JP2014236062A - 小型化半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】気密空間を有する半導体（センサ）パッケージを小型化するとともに、その気密空間の真空度を長期間維持することである。【解決手段】従来用いられているパッケージ基体（気密容器）を使用せず、センサチップを直接リッドに付着して狭小な気密空間を形成する。リッドに凹部を形成して、凹部側面とセンサチップの側面（スクライブライン面）を接着する。特に、チップ側面を下部広がりの傾斜面に形成し、この傾斜面に合わせてリッド凹部も傾斜面に形成し、これらの斜面同士を合わせて接着する。ゲッター膜は、センサチップの上面側のリッド外側から光を照射する方式の場合（表面照射方式）、窓部以外のリッド内面やセンサチップの表面における受光部以外の領域に積層し、センサチップの裏面側から光を照射する方式の場合（裏面照射方式）は、リッドに窓部はないのでリッド内面の任意の位置に積層することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップと半導体チップをカバ−するリッド（蓋）とを有する半導体パッケージに関するものであり、特に半導体チップの表面に光センサを有し、半導体チップとリッドとの間に気密空間を有する半導体パッケージの小型化および品質向上に関する。

イメージセンサ、サーモパイル等の受光素子を内蔵した半導体チップ（以下センサチップとも呼ぶ）を搭載した半導体パッケージにおいて、受光部の表面上に空間（空洞やキャビティ（Cavity）とも言う）を有するものがある。たとえば、図６はセンサチップを搭載した半導体パッケージの従来例を示す図である。パッケージ基体（パッケージベース部）８４には２段の凹部（下凹部８５、上凹部８６）が形成され、下凹部８５の底部（第１底部）８７でパッケージ基体８４上にセンサチップ８１が接着されており、センサチップ８１の電極パッド８３は上凹部８６の底部（第２底部）８８でパッケージ基体８４上に形成された接続導体８９とワイヤ９０により接続している。この接続導体８９はパッケージ基体８４内に形成されたスルーホール導体９１を通じて、パッケージ下面に形成されたパッケージ外部電極９２と導通する。上凹部８６を囲んでいるパッケージ基体８４の枠部９３の上面９４にリッド（蓋体）９５が付着されている。こうしてセンサチップ８１は凹部８５、８６内に収納され、パッケージ基体８４およびリッド９５で封止されている。センサチップ８１の表面側には受光部（センサ部）８２が形成され、受光部８２に照射された光（赤外線、紫外線、その他の電磁波を含む）により各種センサとして機能する。従って、受光部８２はリッド９５に面していて、特にリッド９５の窓部９６は外部から照射される光Ｐを透過しやすい部材で作製されている。（通常は、リッド９５全体は同じ材料（たとえばガラス、石英、シリコンなど）で構成される。）また、センサチップや半導体チップの材料はＳｉや化合物半導体等である。

センサチップ８１の受光部８２とリッドとの間は、空間９７になっていて、図６に示すように、従来のセンサパッケージ８０は、ワイヤ９０が形成されるので、比較的広い空間となっている。たとえば、ワイヤ高さはセンサチップ８１上に２００μｍ程度必要なので、センサチップ８１上の空間９７の高さは約３００μｍ以上となる。封止空間９７の雰囲気が変化すると光等の外部信号Ｐが影響されたり、センサ特性や半導体素子特性が変化するので、この封止空間９７は、通常真空または不活性ガス（窒素ガス、Ａｒガス等）で封入された状態になっており、封止空間９７内の状態が変化しないようになっている。たとえば、封止空間９７に水分が存在すると外部温度により封止空間９７内で露結が生じたり、湿度が変化したりし、あるいは、パッケージ材料等からのアウトガスにより、外部からの入射光が封止空間９７内で吸収や反射されて変化し、センサ特性が変化する可能性がある。また、電極パッド８３、ワイヤ９０や接続導体８９が変質する場合もあり、センサパッケージ８０の信頼性に影響を与える。そこで、実装段階でゲッター９８を空間９７内に配置し、封止後に存在する水分や接着剤やパッケージ基体等から発生するアウトガスを吸着させる。光センサ等の場合には、このゲッター９８は、センサへの入力信号である光Ｐの窓部９６からの入射を遮らないように、封止空間９７内におけるリッド９５の窓部９６以外の場所やパッケージ基体８４の適当な場所に配置される。（特許文献１）

