JP2011191273A - ウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気密空間の気密信頼性が向上されたウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハとが常温接合されており、センサウェハとパッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部が、センサウェハとパッケージウェハそれぞれの外表面に形成された蒸着膜若しくは熱酸化膜によって閉塞されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサウェハとパッケージウェハとが接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体が提案されている。

特許文献１では、センサウェハとパッケージウェハとが互いに対向する対向面それぞれに設けられた枠状封止用接合層の各接合面を活性化してから、センサウェハとパッケージウェハそれぞれの枠状封止用接合層同士を接触させることで、センサウェハとパッケージウェハとを常温接合している。これにより、センサウェハとパッケージウェハとが接合されると共に、センサウェハと凹部とによって構成される空間（以下、気密空間と示す）に、センシング部が気密封止されている。なお、特許文献１では、枠状封止用接合層を多重に設けることで、気密空間の気密信頼性を高めている。

特許第３９３８１９８号公報

ところで、特許文献１に示されるウェハレベルパッケージ構造体では、上記したように、センサウェハとパッケージウェハとが常温接合されている。この常温接合は、枠状封止用接合層の接合面の表面状態に大きく依存する性質を有しており、例えば、気体分子との反応によって容易に汚染される虞がある。したがって、接合面が汚染された場合、気密空間の気密信頼性が低下する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、気密空間の気密信頼性が向上されたウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイス、及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハと、を有し、センサウェハとパッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体であって、センサウェハとパッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部が、センサウェハとパッケージウェハそれぞれの外表面に形成された第１蒸着膜によって閉塞されていることを特徴とする。

一般的に、蒸着膜は、蒸着膜の形成される面（形成面）に樹脂や金属などが堆積されることで形成される。したがって、形成面の表面に凹凸が形成されていたとしても、その凹凸形状に応じて、蒸着膜が形成される。このように、蒸着膜の場合、形成面の表面状態に依存しない性質を有している。

本発明では、センサウェハとパッケージウェハとが常温接合され、その接合面が、環状に形成されている。そして、その環状の接合面における外周側の端部（つなぎ目）が、第１蒸着膜によって閉塞されている。このように、表面状態に依存しない第１蒸着膜によって、つなぎ目が閉塞されているので、多重に設けられた枠状封止用接合層を常温接合することで、センシング部を気密封止する空間（気密空間）が形成された構成と比べて、気密空間の気密信頼性が向上される。

請求項１に記載の第１蒸着膜としては、請求項２及び請求項３に記載のように、絶縁蒸着膜、若しくは、金属蒸着膜を採用することができる。

上記した目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハと、を有し、センサウェハとパッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体であって、センサウェハとパッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部を含む、センサウェハとパッケージウェハそれぞれの表層に形成された熱酸化膜によって、接合面における外周側の端部が閉塞されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、センサウェハとパッケージウェハとが常温接合され、センサウェハとパッケージウェハとの接合面が環状に形成されている。そして、その環状の接合面における外周側の端部（つなぎ目）を含む、センサウェハとパッケージウェハそれぞれの表層に熱酸化膜が形成されている。この熱酸化膜は、等方向に形成される性質を有しているので、上記したつなぎ目に隙間が生じていたとしても、その隙間が、成長した熱酸化膜によって閉塞される。このように、つなぎ目が熱酸化膜によって閉塞された構成となるので、多重に設けられた枠状封止用接合層を常温接合することで、気密空間が形成された構成と比べて、気密空間の気密信頼性が向上される。

請求項５及び請求項６に記載の発明の作用効果は、請求項１〜４いずれかに記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。

請求項７に記載のように、センサエレメントにおける保護部材から露出された表面に第２蒸着膜が形成され、接合面における外周側の端部が、第１蒸着膜と第２蒸着膜、若しくは、熱酸化膜と第２蒸着膜とによって閉塞された構成が好ましい。このように、接合面のつなぎ目が、多重に閉塞されるので、気密空間の気密信頼性がさらに向上される。

請求項８に記載の発明の作用効果は、請求項１に記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。

請求項９に記載のように、第２蒸着膜は、センサエレメントの外表面だけではなく、保護部材の外表面にも形成されており、センサエレメントと保護部材との界面における外側の端部が、第２蒸着膜によって閉塞された構成が良い。これによれば、センサエレメントと保護部材との界面を介して、空気中の水分などがセンサエレメントとリードとの電気的な接続部位に侵入することが抑制される。

