JP2010096525A - 圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外圧や外光などのセンサ特性の変動要目を抑制し、安定したセンサ特性を実現すると同時に、感圧素子を形成した半導体基板を従来と同程度の機械的強度で保護することを可能とした圧力センサパッケージを提供する。
【解決手段】本発明に係る圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）は、半導体基板２の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部４、ダイアフラム部に配された感圧素子５、及び半導体基板の一面において、ダイアフラム部を除いた外周域に配され、感圧素子と電気的に接続された導電部７、を少なくとも備えた圧力センサ１と、半導体基板の外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が導電部と電気的に接続された貫通配線部１０と、半導体基板の他面側において、貫通配線部と電気的に接続されたバンプ１１と、半導体基板の一面側に感圧素子を覆うように配された保護基板２０と、を少なくとも有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに圧力センサモジュール及び電子デバイスに関する。

半導体圧力センサ(以下、圧力センサと示す。)は、ピエゾ抵抗効果などを利用して、シリコンなどの半導体基板上に生ずる圧力変化を電圧信号に変換する機能を有するセンサである。
従来の圧力センサ１００の構造を図１２に示す。シリコンなどからなる半導体基板１０１の一面１０１ａ側より、エッチングなどで基板を侵食する方法などにより半導体基板１０１の中央域に形成した凹部からなる圧力基準室１０２と、該圧力基準室１０２により半導体基板１０１が薄肉化されてなる領域(以下、ダイアフラム部１０３と示す。)と、該ダイアフラム部１０３に配され、圧力変化を電気信号に変換させるための感圧素子１０４と、半導体基板１０１の他面１０１ｂ上でダイアフラム部１０３を除く外周域に配され、感圧素子１０４の圧力による変化を測定するための電極部１０５と、から構成される。なお、電極部１０５以外の半導体基板１０１の他面１０１ｂ上には、感圧素子の保護を目的とした絶縁部が形成される場合がある。

このような圧力センサ１００は、主に樹脂からなるパッケージに封止することにより、圧力センサの電子部品として用いられる(以下、圧力センサパッケージと示す。)。
図１３に、樹脂による圧力センサパッケージ１１０の構造を示す。
樹脂等からなり、圧力導入孔１１１ａを有する箇体１１１を備え、該箇体１１１内部に形成される空間の中に、前記圧力センサ１００が絶縁材料からなる支持基板１１２上に配され、金線などを用いたワイヤーボンド１１３により、圧力センサ１００の電極部１０５と箇体１１１に設けられた金属リード１１４とが電気的に接続される。

図１３（ａ）に示すように、該支持基板１１２が、ガラスを主成分とする板材などで構成され、該支持基板１１２と、圧力基準室１０２を有する半導体基板１０１とを陽極接合法などにより張り合わせた構造を有する圧力センサ(以下、絶対圧型圧力センサと示す。)は、密閉された圧力基準室内の圧力を基準として、圧力センサ外部に印加される気体もしくは液体圧力を測定することができる。
一方、図１３（ｂ）に示すように、支持基板１１２に形成された圧力導入孔１１５を有することで圧力基準室１０２を密閉せず、圧力導入孔１１５により外部に造通する圧力センサ(以下、相対圧型圧力センサと示す。)では、半導体基板１０１の一面１０１ａ側と半導体基板１０１の他面１０１ｂ側に印加される気体圧力もしくは液体圧力の差を測定することができる。

このような圧力センサパッケージでは、圧力センサを、樹脂などで構成された筐体内に封止することにより、圧力センサがパッケージ外からの物理的衝撃などの外乱などから保護されると同時に、外部からの可視光を遮断することができるので、半導体基板に対する光励起による伝導キャリアの発生を抑制することができるという効果がある。

ただし、圧力センサパッケージの箇体を小型化するには、リードフレームのサイズや筐体内部の空間を縮小する必要がある。樹脂やリードフレームの加工精度などにより圧力センサパッケージのサイズ縮小が困難であるため、圧力センサを高密度に実装するためには、従来の圧力センサパッケージの構成をとることは困難であるという問題がある。

ところで、電子部品の実装基板に対する、圧力センサの高密度実装を目的とした、従来よりも小型の圧力センサを実現する方法として、半導体基板上に、外部との接続部となるバンプを形成する技術(以下、バンプ形成技術と示す)が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１４に、バンブ形成技術を用いて作製された圧力センサパッケージ１２０を示す。バンプ形成技術により作製した圧力センサパッケージは、圧力センサの半導体基板１２１と同程度の大きさで電子部品の実装基板に実装することが可能であるが、半導体基板１２１上に形成するバンプ１３０を、半導体基板１２１において感圧素子１２４形成面と同一面に形成するため、感圧素子１２４に、バンプ形成時の残留応力や動作時の温度変化による熱応力が影響し、センサ特性が変動しやすくなるという問題がある。