特開２０１１−２０３１９４

従来のセンサチップを搭載した半導体パッケージ（センサパッケージと呼ぶ場合もある）はワイヤボンディング接続方式を用いた気密空間（封止空間）であるため、チップサイズよりも気密空間がかなり広く小型化に限界があった。気密空間が広いと半導体パッケージに搭載される半導体素子、センサ素子、ＩＣへの影響が大きくなる。あるいは、光等の外部信号が気密空間の影響を受けやすくなる。気密空間が真空または不活性ガス雰囲気である場合、その状態を長期間保持するためには、センサパッケージ内の気密空間内にゲッターを配置する必要がある。センサパッケージ内の気密空間内にゲッターを配置する場合、リッド（蓋体）の内面（気密空間に面する側）にゲッター膜を成膜する手法が一般的に用いられている。従来のセンサパッケージでは気密空間が比較的広いため、ゲッター膜を広い面積に比較的多く積層する必要があるが、ゲッター膜が常に安定したゲッター特性を有するわけではなく不十分となる場合がある。特に光照射等の外部からの入力が必要な光センサチップを収納したセンサパッケージでは、入力信号が通る窓部を確保しなければならないので、リッド内面にゲッター膜を十分広い面積で積層できないという問題がある。リッドの内面以外のパッケージ基体の内面（気密空間側）の適当な場所に積層する方法もあるが、プロセスが複雑でありコストが高くなるという問題がある。

本発明の目的は、気密空間を有する半導体（センサ）パッケージを小型化するとともに、その気密空間の真空度を長期間維持するための方法を提供することである。その目的を達成するために、本発明は、パッケージ基体（気密容器）を使用せず、半導体（センサ）チップを直接リッド（蓋体）に付着して狭小な気密空間を形成する。リッドに凹部を形成して、リッド凹部側面と半導体（センサ）チップの側面（スクライブライン面）を接着する。特に、チップ側面を下部広がりの傾斜面に形成し、この傾斜面に合わせてリッド凹部も傾斜面に形成し、これらの斜面同士を合わせて接着する。ゲッター膜は、半導体（センサ）チップの上面側のリッド外側（上面）から光を照射する方式の場合（表面照射方式）は、窓部以外のリッド内面や半導体（センサ）チップの表面における受光部以外の領域に積層し、半導体（センサ）チップの裏面側（下面）から光を照射する方式の場合（裏面照射方式）は、リッドに窓部は必要がないのでリッド内面全体に積層することができる。

半導体（センサ）チップ裏面に外部電極を形成する場合（いわゆる、貫通配線を形成する場合）は、リッドの凹部側面とチップ側面を接着するだけで良い。リッドの上面に外部電極を形成する場合は、リッドの凹部内面に接続パッドを設けて、その接続パッドに対してリッド内部に貫通（スルーホール）配線を形成し、リッド表面上に形成した外部電極と接続させ、リッドの凹部側面とチップ側面を接着するときに、半導体（センサ）チップ表面に形成された電極パッドとリッド凹部内面の接続パッドを付着する。本発明は、具体的には、以下の特徴を有する。

（１）本発明は、半導体チップの表面上に空間を介してリッドを有し、前記半導体チップおよび前記リッドから構成される半導体パッケージにおいて、前記リッドは裏面側に前記半導体チップを納める（入れ込む）凹部を有し、前記リッド凹部の側面と前記半導体チップの側面を接着して前記リッドに前記半導体チップを固定するとともに、この固定により前記空間は気密空間となっていることを特徴とする半導体パッケージであり、さらに、前記半導体チップ側面は裏面側が広くなるように傾斜し、前記リッド凹部側面も前記半導体チップ側面に対応して前記凹部の底部が広がるように傾斜していることを特徴とする。

