JP2006337378A

JP2006337378A - 半導体圧力センサ及びその製造方法

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Publication number: JP2006337378A
Application number: JP2006193078A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Sato; 正和佐藤; Tatsuya Ito; 達也伊藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP3908266B2

Abstract

【課題】バンプを用いて感圧チップと測定用電子機器を接続してなり、圧力測定精度と接続の信頼性を損なうことなく小型化を図れる半導体圧力センサとその製法を提供する。
【解決手段】本発明に係るシリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、ダイアフラムの裏面とガラス基板との間に第一の空間を形成し、ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成され、感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、導電層を介して樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成されたバンプとを有し、さらに導電層とバンプとの接続位置を、ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧またはガス圧の測定等に使用される半導体圧力センサ及びその製造方法に係り、特に、バンプを介した接続により小型化を図るとともに、被接続物の熱膨張差によりバンプに働く応力の影響を緩和して接続及びセンサの信頼性の向上を図った半導体圧力センサ及びその製造方法に関する。

半導体圧力センサ用感圧チップは、集積回路（ＩＣ）部品と同様のシリコン単結晶からできており、そのチップの中央部に、その厚さを薄くすることにより形成されたダイアフラムを備えている。そして、このダイアフラムの表面には、ピエゾ抵抗感圧ゲージ（半導体歪みゲージ）が形成されている。ダイアフラムに圧力が印加されると、ダイアフラムが変形して感圧ゲージの電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化が電気信号として検出され、これにより圧力または圧力の変化が測定される。半導体圧力センサには、相対圧を測定する相対圧型半導体圧力センサと絶対圧を測定する絶対圧型半導体圧力センサとがある。

絶対圧型半導体圧力センサの断面図を図１０に示す。感圧チップ２１の裏面側にガラス基板２３を貼り合わせることにより、ダイアフラム２０とガラス基板２３の間に真空の空間が形成されている。ダイアフラム２０の表面に印加される圧力が、裏面側の真空圧を基準とした絶対圧として測定される。図は、感圧チップ２１の表面に印加された圧力によりダイアフラム２０が湾曲している状態を示している。

従来の絶対圧型半導体圧カセンサとして、感圧チップ２１が筺体で保護されたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この圧カセンサの例を図１１に示す。シリコン基板にピエゾ抵抗感圧ゲージ（図示せず）が形成されてなる感圧チップ２１にガラス基板２３が取り付けられ、これらの間に真空室２４が形成されている。感圧チップ２１とガラス基板２３は筐体２５で覆われて、感圧チップ２１はボンディングワイヤ２６を介してリード２７に接続されている。

このような絶対圧型半導体圧カセンサでは、筐体２５の存在により、ボンディングワイヤ２６の損傷や感圧ゲージ電極の劣化が防止される。感圧ゲージ電極と外部測定用電子機器とを直接はんだで接続することは、熱膨張差により応力が発生し、センサ出力の変動要因となるため、両者の接続には、ボンディングワイヤ２６とリード２７が使用されている。その結果、筺体２５、ボンディングワイヤ２６及びリード２７を有する構造では、更なる小型化が困難となっている。

絶対圧型半導体圧力センサの小型化を図るため、感圧チップとリードとを導電性のバンプで電気的に接続したものが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この圧カセンサの一例を図１２に示す。感圧チップ３１の一面３２に、導電性を有するバンプ３３を形成し、感圧チップ３１の一面３２と基体３４の一面３５とを対向させた伏態で、バンプ３３とリード３６とを電気的に接続している。

しかしながら、この構造では、感圧チップ３１とリード３６がバンプ３３を介して強固に接続されているため、温度変化が発生した場合、感圧チップ３１と測定用電子機器との間の熱膨張差に起因する応力が発生し、バンプ３３に応力が集中しやすい。そして、この応力集中によりバンプ３３の歪みが大きくなると、電極の剥離や抵抗値の増大等の問題が生じる可能性がある。また、この応力によりピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に変動が生じる結果、センサが、圧力の変動が生じたものと誤認してしまう。従って、バンプ３３を用いた接続により小型化を図る場合には、バンプ３３に何らかの応力緩和機能を付与する必要がある。