バンプ形成技術により、感圧素子に発生する応力を緩和することを目的として、感圧素子を配した半導体基板の反対側の面にバンプを形成することは効果的である。図１５に示すように、半導体基板１２１上のダイアフラム部１２３の外周領域に、感圧素子１２４が配された他面１２１ｂから一面１２１ａに向けて、半導体基板１２１の内部に貫通孔１２６を形成し、該貫通孔１２６内面にスパッタ法などにより金属膜１２７を堆積させ、他面１２１ｂ側に形成したバンプ１３０と、感圧素子１２４とを電気的に接続する貫通配線部１２８を形成する技術が知られている(以下、貫通配線形成技術と示す。)。

しかし、貫通配線形成技術とバンプ形成技術を用いて実装基板に実装することにより、感圧素子の形成面が露出してしまうという問題がある。図１３に示した圧力センサパッケージのように、樹脂などにより圧力センサが封止されていないために、感圧素子の保護が困難になると同時に、図１３の圧力センサパッケージの構造と比較して、感圧素子が外光に直接晒される可能性が高<、光による半導体基板内の伝導キャリアの励起による圧力センサのセンサ特性が変動するという問題が生ずる。
特開２００２−８２００９号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、圧力センサが貫通配線部を有し、バンプによりパッケージ化されてなる圧力センサパッケージにおいて、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制し、安定したセンサ特性を実現すると同時に、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することを可能とした圧力センサパッケージを提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する圧力センサモジュールを提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備え、優れた特性を有する電子デバイスを提供することを第三の目的とする。
また、本発明は、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な圧力センサパッケージの製造方法を提供することを第四の目的とする。

本発明の請求項１に記載の圧力センサパッケージは、半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサと、前記半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が前記導電部と電気的に接続された貫通配線部と、前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサパッケージは、請求項１において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の圧力センサパッケージは、請求項１又は２において、前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の圧力センサパッケージは、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記保護基板が、前記半導体基板と同レベルの線熱膨張係数を有することを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の圧力センサモジュールは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の電子デバイスは、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサを用い、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように前記保護基板を張り合わせる工程Ａと、前記半導体基板の他面側から、前記導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Ｂと、前記半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Ｃと、前記貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Ｄと、を少なくとも順に有することを特徴とする。

本発明の圧力センサパッケージでは、圧力センサを構成する半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が導電部と電気的に接続された貫通配線部と、前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子を覆うように配された保護基板を有することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の樹脂等を用いた圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを提供することができる。

本発明の圧力センサモジュールは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有する圧力センサモジュールを提供することができる。
また、本発明の電子デバイスは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有する電子デバイスを提供することができる。

また、本発明の圧力センサパッケージの製造方法では、圧力センサを構成する半導体基板の一面側に感圧素子を覆うように保護基板を張り合わせる工程Ａと、前記半導体基板の他面側から、導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Ｂと、半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Ｃと、貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Ｄと、を少なくとも順に有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を有する圧力センサパッケージを作製することができる。また、感圧素子を覆うように保護基板を配することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを容易に製造することが可能な製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る圧力センサパッケージの実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の圧力センサパッケージの一構成例を模式的に示す断面図である。図１に示す圧力センサパッケージは、絶対圧型であり、半導体基板内に設けた空間（空間部３）が圧力基準室として機能する構成例である。
本発明の圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）は、半導体基板２の一面２ａにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部４、前記ダイアフラム部４に配された感圧素子５、及び前記半導体基板２の一面２ａにおいて、前記ダイアフラム部４を除いた外周域に配され、前記感圧素子５と電気的に接続された導電部７、を少なくとも備えた圧力センサ１と、前記半導体基板２の前記外周域において、一面２ａと他面２ｂとを貫通して配され、一端が前記導電部７と電気的に接続された貫通配線部１０と、前記半導体基板２の他面２ｂ側において、前記貫通配線部１０と電気的に接続されたバンプ１１と、前記半導体基板２の一面２ａ側に前記感圧素子５を覆うように配された保護基板２０と、を少なくとも有することを特徴とする。
上記半導体基板２の他面２ｂから一面２ａに向かう貫通孔８が形成され、この貫通孔８に導体９が充填されることより貫通配線部１０が形成されている。