（２）本発明は、（１）に加えて、前記接着は、前記半導体チップ側面および／または前記リッド基板凹部側面に接着材を付着させることによる接着か、あるいは前記半導体チップ側面および前記リッド凹部側面が陽極接合による接着である。また、半導体チップの裏面側または前記リッドの表面側に外部機器と接続する外部電極を有することを特徴とし、さらに前記気密空間において、前記リッド裏面にゲッター膜が形成されている。また、前記半導体チップは、前記気密空間における表面側に光センサを有し、前記光センサは表面照射型または裏面照射型であることを特徴とする。

（３）本発明は、半導体チップおよび前記半導体チップをカバーするリッドを有する半導体パッケージであって、複数の半導体チップを含む半導体基板の表面側において、半導体チップおよびこれと隣接する半導体チップの境界に前記半導体チップを（完全に）取り囲むように溝部が形成されており、複数のリッドを含むリッド基板の裏面側において、リッドおよびこれと隣接するリッドの境界に前記リッドを（完全に）取り囲むように突状体が形成されており、前記半導体基板および前記リッド基板は、前記半導体基板の溝部に前記リッド基板の突状体が入り込み、前記半導体基板の溝部側面と前記リッド基板の突状体側面が接着することによって、前記半導体基板と前記リッド基板が貼り合わされるとともに、前記半導体チップ表面と前記リッド裏面との間に気密空間が形成されることを特徴とし、接着された前記半導体基板の溝部および前記リッド基板の突状体（の中央）で切断されることによって形成されることを特徴とする半導体パッケージである。また、一例として、前記半導体基板の凹部はＶ溝であり、前記リッド基板の突状体の先端部は前記Ｖ溝に適合する逆三角形状であることを特徴とする。

（４）本発明は、（３）に加えて、前記接着は、前記半導体基板の溝部側面および／または前記リッド基板の突状体側面に接着材を付着させることによる接着か、あるいは前記半導体基板の溝部側面および前記リッド基板の突状体側面が陽極接合による接着であることを特徴とする。また、外部機器と接続する半導体パッケージの外部電極は、リッド基板表面に形成されているか、または半導体基板裏面に形成されている。また、前記気密空間において、前記リッド裏面にゲッター膜が形成されている。さらに、前記半導体チップは、表面側に光センサを有し、前記光センサは表面照射型または裏面照射型であることを特徴とする。

本発明の半導体パッケージは、リッドおよび半導体チップから構成され、従来のようなパッケージ基体（気密容器）を用いないので、幅も高さも小さくなり、パッケージサイズを小型化でき、チップサイズに近いパッケージとなる。また、リッドに凹部を形成し、その凹部内に半導体チップを納めるので、パッケージの高さもさらに小さくなる。同時に、気密空間の体積（容積）が非常に小さくなるので、気密空間内に形成するゲッター膜の面積や量を少なくできる。すなわち、ゲッター膜は気密空間内に残留する水分やパッケージ構成材料から発生するアウトガスを吸収して除去するが、本発明の半導体パッケージの気密空間は特に高さが小さくなっており、気密空間の単位体積あたりのゲッター膜の面積または量が増大するので、効果的に気密空間内のアウトガスや水分等を除去できる。光センサチップが裏面照射方式の場合は、気密空間におおけるリッド下面の広い面積にゲッター膜を形成できるので、気密空間の真空度や不活性雰囲気の状態を長期間維持でき、光センサの性能および品質を向上できる。パッケージ基体を用いないので、材料コストも大幅に低減できる。また、本発明の半導体パッケージは、ウエハレベルでも作製できるので、さらに小さくできるとともに、工程が簡略化でき大量に一度に作製できるので、半導体パッケージのコストをさらに大幅に下げることができる。さらに、半導体パッケージが小型化できるので、実装する側も小型化でき、本発明の半導体パッケージを用いる機器の小型化を実現できる。