一方、近年では、半導体装置の小型化に伴い、半導体パッケージの小型化が図られている。その中に、はんだバンプ部に樹脂ポスト構造を設け、この樹脂ポストによりはんだバンプに集中する応力を緩和させることによって、接続部の信頼性を向上させるとともに小型化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この半導体パッケージの一例を図１３に示す。ウェハ４１の絶縁層４３上に設けられた樹脂製突部４４を導電層４５で被覆したもので、樹脂製突部４４の変形により応力を分散、吸収する構成のポスト４６を形成することによって接続の信頼性を向上させるとともに、半導体パッケージの小型化を図っている。
特開２０００−８８６８７号公報特開２００２−８２００９号公報特開２００２−２８０４７６号公報

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、応力緩和機能を有するバンプを用いて感圧チップと測定用電子機器を接続することにより、圧力測定精度と接続の信頼性を損なうことなく小型化を図った半導体圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係る第一の発明は、シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、前記ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を前記第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、該樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、該導電層を介して前記樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第二の発明は、シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、前記ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を前記第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設された絶縁樹脂層と、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、該導電層上に形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第三の発明は、上記第一または第二の発明において、前記感圧チップが前記バンプ及び前記導電層を介して測定用電子機器と電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明に係る第四の発明は、シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、該第一の空間に印加される被測定圧力を前記ダイアフラムの表面に印加される圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、この樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、この導電層を介して前記樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第五の発明は、シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、該第一の空間に印加される被測定圧力を前記ダイアフラムの表面に印加される圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設された絶縁樹脂層と、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、この導電層上に形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第六の発明は、上記第四または第五の発明において、前記感圧チップが前記バンプ及び前記導電層を介して測定用電子機器と電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明に係る第七の発明は、上記第三または第六の発明において、前記バンプの周囲にて前記感圧チップを覆う絶縁樹脂層が形成されるとともに、少なくとも前記ピエゾ抵抗感圧ゲージ上の前記絶縁樹脂層が除去されていることを特徴としている。

本発明に係る第八の発明は、上記第三または第六の発明において、前記感圧チップの表面側が、前記バンプを介して前記測定用電子機器で覆われ、前記ダイアフラムの表面と前記測定用電子機器との間に形成された第二の空間と前記第一の空間との間における、前記ダイアフラムを介した圧力差を、前記被測定圧力として測定することを特徴としている。

本発明に係る第九の発明は、前記測定用電子機器が、前記半導体圧力センサが実装される回路基板であることを特徴としている。

本発明に係る第十の発明は、感圧チップ上に配設された感圧ゲージ電極及びピエゾ抵抗感圧ゲージを覆う樹脂層を形成し、この樹脂層の前記感圧ゲージ電極上に位置する部分の一部を除去して、平面視してリング状またはＣ字状をなす開口部を形成することで、前記感圧ゲージ電極上に突出する形状の樹脂製突部と、この開口部の周囲にて前記感圧チップを覆う絶縁樹脂層とを形成した後、前記樹脂製突部を覆う導電層を前記感圧ゲージ電極に電気通電可能に接続するよう形成し、この導電層を覆うようにバンプを形成する半導体圧力センサの製造方法であって、前記導電層と前記バンプとの接続位置は、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第十一の発明は、感圧チップ上に配設された感圧ゲージ電極及びピエゾ抵抗感圧ゲージを覆う樹脂層を形成し、この樹脂層の前記感圧ゲージ電極上に位置する部分の一部を除去して、平面視してリング状またはＣ字状をなす開口部を形成することで、前記感圧ゲージ電極上に突出する形状の樹脂製突部と、前記開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設される絶縁樹脂層とを形成した後、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆う導電層を前記感圧ゲージ電極に電気通電可能に接続するよう形成し、この導電層を覆うようにバンプを形成する半導体圧力センサの製造方法であって、前記導電層と前記バンプとの接続位置は、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることを特徴としている。