本発明の圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）では、圧力センサ１を構成する半導体基板２の前記外周域において、他面２ｂと一面２ａとを貫通して配され、一端が導電部７と電気的に接続された貫通配線部１０と、前記半導体基板２の他面２ｂ側において、前記貫通配線部１０と電気的に接続されたバンプ１１と、前記半導体基板２の一面２ａ側に前記感圧素子５を覆うように配された保護基板２０と、を少なくとも有する。
これにより本発明では、外圧や外光など、センサ外部から圧力センサ１に対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子５を覆うように配された保護基板２０を有することで、感圧素子５を形成した半導体基板２を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサ１が十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）を提供することができる。

図１に示すように、この圧力センサ１は、平板状の半導体基板２を基材とし、この半導体基板２の一面２ａにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部４を有する。この圧力センサ１では、前記半導体基板２の一面２ａにおいて、その中央域の内部に該一面２ａと略平行に配された空間部３（圧力基準室）を有する。そして、前記空間部３の存在により前記薄板化された領域をダイアフラム部４（感圧部）とする。このダイアフラム部４には感圧素子５として例えば４つの抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４が（図ではＲ_１、Ｒ_２のみ記載）配されている。

また、前記半導体基板２の一面２ａにおいて、前記ダイアフラム部４を除いた外縁域には、前記抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４ごとに電気的に接続された導電部７が配されている。

また、圧力センサ１において、導電部７を除く外縁域は、絶縁部（図示せず）によって覆われる形態が好ましい。絶縁部を設けることにより、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４が絶縁部によって被覆した構成が得られる。また、絶縁部は、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の外気との接触を遮断するため抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４の耐食性を向上させると共に、抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４がダイアフラム部４を介さずに直接、外部から受ける機械的な影響を大幅に削減する効果も有する。

感圧素子５として機能するｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部４の圧力変動を検出する検出回路（ストレンゲージ）を構成するものであり、リード配線を介して、いわゆるホイットストーンブリッジ回路を構成するよう互いが接続されている。それぞれの抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は外周部の導電部７まで電気的に接続されている。

このような抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部４の周縁部に配置すると良い。周縁部においては圧縮と引張の両応力が抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１が得られる。また、各抵抗体Ｒ_１〜Ｒ_４は、ダイアフラム部４の表面に配されており、例えばシリコン基板中にボロンなどの拡散源を注入することによって形成することができる。

保護基板２０は、従来の圧力センサパッケージの樹脂材料と同程度以上の機械的強度を有していることが望ましい。接着剤２１に含まれる樹脂材料を介して、半導体基板２と保護基板２０とが張り合わせられた場合は、保護基板２０と半導体基板２との熱膨張係数の差が緩和されるという効果がある。これにより、感圧素子５が形成された半導体基板２上にバンプ１１を形成する場合より、圧力センサ１のセンサ特性の変動を抑制することができる。
さらに、保護基板２０が半導体基板２と同レベルの線熱膨張係数を有することが好ましい。例えば、半導体基板２がシリコンからなる場合、保護基板２０は、絶縁性を有しシリコンと同程度の線熱膨張係数（３ｐｐｍ／Ｋ程度）をもつ材料からなる材料、例えばガラス等を用いることが望ましい。

また、保護基板２０が、半導体基板２からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することが好ましい。これにより、センサ外部からの光が圧力センサ１にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ１のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板２０に光吸収性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにカーボンブラック、べんがら、黒色のアニリンブラックなどの光吸収性顔料や染料を適当量、添加したものを保護基板２０とすればよい。

また、保護基板２０が、前記半導体基板２からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することが好ましい。これにより、センサ外部からの光が圧力センサ１にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ１のセンサ特性の変動を抑制することができる。
保護基板２０に光反射特性を具備させる場合は、例えば、保護基板の母材として透明なガラスや樹脂を主成分として用い、これにガラス質粉末や酸化亜鉛などの光輝性のある無機質粉末を適当量、添加したものを保護基板２０とすればよい。これらの無機質粉末は、光の反射効率が高く、センサ外部からの光が圧力センサ１にほとんど到達しない状態を実現することができる。したがって、圧力センサ１のセンサ特性の変動を抑制することができる。

保護基板２０と半導体基板２とは、それらの間に空隙部２２を有するように張り合わせられていることが好ましい。
本実施形態では、圧力基準室としての空間部３が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子５の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板２と保護基板２０との間に空隙があり、接着剤２１等により密閉されないことが必要である。この接着剤２１としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。特に、ヤング率がシリコンと同程度（１．７×１０^１１程度）のものが望ましいが、接着剤の硬度が低い場合は、その限りではない。