図１は、本発明の表面照射方式の小型化センサパッケージの構造を示す図である。 図２は、本発明の裏面照射方式の小型化センサパッケージの構造を示す図である。 図３は、センサチップに貫通配線および再配線外部電極を設けた表面照射型センサパッケージを示す図である。 図４は、センサチップに貫通配線および再配線外部電極を設けた裏面照射型センサパッケージを示す図である。 図５は、ウエハレベルで作製した裏面照射型のセンサパッケージを示す図である。 図１６は、センサチップを搭載した半導体パッケージの従来例を示す図である。

図１は、本発明の小型化センサパッケージの構造を示す図である。本発明のセンサパッケージは、パッケージ基体を使用せず、リッドとセンサーチップから構成される。センサチップ１１の構成は、従来のセンサチップと同じであり、受光部（センサー部）１２およびセンサチップ外部と電気的接続をする電極パッド１３を有する。本発明のセンサチップの側面１４は、図１に示すように下面（裏面）幅が上面（表面、センサ素子形成面）幅に比較し同じサイズか広い傾斜面（垂直面も含む）となっている。すなわち、傾斜角α（０度＜α≦９０度）でセンサチップ側面（すなわち、スクライブライン）が形成される。（α＝９０度の場合は垂直側面であるが、）この傾斜したセンサチップ側面は、多数のセンサを形成したウエハをたとえば傾斜したダイシング刃（ダイシングブレード）で切断して形成でき、あるいは、センサチップ領域をマスキングしてエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成できる。たとえば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液で（１００）シリコンウエハをエッチングすると、表面に対して54.74度の角度をもった（１１１）面が現れ、傾斜面を形成できる。

リッド（蓋）１５の裏面には、凹部１９が形成されている。この凹部１９の大きさはセンサチップ１１が入り込んで納まる（適合、嵌合する）大きさであり、凹部１９におけるリッド１５の側面２１は下部が広がった傾斜面（垂直面も含む）となっている。すなわち、傾斜角β（９０度≦β＜１８０度）で凹部側面が形成される。この傾斜面は、たとえば凹部領域以外をマスキングして、エッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成できる。あるいはたとえば傾斜したダイシング刃（ダイシングブレード）を用いて、リッド１５を部分的に研削して作製できる。

次に、図１（ｂ）に示すように、センサチップ１１をリッド１５の凹部１９へ入れて、センサチップ１１の側面１４とリッド１５の凹部１９の側面２１を合わせて接合部２４で接着する。従って、センサチップ１１の側面１４とリッド１５の凹部１９の側面２１の関係は、ほぼα＋β＝１８０度となる。センサチップ１１とリッド１５との接着は、接着剤を用いた接着法、陽極接合法、高温融着法、常温接合法などを用いることができる。たとえば、センサチップ１１がシリコン基板で、リッド１５がガラス基板の場合、陽極接合法により静電的結合が可能である。接着剤を用いた接着法では、センサチップ１１の側面１４、および／またはリッド１５の凹部１９の側面２１に接着剤を付着させて、センサチップ１１の側面１４とリッド１５の凹部１９の側面２１とを合わせた後に所定の熱処理を行ない接着できる。センサチップ１１とリッド１５の合わせ込みは、たとえばフリップチップボンダを用いて行なうことができる。