本発明に係る第十二の発明は、上記第十または第十一の発明において、前記ダイアフラム上の前記絶縁樹脂層は、前記感圧ゲージ電極上の開口と同時に除去されることを特徴としている。

第一および第二の発明によれば、ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体センサ、すなわち、絶対圧を測定する半導体センサが得られる。特に、第一の発明の半導体圧力センサおいては、測定用電子機器が接続されるバンプが、樹脂製突部を覆うように形成されているため、感圧チップと測定用電子機器との間の熱膨張差に起因して発生する応力がバンプに作用するのを、樹脂製突部の変形（圧縮、曲げ、剪断力等による変形）によって分散、吸収することができる。その結果、測定用電子機器に対するバンプの接続状態を安定に維持できるとともに、接続状態の変化による抵抗値の増大、電極剥離、バンプの極端な変形等の不都合を確実に防止できる。

また、第一および第二の発明に係る半導体圧力センサは何れも、感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることにより、応力の影響を受けやすいダイアフラムに対する、バンプを介した接続に起因する応力の影響を排除できるため、半導体圧力センサの測定精度が向上する。更に、測定用電子機器との接続により発生する応力を吸収するための緩衝部材を新たに設ける等の対策が不要となる。その結果、感圧チップと測定用電子機器との接続による圧力センサの厚さの増加が抑制され、半導体圧力センサの小型化が可能となるとともに、低コスト化が可能となる。

第四および第五の発明によれば、第一の空間に印加される被測定圧力をダイアフラムの表面に印加される圧力を基準圧として測定する半導体センサ、すなわち、相対圧を測定する半導体センサが得られる。特に、第四の発明の半導体圧力センサおいては、測定用電子機器が接続されるバンプが、樹脂製突部を覆うように形成されているため、感圧チップと測定用電子機器との間の熱膨張差に起因して発生する応力がバンプに作用するのを、樹脂製突部の変形（圧縮、曲げ、剪断力等による変形）によって分散、吸収することができる。その結果、測定用電子機器に対するバンプの接続状態を安定に維持できるとともに、接続状態の変化による抵抗値の増大、電極剥離、バンプの極端な変形等の不都合を確実に防止できる。

また、第四および第五の発明に係る半導体圧力センサは何れも、感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とすることにより、応力の影響を受けやすいダイアフラムに対する、バンプを介した接続に起因する応力の影響を排除できるため、半導体圧力センサの測定精度が向上する。更に、測定用電子機器との接続により発生する応力を吸収するための緩衝部材を新たに設ける等の対策が不要となる。その結果、感圧チップと測定用電子機器との接続による圧力センサの厚さの増加が抑制され、半導体圧力センサの小型化が可能となるとともに、低コスト化が可能となる。

本発明に係る半導体圧力センサの製造方法（第十の発明、第十一の発明）によれば何れも、導電層と前記バンプとの接続位置は、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置に作製されるので、上述したように、応力の影響を受けやすいダイアフラムに対する、バンプを介した接続に起因する応力の影響を排除できる半導体圧力センサが得られる。その際、感圧チップ上に形成された樹脂層に開口部を形成することで、樹脂製突部と周囲の絶縁樹脂層とを同時に形成できるため、これら樹脂製突部及び絶縁樹脂層を形成するための工程数の削滅による形成時間の短縮及び低コスト化が可能となる。その結果、半導体圧力センサの製造能率の向上及び低コスト化が可能となる。

以下、本発明に係る半導体圧力センサの実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る半導体圧力センサの構造の例を示す上方斜視図、図２は、本発明に係る絶対圧型半導体圧力センサの断面図、図３は、図２に示す半導体圧力センサの感圧ゲージ電極部の拡大図（図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図）である。