請求項１０に記載のように、センシング部として、圧電素子を採用し、センサエレメントとして、被測定媒体の圧力を測定する圧力測定エレメントを採用することができる。また、請求項１１に記載のように、センサウェハに、厚さが局所的に薄くなったダイヤフラムが形成され、ダイヤフラムに、圧電素子が形成された構成を採用することができる。請求項１０及び請求項１１に記載の構成の場合、請求項９に記載の構成が、特に好ましい。請求項９に記載の構成によれば、圧力測定エレメントと保護部材との界面における外側の端部が、第２蒸着膜によって閉塞されるので、圧力測定エレメントと保護部材との界面、及び、保護部材とリードとの界面を介して、被測定媒体が外部に漏れることが抑制される。

請求項７〜１１いずれかに記載の第２蒸着膜としては、請求項１２及び請求項１３に記載のように、絶縁蒸着膜、若しくは、金属蒸着膜を採用することができる。

請求項１４〜２０に記載の発明の作用効果は、請求項１、４〜９いずれかに記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。

第１実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体の概略構成を示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 第１実施形態に係る圧力測定エレメントの概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は常温接合工程、（ｂ）は除去工程を示す。 第１実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は第１形成工程、（ｂ）はダイシング工程を示す。 第２実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体の概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る圧力測定エレメントの概略構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は常温接合工程、（ｂ）はダイシング工程、（ｃ）は接続工程及び保護工程を示す。 圧力測定デバイスの変形例を示す断面図である。

以下、本発明に係るウェハレベルパッケージ構造体を、圧力を電気信号に変換する圧電素子を有するウェハレベルパッケージ構造体に適用し、本発明に係るセンサエレメントを、圧力測定エレメントに適用し、本発明に係るセンサデバイスを、圧力測定デバイスに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体の概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、第１実施形態に係る圧力測定エレメントの概略構成を示す断面図である。図４は、第１実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図である。図５は、第１実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は常温接合工程、（ｂ）は除去工程を示す。図６は、第１実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は第１形成工程、（ｂ）はダイシング工程を示す。

図１及び図２に示すように、ウェハレベルパッケージ構造体１００は、センサウェハ１０と、パッケージウェハ２０とが接合されて成る。ウェハレベルパッケージ構造体１００には、複数の圧力測定エレメント２００が形成されており、１つの圧力測定エレメント２００それぞれの接合面３０の形状が環状となっている。そして、接合面３０の内周側の端部３０ａ（以下、単に内周端３０ａと示す）、及び、外周側の端部３０ｂ（以下、外周端３０ｂと示す）それぞれの平面形状が矩形となっている。また、ウェハレベルパッケージ構造体１００のパッケージウェハ２０側には、第１蒸着膜４０が形成され、この第１蒸着膜４０によって、外周端３０ｂ（接合面３０のつなぎ目）の全てが閉塞されている。この第１蒸着膜４０が、本実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００それぞれの特徴点である。

センサウェハ１０は、第１ウェハ１１と、第１ウェハ１１に所定の間隔を置いて形成された複数のセンサ本体１２と、第１ウェハ１１における局所的に肉厚の薄くなったダイヤフラム１３と、を有する。センサ本体１２は、圧力を電気信号に変換する圧電素子１２ａを有しており、該圧電素子１２ａが、ダイヤフラム１３における、パッケージウェハ２０側の面に形成されている。圧電素子１２ａが、特許請求の範囲に記載のセンシング部に相当する。

パッケージウェハ２０は、第２ウェハ２１と、第２ウェハ２１に所定の間隔を置いて形成された複数の凹部２２と、を有する。凹部２２は、圧電素子１２ａの形成領域に応じて、第２ウェハ２１に形成されており、圧電素子１２ａを気密封止するための空間２３（以下、気密空間２３と示す）を構成する機能を果たす。

接合面３０は、第１ウェハ１１における、隣接するセンサ本体１２の間の第１接合面１４と、第２ウェハ２１における、隣接する凹部２２の間の第２接合面２４とが接合されて成る。上記したように、接合面３０は、環状に形成されており、接合面３０の内周端３０ａによって囲まれた領域に、ダイヤフラム１３、圧電素子１２ａ、及び凹部２２が位置している。

第１蒸着膜４０は、接合面３０における、外周端３０ｂを閉塞するためのものである。本実施形態では、第１蒸着膜４０が、パッケージウェハ２０の表面全てと、センサウェハ１０におけるパッケージウェハ２０側の表面全てとに形成されている。この結果、第１蒸着膜４０によって、外周端３０ｂが閉塞されている。