リッド１５には、上面（表面）に外部機器と接続するパッケージ外部電極１８、凹部１９の上面（すなわち、リッド１５の下面（裏面））にセンサチップ１１の電極パッドと接続する突出電極１６、およびパッケージ外部電極１８と突出電極１６を導通させるスルーホール導体１７が形成されている。図１（ｂ）に示すように、センサチップ１１とリッド１５を合わせ込んだときに、センサチップ１１の電極パッド１３とリッド１５の突出電極１６も接着し、その後の熱処理等により電気的に導通可能となる。図１では、リッド１５の突出電極１６を突出させているが、センサチップ１１の電極パッド１３を突出させても良い。あるいはそれらの両方を突出させても良い。突出電極は、たとえばバンプであり、メッキ法やバンプワイヤボンディング法、あるいは導電体膜を積層しエッチングする方法により形成することができる。尚、α＝９０度のときセンサチップ１１の側面１４は垂直側面になり、これに接合するリッド１５の凹部側側面２１も垂直側面（β＝９０度）となるが、このときも側面同士での接合で本発明のセンサパッケージを作製できる。尚、側面を傾斜させる方がセンサチップ１１とリッド１５の合わせが容易であるから、側面同士での接合が容易となる。ただし、αが４０度以下になるとセンサチップのサイズの増分がチップ厚み以上に大きくなるので好ましくない。

図１（ｂ）に示すように、センサチップ１１とリッド１５を接合すると、センサチップ１１とリッド１５の間に空間２２ができるが、この空間２２はセンサチップ１１とリッド１５の接合領域２４により取り囲まれているので、完全な気密空間となる。この気密空間２２は、高さが突出電極１６の高さと同程度で、面積がセンサチップ１１の面積と同程度となるので、従来の気密空間（図６における９７）と比較するとかなり小さくなる。たとえば、突出電極１６の高さは１０μｍ〜１００μｍであるから、図６に示す気密空間９７の高さ（約３００μｍ以上）と比較するとかなり小さい。従来型パッケージでは、気密空間９７の面積もセンサチップ８１の面積よりもかなり大きくなる（少なくともワイヤボンディング領域分は広くなる）ので、本発明のセンサパッケージの気密空間２２の体積も従来パッケージの気密空間９７の体積よりもかなり大きくなる。

センサチップ１１とリッド１５の接合プロセスを真空または低圧（１気圧以下）中で行なえば気密空間２２は真空または低圧状態となり、窒素ガスやＡｒガス雰囲気中で行なえば不活性ガス状態となる。しかし、センサチップ１１とリッド１５の接合プロセス中やプロセス後の熱処理などでアウトガスが発生したり、水分や残留ガスが気密空間２２内に侵入する可能性もある。それらのガスを吸着して気密空間２２内の真空状態や不活性ガス雰囲気状態を維持するために、ゲッター膜をリッド１５の凹部１９内またはセンサチップ１１の表面にあらかじめ形成しておくことが望ましい。あるいは、センサチップ１１のセンサ部（受光部）に影響を与えない場所にゲッター膜を形成しても良い。ゲッター膜として、チタン、シルコニウム、バナジウム、鉄、またはこれらの合金や混合物が用いられ、蒸着法やスパッター法で形成する。

本発明を適用できるセンサの一例は、光等の外部信号Ｐがリッドまたはセンサチップを通過してセンサチップに搭載されたセンサ（たとえば、受光部）に到達してセンサの特性を変化させる類のものである。たとえば、図１（ｃ）に示すようなサーモパイル（アレイ）センサ（センサチップ表面に溝１が形成され、その溝上にサーモパイル２が形成されている）、その他の赤外線検知センサ、各種温度センサ、イメージセンサ、フォトダイオード、各種光（紫外線、Ｘ線、可視光等）センサ、音波センサ等が挙げられる。

図１に示す表面照射方式のセンサパッケージでは、図１（ｂ）に示すように、光等の外部信号Ｐがリッド１５の窓部２３を通過して気密空間２２を通ってセンサチップ１１の受光部１２に入射するので、その外部信号を遮蔽しないように、ゲッター２０は受光部領域１２の外側（たとえば、リッド１５の周辺）に配置しなければならない。本発明のセンサパッケージでは、気密空間は非常に小さいので、図１（ｂ）に示すようにゲッター膜領域の面積が少なくても対応できる。しかし、もっと長期間の信頼性を保証するにはゲッター膜領域の面積をもっと増大した方が良い。