これらの図において、１は感圧チップである。感圧チップ１は、厚さ２００〜３００μｍ程度のシリコン単結晶からなり、感圧チップ１の中央部は、裏面から施されたエッチング等により、２０〜５０μｍ程度に薄くなっている。また、この薄い部分は、平面視して例えば円形状をなしている。この薄い部分の表面には、４本のピエゾ抵抗感圧ゲージＧ及びピエゾ抵抗感圧リードＬ（図１参照）が拡散形成される。感圧チップ１の外周部には感圧ゲージ電極５が形成されており、感圧ゲージ電極５とピエゾ抵抗感圧ゲージＧとは、個々のピエゾ抵抗感圧ゲージＧの端部から感圧チップ１の外周部に延びるピエゾ抵抗感圧リードＬにより接続されている。これにより、ホイートストンブリッジ回路が形成される。感圧チップ１の裏面側には、感圧チップ１の中央部を薄くすることにより、凹部４が形成されており、感圧チップ１の底部の外周部とガラス基板３とを真空室内で陽極接合することにより、凹部４とガラス基板３とで挟まれ、かつ真空に維持された空間（第一の空間）Ｓ内を基準圧とする圧力センサが得られる。また、感圧チップ１の薄い部分（ダイアフラム２）に外力がかかると、ダイアフラム２が変形し、ダイアフラム２の表面に形成された個々のゲージ抵抗が変化する。この、ホイートストンブリッジ回路における抵抗の変化を用いてセンサの出力の変動をモニタし、圧力に換算する。

感圧チップ１の表面は、感圧ゲージ電極５上とダイアフラム２上に開ロ部を有する絶縁樹脂層１０で覆われ、感圧ゲージ電極５の一部には、樹脂製突部６が形成されている。樹脂製突部６はシード層７及び導電層８により一部または全体が被覆されてポストＰを形成し、このポストＰを覆うようにバンプ９が形成されている。バンプ９はシード層７及び導電層８を介して感圧ゲージ電極５と電気導通可能に接続されており、その結果、バンプ９を測定用電子機器（図示せず）に接続すると、バンプ９を介して測定用電子機器と感圧ゲージ電極５とが電気導通可能に接続される。感圧ゲージ電極５としては、各種の導電性材料が採用可能であるが、ここではアルミニウムが採用されている。なお、ピエゾ抵抗感圧ゲージＧ及び感圧ゲージ電極５並びにピエゾ抵抗感圧リードＬの個数や形状及び取付け位置については各種の形態が採用可能であり、特に限定されない。

樹脂製突部６は、感圧ゲージ電極５上に隆起し、断面が台形状あるいは頂上に平坦部を有する半円形状をしている。
樹脂製突部６は、例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなり、その厚さは、例えば２５〜１００μｍであり、回転塗布法（スピンコート）、印刷法、ラミネート法等により形成可能である。

また、圧力センサとして使用した際に樹脂製突部６に作用する応力を考慮すると、樹脂製突部６を構成する樹脂の硬度は、ヤング率（弾性率）が５ＧＰａ以下であることが望ましい。また、ダイアフラム２を囲む個々の樹脂製突部６は、圧力センサとして使用した際にこれら樹脂製突部６に作用する応力のばらつきを防止するため、平面視した際にダイアフラム２を中心として対称となる位置に配置されることが望ましい。

樹脂製突部６に被覆された膜状のシード層７は、図３に示すように、樹脂製突部６の周囲に露出している感圧ゲージ電極５上にも形成されて、感圧ゲージ電極５に対して電気導通可能に接続されている。また、シード層７上には、膜状の導電層８が被覆形成されている。

シード層７は、導電層８の電解めっき（以下「めっき」と略称する）工程での給電層やＵＢＭ（アンダーバンプメタル）としての機能を果たす。ＵＢＭとしての機能とは、導電層８と樹脂製突部６との間の密着性の確保や、感圧ゲージ電極５と導電層８との間の金属拡散を防止する為のバリア等の機能である。シード層７としては、例えばＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｇ、Ａｕなどの金属或いは合金が採用可能であるが、一層の金属層からなる構成に限定されず、複数の金属層を積層した構成も採用可能である。本実施形態では、樹脂製突部６の底部の周囲に露出している感圧ゲージ電極５や樹脂製突部６の表面を覆う厚さ４０ｎｍ程度のＣｒ層と、このＣｒ層を覆う厚さ１００〜１５０nｍ程度のＣｕ層とをスパッタ法によって積層状態に形成した二層構造を採用している。

