁膜、１３  保護層、１４，５４，５７，５８  電極、１５，１５ａ，５９  めっきシード層、１６  第１のレジスト層、１７，６１  パターンマスク、１８，６８  フラックス、２１  第１の開口部、３１  第２の開口部、２２  第１のバリアメタル層、３２  第２のバリアメタル層、２３，２３ａ  第１の合金層、３３，３３ａ  第２の合金層、３４  第２のレジスト層、３５  ディスペンサ、２４  第１の合金バンプ、３６  第２の合金バンプ、４０  半導体装置、５０  ウエハ、５２  接続端子用の合金バンプ、５３  組成測定用の合金バンプ、５５  接続端子用の合金バンプ形成領域、５６  組成測定用の合金バンプ形成領域、６０  レジスト層、６２，６３，７１，７２，７３，７４  開口部、６４，６５  バリアメタル層、６６，６７  合金層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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