そこで、光等の外部信号Ｐがセンサチップ１１の下面から照射する、所謂裏面照射型にすれば、図２に示すように、センサチップ１１の受光部１２の直上全面などリッド１５の下面の広い領域（任意の位置）にゲッター膜２５を形成できる。従って、ゲッター能力として十分な量を確保できるので、気密空間２２の真空度または不活性ガス雰囲気の純度を維持でき、より長期間の信頼性を確保できる。センサチップ１１が光等の外部信号Ｐを十分な量透過できる材料であれば、裏面照射が可能となる。裏面照射する光Ｐが遠赤外線（波長４μｍ〜１ｍｍ）の場合、センサチップ１１がシリコン半導体であれば遠赤外線の吸収率はほぼ０と考えて良いので、本発明のセンサパッケージでは裏面照射が良い。また裏面照射型の場合、リッド１５の材料について光等の外部信号Ｐが充分透過可能か否かを考慮する必要がないので、ガラス、石英、各種セラミック、各種絶縁体基板、シリコン等の半導体基板、あるいは金属板等を使用することができる。

尚、裏面照射型の場合、センサチップの裏面側が窓部となり、リッド側には窓部は必要ない。裏面照射型のセンサチップ１１において、光等の外部信号Ｐがセンサチップ１１によってある程度吸収される場合は、センサチップ１１の裏面から受光部１２までの距離が長い（センサチップ１１が厚い）と光等の外部信号Ｐが受光部１２まで充分に届かない場合がある。（たとえば、紫外線、可視光、近赤外線などの場合）そのような場合は、図２（ｂ）に示すように、センサチップ１１とリッド１５を接合した後に、センサパッケージの裏側（すなわち、センサチップ１１の裏面）からバックグランドまたはＣＭＰ（機械的化学的研磨）によりセンサチップ１１を薄くして（たとえば、破線Ｂで示す位置まで）、受光部１２とセンサチップ１１の裏面との距離を短くしても良い。尚、センサチップ１１のセンサ部（受光部）に影響を与えない場所にゲッター膜を形成することもできる。

図３は、センサチップに貫通配線および再配線外部電極を設けた表面照射型センサパッケージを示す図である。センサチップ１１内に貫通配線３１およびセンサチップ１１の裏面に外部機器と接続する再配線した外部電極３０が形成されている。センサチップ１１の表面側にあるパッド電極１３は貫通配線３１を通して外部電極３０に接続する。リッド１５には配線・電極は存在しないので、光等Ｐがリッド１５の表面から照射しても、リッド１５には配線等の光等Ｐを遮蔽するものがない。従って、光等Ｐがセンサチップ１１の受光部１２へ入射することを妨げなければ、リッド１５の凹部１９側の裏面にゲッター膜２６を形成でき、図１に示すようなリッド１５に配線・電極がある場合に比べるとゲッター膜の占有面積がかなり広くなる。その結果、気密空間２２の真空または不活性雰囲気を長期間維持することができる。尚、センサチップ１１のセンサ部（受光部）に影響を与えない場所にゲッター膜を形成することもできる。

図４は、センサチップに貫通配線および再配線外部電極を設けた裏面照射型センサパッケージを示す図である。センサチップ１１に貫通配線および再配線外部電極が存在することは図３に示す場合と同様である。リッド１５には配線・電極は存在しないし、光等の外部信号Ｐはセンサチップ１１の裏面から照射されるので、リッド１５の凹部１９側の裏面全体にゲッター膜２７を形成でき、図２に示すようなリッド１５に配線・電極がある場合に比べるとゲッター膜の占有面積がかなり広くなる。その結果、気密空間２２の真空または不活性雰囲気をかなりの長期間維持することができる。尚、センサチップ１１のセンサ部（受光部）に影響を与えない場所にゲッター膜を形成することもできる。