導電層８としては、ＣｕやＮｉなどの金属あるいは合金をめっきしためっき層が採用される。但し、この導電層８としては、一層の金属層（合金層を含む。以下同様）のみからなる構成に限定されず、例えば、複数の金属層が積層された構成も採用可能である。本実施形態では、シード層７を覆う厚さ３〜２０μｍ程度の銅めっき層と、この銅めっき層を覆う厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層と、更に、このＮｉめっき層を覆う厚さ０．１〜１．０μｍ程度のＡｕめっき層からなる三層構造を採用している。

この絶対圧型半導体圧力センサは、図４に示すように、バンプ９を介して測定用電子機器（回路基板１２）に実装される。また、ダイアフラム２の表面と回路基板１２とで挟まれた空間（第二の空間）１３は、回路基板１２に形成された孔Ｈを介して、圧力測定の対象となる空間（図示せず）に連通されるとともに、空間１３の周囲は、感圧チップ１の周囲を充填材１４でシールすることにより遮蔽される。そして、孔Ｈ及び空間１３を介してダイアフラム２の表面に印加される圧力が、空間Ｓ内の真空圧を基準とした絶対圧として測定される。

この絶対圧型半導体圧力センサによれば、バンプ９が樹脂製突部６を覆うよう形成されているため、感圧チップ１と測定用電子機器との間の熱膨張差に起因する応力を樹脂製突部６の変形によって吸収することができる。その結果、バンプ９と測定用電子機器との接続状態を安定に維持できるとともに、電極の剥離等の不都合を確実に防止できる。更に、センサへの応力の影響も抑えることができる。また、バンプ９と樹脂製突部６との接触面積が十分確保されるため、バンプ９に作用する応力を、樹脂製突部６に確実に伝達させることが可能となるとともに、バンプ９から樹脂製突部６を介して感圧チップ１側に伝わる固着力が向上し、応力の作用によるバンプ９の剥離等を防止できる。

次に、上記した絶対圧型半導体圧力センサの製造方法の一例を説明する。図５〜図９は、図２に示す絶対圧型半導体圧力センサの製造方法を示す工程図である。なお、本製造方法においては、通常、感圧チップ１はウエハ状で形成されるが、ここでは、個々のチップについて説明する。

まず、ダイアフラム２が形成され、その表面にピエゾ抵抗感圧ゲージＧ及びピエゾ抵抗感圧リードＬが拡散形成されるとともに、ダイアフラム２の周囲に感圧ゲージ電極５が形成された感圧チップ１を用意し、この感圧チップ１上に絶縁樹脂層１０を形成する。絶縁樹脂層１０は、感光性ポリイミド等の液状の感光性樹脂をスピンコートすることにより、ピエゾ抵抗感圧ゲージＧ及び感圧ゲージ電極５を、５〜１０μｍ程度の厚さで覆うよう形成される。

次いで、図５に示すように、フォトリソグラフィー技術により、感圧ゲージ電極５上に位置する絶縁樹脂層１０の一部を除去し、感圧ゲージ電極５上に平面視してリング状をなす開ロ部を形成する。これにより感圧ゲージ電極５上に開ロ部を有する絶縁樹脂層１０が形成されるとともに、開ロ部内に樹脂製突部６が形成される。また、これと同時にダイアフラム上の不要な絶縁樹脂層１０を除去する。この場合、感圧ゲージ電極５の縁部が絶縁樹脂層１０で覆われ、樹脂製突部６の周囲で感圧ゲージ電極５が露出するように絶縁樹脂層１０を除去するとともに、ダイアフラム２を囲む個々の樹脂製突部６が、平面視した際にダイアフラム２を中心として対称となる位置に配置されるように絶縁樹脂層１０を除去する。