次に、このような圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）の製造方法について説明する。
図２及び図３は、本発明の圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記半導体基板２の一面２ａ側に前記感圧素子５を覆うように前記保護基板２０を張り合わせる工程Ａと、前記半導体基板２の他面２ｂ側から、前記導電部７が露出するように前記半導体基板２内に貫通孔８を形成する工程Ｂと、前記半導体基板２の他面２ｂ側から、前記貫通孔８内に導体を充填して貫通配線部１０を形成する工程Ｃと、前記貫通配線部１０のうち、前記半導体基板２の他面２ｂ側に露出した部位にバンプ１１を形成する工程Ｄと、を少なくとも順に有することを特徴とする。

これにより本発明では、センサ外部から圧力センサ１に対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を有する圧力センサパッケージ３０を作製することができる。また、感圧素子５を覆うように保護基板２０を配することで、感圧素子５を形成した半導体基板２を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサ１が十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ３０Ａ（３０）を容易に製造することが可能となる。
以下、工程ごとに順に説明する。

（１）まず、図２（ａ）に示すように、本発明では、上述したような、半導体基板２の一面２ａにおいて、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部４、前記ダイアフラム部４に配された感圧素子５、及び前記半導体基板２の一面２ａにおいて、前記ダイアフラム部４を除いた外周域に配され、前記感圧素子５と電気的に接続された導電部７、を少なくとも備えた圧力センサ１を用いる。

特に、本実施形態では、前記圧力センサ１を構成する前記半導体基板２として、その中央域の内部に該一面２ａと略平行に配された空間部３（圧力基準室）を有するものを用いる。
従来の圧力センサの圧力基準室の製造方法として、例えば、半導体基板２がシリコン単結晶で構成される場合、感圧素子５が配された半導体基板２の反対側の面を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などを用いてエッチングする方法が知られている。

本発明は、ＫＯＨ水溶液などを用いて半導体基板２をエッチングすることにより作製した圧力基準室を用いた圧力センサにも適用することができるが、圧力センサの小型化を実現するために、半導体基板２をＫＯＨ水溶液でエッチングする方法ではなく、半導体基板２内に密閉空間を形成する方法が、近年、盛んに検討されている。

半導体基板２内に圧力基準室として用いる密閉空間の形成方法としては、例えば S.Armbruster等により開示された方法(S.Armbruster et al.,“A NOVEL MICROMACHINING PROCESS FOR THE FABRICATION OF MONOCRYSTALLINE SI-MEMBRANES USING POROUS SILICON" Digest of Technical Papers Transducers '03, 2003,pp.246.)や、半導体基板２に凹部を形成した後に、別の基板と張り合わせる方法などが挙げられる。

（２）次に、図２（ｂ）に示すように、前記半導体基板２の一面２ａ側に前記感圧素子５を覆うように前記保護基板２０を張り合わせる（工程Ａ）。
このとき、前記半導体基板２と前記保護基板２０との間に空隙部２２を有し、かつ該空隙部２２を密閉しないように張り合わせる。

従来の圧力センサでは、感圧素子５を保護するための基板が、感圧素子５上に配されていない場合、導電部７をワイヤボンドで圧力センサパッケージのリードと電気的に接続し、樹脂などで構成された空間内に圧力センサを密閉する従来の圧力センサパッケージと比較して、外乱による圧力センサ１の機械的強度などの維持が困難になり、センサ特性が変動するという問題が生ずる。そこで、本発明では、感圧素子５を覆うように保護基板２０を配する。

具体的には、まず、感圧素子５が形成された半導体基板２の一面２ａにおいて、ダイアフラム部４を除いた外周域に、接着剤２１を付与する。
接着剤２１としては、例えばアクリル系やエポキシ系やポリイミド系等の接着剤２１が用いられ、熱硬化性でも室温硬化性でも構わない。ただし、接着時に導電部７に含まれる金属材料が融解し、凝集などにより電気的に断線すると、感圧素子５の電気抵抗変化による電圧変化を観測するための電流を、感圧素子５に印加することができないので、該金属材料の融点よりも低温で硬化できる接着剤２１を用いることが望ましい。

続いて、接着剤２１が付与された半導体基板２上に保護基板２０を配し、半導体基板２と前記保護基板２０とを張り合わせる。
ここで、前記半導体基板２と前記保護基板２０との間に空隙部２２を有するように張り合わせる。本実施形態では、圧力基準室としての空間部３が密閉されている構造の絶対圧型圧力センサであるため、感圧素子５の形成面上に、外部の気体圧力を印加する必要がある。したがって、半導体基板２と保護基板２０との間に空隙があり、接着剤２１などにより密閉されないことが必要である。この接着剤２１としては、たとえば、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系のものが好ましく、熱硬化性、室温硬化性の何れでも構わない。