第１蒸着膜４０は、樹脂や、ＣＶＤ窒化膜、ＣＶＤ酸化膜などの絶縁材料からなる。第１蒸着膜４０は、蒸発した絶縁材料が、第１蒸着膜４０の形成される面（形成面）に堆積されることで形成される。したがって、形成面の表面に凹凸が形成されていたとしても、その凹凸の形状に応じて、第１蒸着膜４０が形成される。このように、第１蒸着膜４０は、形成面の表面状態に依存しない性質を有している。第１蒸着膜４０が、特許請求の範囲に記載の絶縁蒸着膜に相当する。

図３に示すように、圧力測定エレメント２００は、図２に示すウェハレベルパッケージ構造体１００から、センサ本体１２のサイズに基づいて、規定のサイズに分割されてなる。

図４に示すように、圧力測定デバイス３００は、図３に示す圧力測定エレメント２００と、該圧力測定エレメント２００と外部とを電気的に接続するリード５０と、圧力測定エレメント２００とリード５０との電気的な接続部位を覆うことで、この接続部位を保護する保護部材６０と、を有する。圧力測定エレメント２００のセンサ本体１２には、圧電素子１２ａと電気的に接続された配線パターン１５と、該配線パターン１５と電気的に接続され、圧力測定エレメント２００の外表面に少なくとも一部が露出した電極１６と、が形成されている。配線パターン１５は、第１ウェハ１１における第２ウェハ２１との対向面１１ａに形成されており、電極１６は、対向面１１ａとその裏面１１ｂを貫通する貫通電極として形成されている（以下、電極１６を、貫通電極１６と示す）。この貫通電極１６は、第１ウェハ１１における、圧電素子１２ａの形成領域から、離反された領域に形成されている。

図４に示すように、貫通電極１６における、対向面１１ａ側に露出した部位が配線パターン１５と電気的に接続され、裏面１１ｂに露出した部位がリード５０の一方の端部５０ａと電気的に接続されている。そして、リード５０における、貫通電極１６と直接接続される端部５０ａとは反対側の端部５０ｂが、保護部材６０から外部に露出されている。この保護部材６０から露出された端部５０ｂが、圧力測定エレメント２００と外部装置とを電気的に接続するコネクタとしての機能を果たす。以上により、圧電素子１２ａで出力された電気信号が、配線パターン１５と、貫通電極１６と、リード５０とを介して、外部装置に伝達される。

なお、圧力測定エレメント２００におけるダイヤフラム１３を含む部位は、保護部材６０から露出されており、その露出された部位が、被測定媒体に晒される構成となっている。ダイヤフラム１３に被測定媒体がぶつかると、その応力によってダイヤフラム１３に歪みが生じ、この歪みによって圧電素子１２ａから出力される電気信号が変動される。ダイヤフラム１３に生じる歪みは被測定媒体の圧力に依存するので、圧電素子１２ａから出力される電気信号の変動を観測することで、被測定媒体の圧力が測定される。

次に、ウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００それぞれの製造方法を説明する。

先ず、第１ウェハ１１に、圧電素子１２ａと、ダイヤフラム１３と、配線パターン１５と、貫通電極１６とが形成されたセンサウェハ１０と、第２ウェハ２１に、凹部２２が形成されたパッケージウェハ２０とを準備する。以上が、準備工程である。

準備工程終了後、真空雰囲気中で、センサウェハ１０の第１接合面１４、及び、パッケージウェハ２０の第２接合面２４を活性化する。具体的には、真空雰囲気中で、不活性ガスのイオンビームなどによって、接合面１４，２４それぞれの上層を除去して、化学結合を形成する結合手の一部が、結合相手を失った状態とすることで、接合面１４，２４を活性化する。以上が、活性化工程である。

活性化工程終了後、図５の（ａ）に示すように、真空雰囲気中で、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０とを対向させて、第１接合面１４と第２接合面２４とを接触させて、接合面同士を常温接合する。以上が、常温接合工程である。