なお、開口部の平面形状は必ずしもリング状に限定されない。例えば、開口部で囲まれた樹脂製突部６の一部を周囲の絶縁樹脂層１０と繋げることにより、上記平面形状がＣ字状をなす開口部を形成してもよい。

この手法では、絶縁樹脂層１０と樹脂製突部６とを同時に形成することができるため、形成時間の短縮や工程数の削減を実現できる。また、この工程では、後の工程で形成するバンプ９の形状に対応して、樹脂製突部６を所望の形状、寸法に形成することができるとともに、ダイアフラム２の形状に対応して、個々の樹脂製突部６を所望の位置に形成することができる。

絶縁樹脂層１０は、感光性ポリイミド等の感光性樹脂から形成されたシートあるいはフィルムの貼り付けによっても形成可能である。この場合も、フォトリソグラフィー技術により感圧ゲージ電極５上に位置する絶縁樹脂層１０の一部をリング状に除去して開ロ部を形成することで、絶縁樹脂層１０と樹脂製突部６とを同時に短時間で形成することができる。

次いで、絶縁樹脂層１０及び樹脂製突部６の形成後、シード層７を形成する。具体的には、絶縁樹脂層１０の開口部内にて、樹脂製突部６の周囲で露出している感圧ゲージ電極５及び樹脂製突部６の表面にスパッタ法により厚さ４０ｎｍ程度のＣｒ層を形成した後、このＣｒ層を覆う厚さ１００〜５００ｎｍ程度のＣｕ層をスパッタ法により形成する。このシード層７は、図６に示すように、絶縁樹脂層１０、樹脂製突部６及び開口部を覆い、感圧チップ表面全体にわたって形成される。

Ｃｒ層は、感圧ゲージ電極５、樹脂製突部６及び絶縁樹脂層１０に対する密着性に優れている。一方、Ｃｕ層は、後述する導電層８のめっき工程の給電層としての機能を果たすとともに、導電層８との密着性にも優れているため、シード層７と導電層８との間を密着させる機能を果たす。

なお、シード層７を構成する各金属層（前述のＣｒ層やＣｕ層）は、スパッタ法のほか、蒸着法等によっても形成できる。また、無電解めっき法によって樹脂製突部６に直接金属層（ここではＣｒ層）を被覆させることも可能である。

シード層７の形成後、めっき法により、シード層７を覆うように導電層８を形成する。この導電層８のめっき工程では、先ず、図６に示すように、絶縁樹脂層１０及び樹脂製突部６が形成された感圧チップ１上に、導電層８を形成する領域（ここでは、感圧ゲージ電極５上の開ロ部とその内側の樹脂製突部６とを含む領域）に対応する部分に開口を有するよう、レジスト１１を形成することにより、導電層８を形成しない領域を覆い、導電層８を形成する領域のみを露出させる。レジスト１１の形成に際しては、例えば、レジスト用の液状の感光性樹脂をスピンコートして、絶縁樹脂層１０や樹脂製突部６が形成された感圧チップ１上に樹脂層を形成した後、導電層８を形成する領域に対応する部分の樹脂層を、フォトリソグラフィー技術により除去する。

レジスト１１を形成した後、図７に示すように、レジスト１１の開ロ部に、導電層８をめっきにより形成する。具体的には、シード層７を覆う厚さ３〜２０μｍ程度の銅めっきを形成した後、この銅めっき層を覆う厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉめっき層を形成し、更に、このＮｉめっき層を覆う厚さ０．１〜１．０μｍ程度のＡｕめっき層を形成することにより、三層構造の導電層８を形成する。