半導体基板２と保護基板２０とを張り合わせる際、接着剤２１の種類によっては、必要に応じて半導体基板２と保護基板２０を加熱してもよい。半導体基板２と保護基板２０の間に空隙部２２が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板２０が変形し、また接着剤２１が流動して、空隙部２２が消失する場合がある。したがって、半導体基板２と保護基板２０とを加熱処理により接着する際、加熱温度以下で変形しない材料が主成分の保護基板２０及び接着剤２１を用いることが望ましい。
また、接着剤２１と保護基板２０は絶縁性を有することが望ましい。

（３）次に、図２（ｃ）に示すように、前記半導体基板２の他面２ｂ側から、前記導電部７が露出するように前記半導体基板２内に貫通孔８を形成する（工程Ｂ）。

貫通孔８は、例えば直径数十μｍ程度の円形とし、半導体基板２をＤＲＩＥ(Deep-Reactive IonEtching)法などにより侵食することで形成することができる。ＤＲＩＥ法は、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ_６ ）を用い、高密度プラズマによる侵食と、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行なうことにより(Bosch プロセス)、半導体基板２をエッチングするものである。なお、該貫通孔８を形成する方法は、ＤＲＩＥ法に限定されず、レーザ等による物理的加工も可能である。

（４）次に、図３（ａ）に示すように、前記半導体基板２の他面２ｂ側から、前記貫通孔８内に導体９を充填して貫通配線部１０を形成する（工程Ｃ）。
具体的には、まず、貫通孔８の内壁および半導体基板２面の他面２ｂ上に絶縁層（図示せず）を形成する。半導体基板２の他面２ｂ上に絶縁層を形成することにより、後に示す、貫通配線部１０を形成する際に半導体基板２表面を保護し、半導体基板と導電部の絶縁性を維持することができる。絶縁層は、例えばＳｉＯ_２ をプラズマＣＶＤ法などにより１μｍ程度成膜することで形成できる。絶縁層の構成材料はＳｉＯ_２ に限定されるものではなく、ＳｉＮや樹脂等の他の絶縁材料であっても良い。また、成膜方法は、スパッタ法や溶剤を用いたスピンコート法などを用いることができる。

続いて、導電部７と電気的に接続するように、貫通孔８の内部に導体９を充填し、貫通配線部１０を形成する。導体９は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性材料が用いられ、めっき法などにより該導体９を貫通孔８に充填する方法でよい。なお、導体９はＣｕに限定されず、他の金属材料やはんだ等の合金でもよい。また、充填方法は、ＣＶＤ法やスパッタ法などを利用することができる。さらに、貫通孔８に充填する導体９は、バンプ１１と感圧素子５との電気的な接続を形成することが目的なので、電気的接続が十分であれば該貫通孔８内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。

（５）次に、図３（ｂ）に示すように、前記貫通配線部１０のうち、前記半導体基板２の他面２ｂ側に露出した部位に、貫通配線部１０と電気的に接続するようにバンプ１１を形成する（工程Ｄ）。
バンプ１１は、例えばはんだボールを用いて形成することができる。なお、バンプ１１は、貫通配線部１０上に、直接形成することもできるし、半導体基板２の他面２ｂ上に、予め導電部(以下、再配線部と示す。)を形成しておき、貫通配線部１０の貫通孔直上と異なる位置に該再配線部と電気的に接続するようにバンプ１１を形成することもできる。

前記バンプ１１が、半導体基板２において、感圧素子５が配された面（一面２ａ）と同じ側の面に配されている場合、バンプ１１形成時の熱履歴により生ずる残留応力や、圧力センサ動作時の熱履歴や圧力履歴により生ずる応力が大きく、圧力センサ１の特性の変動や不安定性が生ずる場合がある。バンプ１１を、感圧素子５とは反対側の面（他面２ｂ）に配することにより、前記応力の影響が緩和され、センサ特性を安定させることができる。

また、本発明では、複数の電気的な接続個所が生じてしまう従来のワイヤボンドやリード等を用いずに、半導体基板２内部を貫通する貫通配線部１０を利用してダイアフラム部４の反対側の面に電気配線を引き出し、バンプ１１を形成することにより、バンプ１１のみで、圧力センサ１と電子部品の実装基板に電気的に張り合わせることができるため、高密度の実装が可能になる。
以上の工程により、図１に示すような圧力センサモジュール３０Ａ（３０）を作製することができる。