常温接合工程終了後、図５の（ｂ）に示すように、１つのセンサ本体１２（圧力測定エレメント２００）に対応する、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０との接合面３０が環状に成り、且つ、その環状の接合面３０の外周端３０ｂの全てが外部に露出されるように、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０における、所定の距離を置いて隣接するセンサ本体１２及び凹部２２の間の領域を、所定深さまで除去する。本実施形態では、パッケージウェハ２０からセンサウェハ１０に向かって、パッケージウェハ２０が、各センサ本体１２に応じた領域に分割されるように、第２ウェハ２１における凹部２２の間の領域と、第１ウェハ１１におけるセンサ本体１２の間の領域とを除去する。以上が、除去工程である。

除去工程終了後、図６の（ａ）に示すように、外部に露出された外周端３０ｂを閉塞するように、第１蒸着膜４０を形成する。具体的には、第１蒸着膜４０の形成材料である絶縁材料を蒸発する器具の上方に、パッケージウェハ２０の上面（第２接合面２４の裏面）と器具とが対向するように、センサウェハ１０が接合されたパッケージウェハ２０を配置する。その後、真空雰囲気中で、絶縁材料を熱して、蒸発させることで、絶縁材料を、パッケージウェハ２０の全表面と、センサウェハ１０におけるパッケージウェハ２０側の全表面とに堆積する。これにより、第１蒸着膜４０が形成される。以上が、第１形成工程である。以上の工程を経ることで、図２に示すウェハレベルパッケージ構造体１００が形成される。

第１形成工程終了後、図６の（ｂ）に示すように、ウェハレベルパッケージ構造体１００から、センサ本体１２のサイズに基づいて、規定のサイズ毎に分割する。以上が、ダイシング工程である。以上の工程を経ることで、図３に示す圧力測定エレメント２００が形成される。

ダイシング工程終了後、貫通電極１６とリード５０とを電気的に接続する。以上が、接続工程である。

接続工程終了後、圧力測定エレメント２００とリード５０との電気的な接続部位を保護部材６０によって覆うことで保護する。具体的には、保護部材６０を形成するための金型のキャビティ内に、圧力測定エレメント２００とリード５０との電気的な接続部位を配置した後、上記したキャビティに、保護部材６０の構成材料である熱した樹脂を注入した後、この樹脂を冷却固化することで、保護部材６０を形成する。以上が、保護工程である。以上の工程を経ることで、図４に示す圧力測定デバイス３００が形成される。

次に、本実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、圧力測定デバイス３００、及びそれらの製造方法の作用効果を説明する。上記したように、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０とが常温接合され、その接合面３０が、環状に形成されている。そして、その環状の接合面３０の外周端３０ｂ（つなぎ目）が、第１蒸着膜４０によって閉塞されている。上記したように、第１蒸着膜４０は、第１蒸着膜４０の形成される面の表面状態に依存しない性質を有している。このように、表面状態に依存しない第１蒸着膜４０によって、つなぎ目が閉塞されているので、多重に設けられた枠状封止用接合層を常温接合することで、気密空間が形成された構成と比べて、気密空間の気密信頼性が向上される。

なお、本実施形態では、第１蒸着膜４０の形成材料として、絶縁材料を採用したが、金属材料を採用しても良い。この場合、第１蒸着膜４０が、特許請求の範囲に記載の金属蒸着膜に相当する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図７〜図９に基づいて説明する。図７は、第２実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体の概略構成を示す断面図であり、第１実施形態で示した図２に対応している。図８は、第２実施形態に係る圧力測定エレメントの概略構成を示す断面図であり、第１実施形態で示した図３に対応している。図９は、第２実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図であり、第１実施形態で示した図４に対応している。

第２実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、圧力測定デバイス３００、及びそれらの製造方法は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

第１実施形態では、接合面３０の外周端３０ｂ（つなぎ目）が、第１蒸着膜４０によって閉塞された例を示した。これに対し、本実施形態では、ウェハレベルパッケージ構造体１００の表層に熱酸化膜４１が形成され、該熱酸化膜４１によって、外周端３０ｂが閉塞された点を特徴とする。

本実施形態では、ウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００それぞれの製造方法を説明した後に、その作用効果を説明する。

先ず、第１実施形態と同様にして、準備工程と、活性化工程と、常温接合工程と、除去工程とを実施することで、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０とを常温接合すると共に、接合面３０の外周端３０ｂを外部に露出させる。