なお、導電層８の形成領域に対応する開口部を有するレジスト１１の形成は、フォトリソグラフィー技術による感光性樹脂層の除去に限定されない。例えば、ドライフィルム状のレジストを感圧チップ上にラミネートし、このレジストの前記導電層８の形成領域に対応する部分を、レーザ加工、プラズマエッチング、ウエットエッチング等により除去して、導電層８めっき用の開ロ部を形成する手法等も採用可能である。

導電層８の形成が完了したら、レジスト１１を剥離し、不要なシード層７（絶縁樹脂層１０上及びダイアフラム２上のシード層７等）をエッチング等により除去する。その後、導電層８の表面上に、例えばはんだ製のバンプ９を形成する。バンプ９の形成方法としては。印刷法、メタルジェット法、またはフラックス上にはんだボールを載置する方法等が挙げられる。このバンプ９により、絶縁樹脂層１０の感圧ゲージ電極５上の開口部が封止される。

これにより、図３に示すような、応力緩和機能を有するバンプ９付きの絶対圧型半導体圧力センサが形成される。

なお、本発明は、下記実施の形態に限定されず、各種の変更が可能である。例えば、本発明は、相対圧型半導体圧力センサに対しても適用が可能である。

図８は、本発明に係る相対圧型半導体圧力センサを、バンプ９を介して測定用電子機器（回路基板１２）に実装した状況を示している。この相対圧型半導体圧力センサでは、感圧チップ１の凹部４とガラス基板３とで挟まれた空間Ｓが、ガラス基板３に形成された孔Ｈ２を介して、圧力測定の対象となる空間（図示せず）に連通される。また、回路基板１２には、大気と連通する孔Ｈがあり、その結果、ダイアフラム２の表面と回路基板１２とで挟まれた空間１３の気圧は、大気圧となっている。そして、孔Ｈ２及び空間Ｓを介してダイアフラム２の裏面に印加される圧力が、上記空間１３の気圧（大気圧）を基準とした相対圧として測定される。圧力センサを形成する他の構成、その製造方法、及び作用効果は、上記図１ないし図７に示す実施形態と同様である。

また、図９は、本発明に係る他の絶対圧型半導体圧力センサの構造の例を示す断面図である。この例では、なお、開口部で囲まれた樹脂製突部６の一部が周囲の絶縁樹脂層１０と繋がっており、この樹脂製突部６の端部（感圧ゲージ電極５の側方に位置する樹脂層１０の上部）に延びる導電層８上に、バンプ９が形成されている。この場合、バンプ９の下方がほぼ全て樹脂層１０となっているため、バンプ９が、感圧チップ１と測定用電子機器との接続に伴い生じる応力の影響を受けにくくなる。また、導電層８とバンプ９との接続位置を、ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置（例えばピエゾ抵抗ゲージからなるべく遠い位置）とすることが可能となる。

本発明に係る半導体圧力センサの構造の例を示す上方斜視図である。本発明に係る絶対圧型半導体圧力センサの構造の例を示す断面図である。図２の感圧ゲージ電極部の断面を示す拡大図である。図２の半導体圧力センサを、バンプを介して測定用電子機器に実装した状況を示す断面図である。図２の半導体圧力センサの製造方法の工程を示す図であって、絶縁樹脂層に開口部を設けた状態を示す。図２の半導体圧力センサの製造方法の工程を示す図であって、レジストを被覆後、導電層形成部を開口した状態を示す。図２の半導体圧力センサの製造方法の工程を示す図であって、導電層を形成した状態を示す拡大図である。本発明に係る相対圧型半導体圧力センサを、バンプを介して測定用電子機器に実装した状況を示す断面図である。本発明に係る絶対圧型半導体圧力センサの構造の例を示す断面図である。従来の絶対圧型半導体圧カセンサ内の感圧チップの例を示す断面図である。従来の絶対圧型半導体圧力センサの例を示す断面図である。接続用のバンプを有する従来の半導体圧力センサの例を示す断面図である。樹脂ポスト付きバンプを有する従来の半導体パッケージの例を示す断面図である。