なお、半導体基板２と保護基板２０とを張り合わせた（工程Ａ）後に、前記保護基板２０を薄板化する工程（工程Ｆ）、又は、半導体基板２を薄板化する工程（工程Ｇ）をさらに有してもよい。
電子部品の実装基板に圧力センサモジュールを実装した場合の、実装後の圧力センサモジュールの高さは、保護基板２０と半導体基板２の厚さの和に依存するため、薄く高密度に実装する場合に不利になるという問題がある。そこで、保護基板２０と半導体基板２とを張り合わせた後に、ラッピングなどの研磨により、保護基板２０を薄くする、もしくは、保護基板２０を張り合わせた半導体基板２の他面２ｂ側から半導体基板２を薄くすることは、実装時の厚さを薄くするためには効果的である。工程ＦまたはＧにおいて、ウェハ状の半導体基板にウェハ状の保護基板を張り合わせた後に、研磨する方法が望ましい。

また、保護基板２０を張り合わせる前に、感圧素子５を形成した半導体基板２全面に絶縁体の保護膜を形成してもよい。
また、本実施形態で示した保護基板２０は、圧力センサモジュール形成後の感圧素子５の保護を目的としているが、貫通配線部１０を形成する際の、感圧素子５の保護基板２０として用いることも可能である。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態の圧力センサパッケージ３０Ｂ（３０）の一構成例を模式的に示す断面図である。図４に示す圧力センサパッケージは、差圧型であり、半導体基板内に設けた空間（空間部３）が孔部３ａにより外部空間と連通する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した第一実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。

上述した圧力センサパッケージ３０Ａでは、圧力基準室としての空間部３が半導体基板２内に密閉された構造とされていたが、この圧力センサパッケージ３０Ｂでは、圧力センサ１において、前記空間部３が、前記半導体基板２の他面２ｂ側に向かって開口する孔部３ａを有することを特徴とする。
これにより、この圧力センサ１は、相対圧型圧力センサとしてはたらき、半導体基板２の一面２ａ側と半導体基板２の他面２ｂ側に印加される気体圧力の差を測定することができる。本発明は、このような、相対圧型の圧力センサパッケージ３０Ｂ（３０）についても適用可能である。

次に、このような圧力センサパッケージ３０Ｂ（３０）の製造方法について説明する。
図５及び図６は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、上述した方法と同様にして、半導体基板２内に密閉空間として空間部３（圧力基準室）を形成する。

そして、図５（ａ）に示すように、前記圧力センサ１の前記空間部３に、前記半導体基板２の他面２ｂ側に向かって開口し、空間部３と半導体基板２の外部とを連通させる孔部３ａを形成する（工程Ｅ）。
前記空間部３に外気を導入するための孔部３ａ（圧力導入孔）を形成する。孔部３ａは、貫通孔８の形成と同様に、Boschプロセス、レーザ等の物理的加工などにより形成することができる。なお、この孔部３ａの形成は、貫通孔８の形成と同時に行ってもよい。

続いて、図５（ｂ）に示すように、感圧素子５が配された半導体基板２上に保護基板２０を配し、半導体基板２と保護基板２０と接着剤２１等により張り合わせる。本実施形態では、空間部３に孔部３ａが形成された構造であるため、相対圧型圧力センサとして機能させるためには、半導体基板２の感圧素子５の形成面上に、外部の気体もしくは液体圧力を印加する必要がある。したがって、保護基板２０と感圧素子５を配した半導体基板２との間に空隙部２２があり、接着剤２１により密閉されない状態が必要である。

なお、第一実施形態の場合と同様に、接着剤２１の種類により半導体基板２と保護基板２０を加熱してもよい。半導体基板２と保護基板２０の間に空隙部２２が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板２０が変形し、空隙部２２が消失する場合がある。したがって、半導体基板２と保護基板２０を加熱処理により接着する際、加熱温度以下で変形しない材料が主成分の保護基板２０を用いることが望ましい。ただし、保護基板２０が気体あるいは液体に対して透過性をもつ場合は、半導体基板２と保護基板２０の間に空隙部２２がない場合でも、半導体基板２外部の圧力が感圧素子５に伝達されるため、該空隙部２２がある必要はない。

その後、図５（ｃ）及び図６に示すように、第一実施形態の場合と同様にして、貫通電極部１０、はんだバンプ１１を形成する。
以上の工程により、図４に示すような、相対圧型の圧力センサモジュール３０Ｂ（３０）を作製することができる。

＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態を図面に基づいて説明する。
図７は、本実施形態の圧力センサパッケージ３０Ｃ（３０）の一構成例を模式的に示す断面図である。図７に示す圧力センサパッケージは、図１の圧力センサパッケージと同様に絶対圧型であるが、半導体基板と保護基板の間に設けた密閉空間（空隙部２２を密閉構造としてなる空間）が圧力基準室として機能する構成例である。
なお、以下の説明では、上述した実施形態との相違点について主に説明し、同様の部分については、その説明を省略する。

上述した圧力センサパッケージ３０Ａ、３０Ｂでは、半導体基板２と保護基板２０とは、それらの間に空隙部２２を有するように張り合わせられていたが、この圧力センサパッケージ３０Ｃ（３０）では、保護基板２０と半導体基板２との間に空隙部２２を有するとともに、該空隙部２２が密閉されていることを特徴とする。

本実施形態では、圧力センサパッケージ３０Ｃ（３０）において、半導体基板２外部と連通するように空間部３（圧力基準室）に孔部３ａ（圧力導入孔）を形成する場合に、圧力センサ１の保護と光励起キャリアの生成の抑制を目的として、樹脂などを用いて保護基板２０を感圧素子５が配された半導体基板２と張り合わせる際、該保護基板２０と半導体基板２との間に空隙部２２を形成し、かつ、該空隙部２２が密閉構造を有するように張り合わせることにより、保護基板２０と半導体基板２の間に形成された密閉空間である空隙部２２を新たな圧力基準室とすることができる。

次に、このような圧力センサパッケージ３０Ｃ（３０）の製造方法について説明する。
図８及び図９は、圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す模式的断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、上述した方法と同様にして、半導体基板２内に密閉空間として空間部３３（圧力基準室）、及び前記空間部３に孔部３ａ（圧力導入孔）を形成する。

続いて、図８（ｂ）に示すように、感圧素子５が配された半導体基板２上に保護基板２０を配し、半導体基板２と保護基板２０とを接着剤２１により接着する。なお、保護基板２０を配する前に、感圧素子５が配された半導体基板２の全面に絶縁膜を形成し、感圧素子５を保護してもよい。
本実施形態では、圧力基準室（空間部３）に対して圧力導入孔（孔部３ａ）が形成された構造で、絶対圧型の圧力センサ１を構成するために、感圧素子５が配された半導体基板２上を密閉し、外気を導入しないようにする必要がある。したがって、保護基板２０と半導体基板２との間に空隙部２２があり、さらに該空隙部２２を接着剤２１などにより密閉することが必要である。

従来のように、樹脂パッケージに配されたリードに対してワイヤボンドにより圧力センサの導電部とリードの電気的接続を形成し、樹脂パッケージに圧力センサを封止する場合、導電部７から半導体基板２外部にワイヤーが接続されるため、半導体基板２の感圧素子５形成面上を密閉することはできない。本実施形態では、上述したようなワイヤーを用いずに、貫通配線部１０及びバンプ１１を用いて実装基板に圧力センサ１を電気的に接続することで、半導体基板２の感圧素子５形成面上に密閉空間を形成することができる。

ところで、接着剤２１が、圧力センサ１の使用温度範囲内で変形した場合、空隙部２２の密閉性が低下する可能性がある。したがって、接着剤２１は、圧力センサ１の使用温度範囲内で変形しないことが望ましい。また、保護基板２０にガラス板などを用いる場合は、接着剤２１を用いず、陽極接合法などにより半導体基板２と保護基板２０とを接合してもよい。

その後、図８（ｃ）及び図９に示すように、第一実施形態の場合と同様にして、貫通電極部１０、はんだバンプ１１を形成する。
以上の工程により、図７に示すような、保護基板２０と半導体基板２の間に形成した密閉空間を圧力基準室とした、絶対圧型の圧力センサモジュール３０Ｃ（３０）を作製することができる。

なお、上述してきた実施形態では、圧力センサが、半導体基板の一面において、その中央域の内部に該一面と略平行に配された空間部を有し、該空間部の存在により薄板化された領域（ダイアフラム部）が設けられている場合を例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１０に示すように、半導体基板２の他面２ｂ側を、溶剤などで基板をエッチングする方法などにより、該半導体基板２の中央域に形成された凹部２５を有し、該凹部２５により半導体基板２が薄肉化された領域（ダイアフラム部４) が設けられている場合（差圧型）であっても、本発明は適用可能である。