上記した各工程後、第１実施形態とは異なり、第１形成工程を実施して第１蒸着膜４０を形成する代わりに、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０それぞれの表層に熱酸化膜４１を形成する熱酸化工程を実施する。具体的には、互いに接合されたセンサウェハ１０とパッケージウェハ２０とに、空気雰囲気中で熱を印加することで、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０それぞれの表層を熱酸化して、熱酸化膜４１を形成する。熱酸化膜４１は、等方向に成長する性質を有しているので、接合面３０の外周端３０ｂに隙間が生じていたとしても、その隙間が、成長した熱酸化膜４１によって占有される。この結果、接合面３０のつなぎ目が熱酸化膜４１によって閉塞される。以上が、熱酸化工程である。以上の工程を経ることで、図７に示すウェハレベルパッケージ構造体１００が形成される。

熱酸化工程終了後、第１実施形態と同様にして、ダイシング工程を実施することで、図８に示す圧力測定エレメント２００を形成する。

ダイシング工程終了後、第１実施形態と同様にして、接続工程と保護工程とを実施することで、図９に示す圧力測定デバイス３００を形成する。

次に、本実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、圧力測定デバイス３００、及びそれらの製造方法の作用効果を説明する。上記したように、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０との表層に熱酸化膜４１が形成され、その熱酸化膜によって、接合面３０における外周端３０ｂ（つなぎ目）が、閉塞されている。このように、つなぎ目が熱酸化膜４１によって閉塞された構成となるので、多重に設けられた枠状封止用接合層を常温接合することで、気密空間が形成された構成と比べて、気密空間の気密信頼性が向上される。

また、本実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００は、第１実施形態で示した構成とは異なり、図８及び図９に示すように、ダイヤフラム１３が熱酸化膜４１によって覆われている。これによれば、電荷が蓄積された被測定媒体がダイヤフラム１３に衝突したとしても、熱酸化膜４１は絶縁性を有するので、被測定媒体に蓄積された電荷が、ダイヤフラム１３を介して圧電素子１２ａに印加されることが抑制される。このように、本実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００は、電荷が蓄積された被測定媒体の圧力を測定することが可能となっている。

なお、本実施形態では、熱酸化工程終了後、直ぐにダイシング工程を実施する例を示した。しかしながら、熱酸化工程において、貫通電極１６における面１１ａ，１１ｂ側の部位が熱酸化するので、その熱酸化された貫通電極１６の表面を除去する電極部除去工程を実施した後に、ダイシング工程を行ってもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、第３実施形態に係る圧力測定デバイスの概略構成を示す断面図である。図１１は、第３実施形態に係る圧力測定デバイスの製造方法を説明するための断面図であり、（ａ）は常温接合工程、（ｂ）はダイシング工程、（ｃ）は接続工程及び保護工程を示す。

第３実施形態に係るウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、圧力測定デバイス３００、及びそれらの製造方法は、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。

例えば第１実施形態では、接合面３０の外周端３０ｂ（つなぎ目）が、第１蒸着膜４０によって閉塞された例を示した。これに対し、本実施形態では、圧力測定デバイス３００の圧力測定エレメント２００における、保護部材６０から露出された表面に第２蒸着膜４２が形成され、この第２蒸着膜４２によって、外周端３０ｂが閉塞された点を特徴とする。

本実施形態では、ウェハレベルパッケージ構造体１００、圧力測定エレメント２００、及び圧力測定デバイス３００それぞれの製造方法を説明した後に、その作用効果を説明する。

先ず、第１実施形態と同様にして、準備工程と、活性化工程と、常温接合工程とを実施することで、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０とを常温接合する。以上の工程を経ることで、図１１の（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００が構成される。

上記した各工程後、第１実施形態とは異なり、除去工程と第１形成工程を実施せずに、ダイシング工程を実施することで、図１１の（ｂ）に示す圧力測定エレメント２００を形成する。

ダイシング工程終了後、第１実施形態と同様にして、図１１の（ｃ）に示すように、接続工程と保護工程とを実施する。上記した各工程後、圧力測定エレメント２００における保護部材６０から露出された外表面２００ａと、保護部材６０におけるダイヤフラム１３側の外表面６０ａ（圧力測定エレメント２００が突出した面６０ａ）に第２蒸着膜４２を形成する。具体的には、第２蒸着膜４２の形成材料を蒸発する器具の上方に、保護部材６０の外表面６０ａと器具とが対向するように、圧力測定エレメント２００が連結された保護部材６０を配置する。その後、真空雰囲気中で、第２蒸着膜４２を形成する材料（本実施形態では、金属材料）を熱して、蒸発させることで、金属材料を、圧力測定エレメント２００の外表面２００ａの全てと、保護部材６０の外表面６０ａの全てとに堆積する。これにより、第２蒸着膜４２を形成する。以上が、第２形成工程である。以上の工程を経ることで、図１０に示す圧力測定デバイス３００が形成される。