Claims

シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、前記ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を前記第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、該樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、該導電層を介して前記樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサ。
シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、前記ダイアフラムの表面に印加される被測定圧力を前記第一の空間の圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設された絶縁樹脂層と、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、該導電層上に形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサ。
前記感圧チップが前記バンプ及び前記導電層を介して測定用電子機器と電気的に接続されている請求項１又は２に記載の半導体圧力センサ。
シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、該第一の空間に印加される被測定圧力を前記ダイアフラムの表面に印加される圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、この樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、この導電層を介して前記樹脂製突部の一部または全体を覆うように形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサ。
シリコン単結晶からなるダイアフラムの表面にピエゾ抵抗感圧ゲージが形成された感圧チップの裏面側にガラス基板を張り合わせ、前記ダイアフラムの裏面と前記ガラス基板との間に第一の空間を形成し、該第一の空間に印加される被測定圧力を前記ダイアフラムの表面に印加される圧力を基準圧として測定する半導体圧力センサにおいて、
前記感圧チップ表面に配設された感圧ゲージ電極上に形成された樹脂製突部と、開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設された絶縁樹脂層と、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆うように形成され、前記感圧ゲージ電極と電気的に接続された導電層と、この導電層上に形成されたバンプとを有するとともに、前記導電層と前記バンプとの接続位置を、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサ。
前記感圧チップが前記バンプ及び前記導電層を介して測定用電子機器と電気的に接続されている請求項４又は５に記載の半導体圧力センサ。
前記バンプの周囲にて前記感圧チップを覆う絶縁樹脂層が形成されるとともに、少なくとも前記ピエゾ抵抗感圧ゲージ上の前記絶縁樹脂層が除去されている請求項３または６に記載の半導体圧力センサ。
前記感圧チップの表面側が、前記バンプを介して前記測定用電子機器で覆われ、前記ダイアフラムの表面と前記測定用電子機器との間に形成された第二の空間と前記第一の空間との間における、前記ダイアフラムを介した圧力差を、前記被測定圧力として測定する請求項３または６に記載の半導体圧力センサ。
前記測定用電子機器が、前記半導体圧力センサが実装される回路基板である請求項８記載の半導体圧力センサ。
感圧チップ上に配設された感圧ゲージ電極及びピエゾ抵抗感圧ゲージを覆う樹脂層を形成し、この樹脂層の前記感圧ゲージ電極上に位置する部分の一部を除去して、平面視してリング状またはＣ字状をなす開口部を形成することで、前記感圧ゲージ電極上に突出する形状の樹脂製突部と、この開口部の周囲にて前記感圧チップを覆う絶縁樹脂層とを形成した後、前記樹脂製突部を覆う導電層を前記感圧ゲージ電極に電気通電可能に接続するよう形成し、この導電層を覆うようにバンプを形成する半導体圧力センサの製造方法であって、
前記導電層と前記バンプとの接続位置は、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサの製造方法。
感圧チップ上に配設された感圧ゲージ電極及びピエゾ抵抗感圧ゲージを覆う樹脂層を形成し、この樹脂層の前記感圧ゲージ電極上に位置する部分の一部を除去して、平面視してリング状またはＣ字状をなす開口部を形成することで、前記感圧ゲージ電極上に突出する形状の樹脂製突部と、前記開口部で囲まれた前記樹脂製突部の一部に繋がり、前記感圧ゲージ電極と前記感圧チップの上に跨って配設される絶縁樹脂層とを形成した後、前記樹脂製突部および前記絶縁樹脂層の一部または全体を覆う導電層を前記感圧ゲージ電極に電気通電可能に接続するよう形成し、この導電層を覆うようにバンプを形成する半導体圧力センサの製造方法であって、
前記導電層と前記バンプとの接続位置は、前記ピエゾ抵抗感圧ゲージの抵抗値に影響が生じにくい位置とする半導体圧力センサの製造方法。
前記ダイアフラム上の前記絶縁樹脂層は、前記感圧ゲージ電極上の開口と同時に除去される請求項１０または１１に記載の半導体圧力センサの製造方法。