また、図１１に示すように、図１０の凹部２５を例えばガラス等からなる絶縁性基板２６で塞ぎ、該凹部２５が密閉空間をなす構成とした場合（絶対圧型）であっても、本発明が適用可能である。この場合は、半導体基板２とともに絶縁性基板２６も貫通するように貫通電極部１０を設けることにより、バンプ１１が絶縁性基板２６の外面側に配置される。なお、絶縁性基板２６とバンプ１１との間には、導電部２７を設けるとより好ましい。例えば、導電部２７はバンプ１１を配する位置を調整する等の利点をもたらす。

以上、説明してきたように、本発明では、外圧や外光など、圧力センサ外部から圧力センサに対するセンサ特性の変動を抑制することができ、安定したセンサ特性を実現することができる。また、感圧素子を覆うように配された保護基板を有することで、感圧素子を形成した半導体基板を従来の圧力センサパッケージと同程度の機械的強度で保護することが可能となる。その結果、本発明では、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージ及びその製造方法を提供することができる。

また、本発明は、上述したような圧力センサパッケージを搭載した圧力センサモジュール及び電子デバイスにも及ぶ。本発明の圧力センサモジュール及び電子デバイスは、安定したセンサ特性を有するとともに、圧力センサが十分な機械的強度で保護された圧力センサパッケージを備えているので、優れた特性を有するものとなる。このような電子デバイスとしては、例えば一般工業用計測機器、電子血圧計、高度、気圧、水深計測機能付き電子機器、携帯機器、自動車などが挙げられる。

以上、本発明の圧力センサパッケージ及びその製造方法について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、ストレンゲージとして機能するｐ型抵抗体の配置および数に関しては、種々の変形例が考えられ、要は、ダイアフラム部（感圧部）の圧力歪を検出できれば、その配置や数はいかなるものでも構わない。

本発明は、圧力センサパッケージ及びその製造方法、並びに、圧力センサパッケージを搭載した電子デバイス及び電子機器に広く適用可能である。

本発明に係る圧力センサパッケージの一例を示す断面図。 図１に示す圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す断面図。 図２に続く工程を順に示す断面図。 本発明に係る圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 図４に示す圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す断面図。 図５に続く工程を順に示す断面図。 本発明に係る圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 図７に示す圧力センサパッケージの製造方法の一例を工程順に示す断面図。 図８に続く工程を順に示す断面図。 本発明に係る圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 本発明に係る圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 従来の圧力センサパッケージの一例を示す断面図。 従来の圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 従来の圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。 従来の圧力センサパッケージの他の一例を示す断面図。

符号の説明

１ 圧力センサ、２ 半導体基板、３ 空間部、３ａ 孔部、４ ダイアフラム部、５ 感圧素子、７ 導電部、８ 貫通孔、９ 導体、１０ 貫通配線部、１１ バンプ、２０ 保護基板、２１ 接着剤、２２ 空隙部、３０（３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ） 圧力センサパッケージ。

Claims (7)

1. 半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、
   前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
   前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサと、
   前記半導体基板の前記外周域において、一面と他面とを貫通して配され、一端が前記導電部と電気的に接続された貫通配線部と、
   前記半導体基板の他面側において、前記貫通配線部と電気的に接続されたバンプと、
   前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように配された保護基板と、を少なくとも有することを特徴とする圧力センサパッケージ。
2. 前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光吸収係数を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力センサパッケージ。
3. 前記保護基板が、前記半導体基板からの光励起による伝導キャリアの発生を防止するレベルの光反射特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧力センサパッケージ。
4. 前記保護基板が、前記半導体基板と同レベルの線熱膨張係数を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の圧力センサパッケージ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする圧力センサモジュール。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧力センサパッケージを搭載したことを特徴とする電子デバイス。
7. 半導体基板の一面において、その中央域で薄板化された領域からなるダイアフラム部、
   前記ダイアフラム部に配された感圧素子、及び、
   前記半導体基板の一面において、前記ダイアフラム部を除いた外周域に配され、前記感圧素子と電気的に接続された導電部、を少なくとも備えた圧力センサを用い、
   前記半導体基板の一面側に前記感圧素子を覆うように前記保護基板を張り合わせる工程Ａと、
   前記半導体基板の他面側から、前記導電部が露出するように前記半導体基板内に貫通孔を形成する工程Ｂと、
   前記半導体基板の他面側から、前記貫通孔内に導体を充填して貫通配線部を形成する工程Ｃと、
   前記貫通配線部のうち、前記半導体基板の他面側に露出した部位にバンプを形成する工程Ｄと、を少なくとも順に有することを特徴とする圧力センサパッケージの製造方法。

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