次に、本実施形態に係る圧力測定デバイス３００及びその製造方法の作用効果を説明する。上記したように、圧力測定エレメント２００における保護部材６０から露出された外表面２００ａの全てに第２蒸着膜４２が形成されている。これによれば、保護部材６０から露出された、接合面３０の外周端３０ｂ（つなぎ目）が第２蒸着膜４２によって閉塞される。

第１実施形態で記述した第１蒸着膜４０と同様に、第２蒸着膜４２は、第２蒸着膜４２の形成される面の表面状態に依存しない性質を有している。このように、表面状態に依存しない第２蒸着膜４２によって、つなぎ目が閉塞されているので、多重に設けられた枠状封止用接合層を常温接合することで、気密空間が形成された構成と比べて、気密空間の気密信頼性が向上される。

なお、本実施形態では、第２蒸着膜４２が金属材料によって形成され、図１０に示すように、圧電素子１２ａ周囲に、第２蒸着膜４２が設けられた構成となっている。このように、圧電素子１２ａ（センサ本体１２）が、第２蒸着膜４２によって遮蔽された構成と成っているので、外部ノイズがセンサ本体１２に入力されることが抑制される。第２蒸着膜４２が、特許請求の範囲に記載の金属蒸着膜に相当する。

また、本実施形態では、第２蒸着膜４２が、圧力測定エレメント２００の外表面２００ａの全てと、保護部材６０の外表面６０ａの全てとに形成されている。この結果、圧力測定エレメント２００と保護部材６０との界面における外表面２００ａ，６０ａ側の端部が第２蒸着膜４２によって閉塞されている。これによれば、被測定媒体が、圧力測定エレメント２００と保護部材６０との界面、及び、保護部材６０とリード５０との界面を介して、外部装置側に漏れることが抑制される。

また、本実施形態では、外周端３０ｂを外部に露出するための除去工程を実施していないので、除去工程において、犠牲となるウェハ１１，２１の領域を予め用意しなくとも良い。これによれば、本実施形態に記載の圧力測定デバイス３００（圧力測定エレメント２００）の体格が、第１実施形態及び第２実施形態に記載の圧力測定デバイス３００（圧力測定エレメント２００）と比べて、小さくすることができる。この結果、ウェハ１０，２０から形成される圧力測定エレメント２００の個数を増大し、コストを低減することができる。

なお、本実施形態では、第２蒸着膜４２の形成材料として、金属材料を採用したが、絶縁材料を採用しても良い。絶縁材料の場合、保護部材６０から露出された圧力測定エレメント２００が、絶縁材料によって被覆されるので、導電性を有する被測定媒体の圧力を計測することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、図１２に示すように、圧力測定デバイス３００が、第１蒸着膜４０と、第２蒸着膜４２とを有する構成を採用することもできる。これによれば、接合面３０の外周端３０ｂが、多重に閉塞されるので、気密空間２３の気密信頼性がさらに向上される。なお、図示しないが、圧力測定デバイス３００が、熱酸化膜４１と、第２蒸着膜４２とを有する構成を採用することもできる。これによっても、接合面３０の外周端３０ｂが、多重に閉塞されるので、気密空間２３の気密信頼性がさらに向上される。図１２は、圧力測定デバイスの変形例を示す断面図である。

本実施形態では、本発明に係るウェハレベルパッケージ構造体が、圧力を電気信号に変換する圧電素子を有するウェハレベルパッケージ構造体１００に適用され、本発明に係るセンサエレメントが、圧力測定エレメント２００に適用され、本発明に係るセンサデバイスが、圧力測定デバイス３００に適用された例を示した。しかしながら、ウェハレベルパッケージ構造体、センサエレメント、センサデバイスそれぞれは、上記例に限定されず、様々な物理量を測定するセンサ素子に適用することができる。例えば、本発明に係るウェハレベルパッケージ構造体を、加速度を電気信号に変換する素子を有するウェハレベルパッケージ構造体に適用し、本発明に係るセンサエレメントを、加速度測定エレメントに適用し、本発明に係るセンサデバイスを、加速度測定デバイスに適用することができる。なお、加速度を検出する場合、上記したダイヤフラム１３は、形成されない。

１０・・・センサウェハ
２０・・・パッケージウェハ
３０・・・接合面
４０・・・第１蒸着膜
４１・・・熱酸化膜
４２・・・第２蒸着膜
１００・・・ウェハレベルパッケージ構造体
２００・・・圧力測定エレメント
３００・・・圧力測定デバイス

Claims (20)

1. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、
   前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハと、を有し、
   前記センサウェハと前記パッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体であって、
   前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部が、前記センサウェハと前記パッケージウェハそれぞれの外表面に形成された第１蒸着膜によって閉塞されていることを特徴とするウェハレベルパッケージ構造体。
2. 前記第１蒸着膜は、絶縁蒸着膜であることを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
3. 前記第１蒸着膜は、金属蒸着膜であることを特徴とする請求項１に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
4. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、
   前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハと、を有し、
   前記センサウェハと前記パッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体であって、
   前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部を含む、前記センサウェハと前記パッケージウェハそれぞれの表層に形成された熱酸化膜によって、前記接合面における外周側の端部が閉塞されていることを特徴とするウェハレベルパッケージ構造体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージ構造体から、前記センサ本体のサイズに基づいて、規定のサイズに分割されてなることを特徴とするセンサエレメント。
6. 請求項５に記載のセンサエレメントのセンサ本体に、前記センシング部と電気的に接続された配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、外表面に少なくとも一部が露出した電極と、が形成され、
   前記電極とリードとが電気的に接続され、前記センサエレメントと前記リードとの電気的な接続部位が保護部材によって覆われていることを特徴とするセンサデバイス。
7. 前記センサエレメントにおける前記保護部材から露出された表面に第２蒸着膜が形成され、
   前記接合面における外周側の端部が、第１蒸着膜と前記第２蒸着膜、若しくは、熱酸化膜と前記第２蒸着膜とによって閉塞されていることを特徴とする請求項６に記載のセンサデバイス。
8. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハと、を有し、前記センサウェハと前記パッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体から、前記センサ本体のサイズに基づいて、規定のサイズに分割されてなるセンサエレメントと、
   該センサエレメントのセンサ本体に、前記センシング部と電気的に接続された配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、外表面に少なくとも一部が露出した電極と、が形成され、
   前記電極とリードとが電気的に接続され、前記センサエレメントと前記リードとの電気的な接続部位が保護部材によって覆われており、
   前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状に形成され、その環状の接合面における外周側の端部の一部が、前記保護部材から露出されており、
   前記接合面における前記保護部材から露出された外周側の端部が、前記センサエレメントにおける前記保護部材から露出された外表面に形成された第２蒸着膜によって閉塞されていることを特徴とするセンサデバイス。
9. 前記第２蒸着膜は、前記センサエレメントの外表面だけではなく、前記保護部材の外表面にも形成されており、
   前記センサエレメントと前記保護部材との界面における外側の端部が、前記第２蒸着膜によって閉塞されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のセンサデバイス。
10. 前記センシング部は、圧電素子であり、
    前記センサエレメントは、被測定媒体の圧力を測定する圧力測定エレメントであることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項に記載のセンサデバイス。
11. 前記センサウェハに、厚さが局所的に薄くなったダイヤフラムが形成され、前記ダイヤフラムに、前記圧電素子が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のセンサデバイス。
12. 前記第２蒸着膜は、絶縁蒸着膜であることを特徴とする請求項７〜１１いずれか１項に記載のセンサデバイス。
13. 前記第２蒸着膜は、金属蒸着膜であることを特徴とする請求項７〜１１いずれか１項に記載のセンサデバイス。
14. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハ、及び、前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハを準備する準備工程と、
    真空雰囲気中で、前記センサウェハ及び前記パッケージウェハそれぞれの対向面における、前記センシング部に対応する領域毎に設けられた接合面を活性化する活性化工程と、
    該活性化工程後、真空雰囲気中で、前記センサウェハと前記パッケージウェハそれぞれの活性化された各接合面を接触させて、前記接合面同士を常温接合する常温接合工程と、
    １つの前記センサ本体に対応する、前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状に成り、且つ、その環状の接合面における外周側の端部が外部に露出されるように、前記センサウェハと前記パッケージウェハにおける、所定の距離を置いて隣接するセンサ本体の間の領域を、所定深さまで除去する除去工程と、
    外部に露出された前記接合面における外周側の端部を閉塞するように、前記センサウェハと前記パッケージウェハの外表面の少なくとも一部に、第１蒸着膜を形成する第１形成工程と、を有することを特徴とするウェハレベルパッケージ構造体の製造方法。
15. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハ、及び、前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハを準備する準備工程と、
    真空雰囲気中で、前記センサウェハ及び前記パッケージウェハそれぞれの対向面における、前記センシング部に対応する領域毎に設けられた接合面を活性化する活性化工程と、
    該活性化工程後、真空雰囲気中で、前記センサウェハと前記パッケージウェハそれぞれの活性化された各接合面を接触させて、前記接合面同士を常温接合する常温接合工程と、
    １つの前記センサ本体に対応する、前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状に成り、且つ、その環状の接合面における外周側の端部が外部に露出されるように、前記センサウェハと前記パッケージウェハにおける、所定の距離を置いて隣接するセンサ本体の間の領域を、所定深さまで除去する除去工程と、
    前記センサウェハと前記パッケージウェハにおける、前記接合面の外周側の端部を含む表層を熱酸化することで、前記センサウェハと前記パッケージウェハの表層に熱酸化膜を形成して、前記接合面における外周側の端部を閉塞する熱酸化工程と、を有することを特徴とするウェハレベルパッケージ構造体の製造方法。
16. 請求項１４又は請求項１５に記載のウェハレベルパッケージ構造体の製造方法を経て形成されたウェハレベルパッケージ構造体から、前記センサ本体のサイズに基づいて、規定のサイズ毎に分割するダイシング工程を有することを特徴とするセンサエレメントの製造方法。
17. 請求項１６に記載のセンサエレメントの製造方法を経て形成されたセンサエレメントのセンサ本体に、前記センシング部と電気的に接続された配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、外表面に少なくとも一部が露出した電極と、が形成されており、
    前記電極とリードとを電気的に接続する接続工程と、
    前記センサエレメントと前記リードとの電気的な接続部位を保護部材によって覆うことで保護する保護工程と、を有することを特徴とするセンサデバイスの製造方法。
18. 前記センサエレメントにおける前記保護部材から露出された外表面に、第２蒸着膜を形成する第２形成工程を有し、
    前記接合面における外周側の端部が、第１蒸着膜と前記第２蒸着膜、若しくは、熱酸化膜と前記第２蒸着膜とによって閉塞されていることを特徴とする請求項１７に記載のセンサデバイスの製造方法。
19. センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハ、及び、前記センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が少なくとも１つ形成されたパッケージウェハを準備する準備工程と、
    真空雰囲気中で、前記センサウェハ及び前記パッケージウェハそれぞれの対向面における、前記センシング部に対応する領域毎に設けられた接合面を活性化する活性化工程と、
    該活性化工程後、真空雰囲気中で、前記センサウェハと前記パッケージウェハそれぞれの活性化された各接合面を接触させて、前記接合面同士を常温接合する常温接合工程と、
    前記センサウェハと前記パッケージウェハとが常温接合されてなるウェハレベルパッケージ構造体から、前記センサ本体のサイズに基づいて、規定のサイズ毎に分割することで、センサエレメントを複数形成するダイシング工程と、を備え、
    前記センサエレメントのセンサ本体に、前記センシング部と電気的に接続された配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、外表面に少なくとも一部が露出した電極と、が形成されており、
    前記電極とリードとを電気的に接続する接続工程と、
    前記センサエレメントと前記リードとの電気的な接続部位を保護部材によって覆うことで保護する保護工程と、
    前記センサエレメントにおける、前記保護部材から露出された外表面に、第２蒸着膜を形成する第２形成工程と、を有し、
    前記ダイシング工程において、前記センサウェハと前記パッケージウェハとの接合面が環状となるように、前記ウェハレベルパッケージ構造体を前記センサエレメント毎に分割し、
    前記保護工程において、前記接合面における外周側の端部の一部が、前記保護部材から露出されるように、前記センサエレメントと前記リードとの電気的な接続部位を保護部材によって覆い、
    前記第２形成工程において、前記保護部材から露出された前記接合面の外周側の端部が閉塞されるように、前記第２蒸着膜を形成することを特徴とするセンサデバイスの製造方法。
20. 前記第２形成工程において、前記センサエレメントと前記保護部材との界面における外側の端部が前記第２蒸着膜によって閉塞されるように、前記センサエレメントの外表面だけではなく、前記保護部材の外表面にも前記第２蒸着膜を形成することを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載のセンサデバイスの製造方法。

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