本発明のセンサパッケージはウエハレベルでも作製することができる。図５は裏面照射型のセンサパッケージをウエハレベルで作製した状態を示す図である。センサ基板（ウエハ）５１上に多数のセンサ受光部５２およびパッド電極５３が形成されている。すなわち、センサ基板（ウエハ）５１に多数のセンサチップが形成されている。センサチップの境界に溝部（図５では断面がＶ字溝、または逆三角形状の溝部）５４が形成され、個々のセンサチップの周囲を凹部５４のラインがひと繋ぎで囲んでいる。この溝部５４は、エッチング（ウエットまたはドライ）、レーザー、ダイシング等で形成できる。

一方、センサ基板５１と同程度のサイズで、センサ基板５１と貼り合わせるリッド基板５５において、センサチップと同程度の面積のリッド（ここでは、リッドチップと呼ぶ方が分かりやすい）が多数形成されている。リッド基板５５の裏面において、センサ基板５１とリッド基板５５を貼り合わせたときに、センサ基板５１上に形成された溝部５４に入り込み、適合する（または嵌合等する）ように、突状体６１が形成されている。（図５では、断面が逆三角形状の突起）従って、リッド基板５５の裏面において、突状体６１は、隣接するリッド（チップ）の境界にあり、枠状に各リッド（チップ）をひと繋ぎで囲んでおり、その内側に凹部５９を形成する。各凹部５９においてリッド基板５５の裏面に突出電極５６が形成され、またリッド基板５５の表面（上面）には外部電極５８が形成され、これらの突出電極５６と外部電極５８を接続するスルーホール配線５７がリッド基板５５の内部に形成されている。突状体６１は、フォトリソ法およびエッチング法（ドライまたはウエット）により形成することができる。

図５（ａ）に示す、それぞれのセンサ基板５１およびリッド基板５５をウエハレベルで合わせて、図５（ｂ）に示すようにセンサ基板５１の溝部５４へリッド基板５５の突状体６１を入れて合わせて（嵌合等させて）接着する。接着すると、センサチップ５１のパッド電極５３はリッド基板５５の突出電極５６と接合し接続する。この結果、センサ基板５１の受光部５２の出力信号をリッド基板５５の外部電極５８から読みだすことができる。センサ基板５１の溝部５４へリッド基板５５の突状体６１の接着は、図１〜図４で示した場合と同様に、接着剤を用いた接着法、陽極接合法、高温融着法、常温接合法などを用いることができる。たとえば、センサ基板５１がシリコン基板で、リッド基板５５がガラス基板の場合、陽極接合法により静電接合が可能である。接着剤を用いた接着法では、センサ基板５１の溝部５４の側面（底面がある場合は底面も）、および／またはリッド基板５５の突状体６１の側面（底面がある場合は底面も）に接着剤を付着させて、センサ基板５１の溝部５４の側面（底面がある場合は底面も）とリッド５５の突状態６１の側面（底面がある場合は底面も）とを合わせた後に所定の熱処理を行ない接着できる。センサ基板５１とリッド基板５５の合わせ込みは、たとえば貼り合わせ基板装置を用いて行なうことができる。

センサ基板５１とリッド基板５５の接合後にセンサ基板５１上の受光部（センサ部）５２とリッド基板５５の底面との間に気密空間６２が形成される。気密空間６２は、センサ基板５１の表面（上面）、リッド基板５５の裏面（下面）、および接合した溝部５４と突状体６１により囲まれた密閉空間である。気密空間６２の雰囲気はセンサ基板５１とリッド基板５５を接合するときの雰囲気でほぼ決定されて、真空中（または低圧）で接合処理をすれば気密空間６２は真空（または低圧）になり、不活性ガス中で接合処理をすれば気密空間６２は不活性ガス雰囲気となる。気密空間６２の高さは、接合時の熱処理や接合時の押圧力により多少変化するが、突出電極５６の高さと同程度となる。パッド電極５３が突出または窪んでいるときは、その分も考慮した高さとなる。いずれにしても気密空間６２の高さは、たとえば１００μｍ以下を実現できるので、気密空間６２の容積は非常に小さくなる。

図５に示すセンサパッケージは裏面照射型であるから、基板５１の受光部５２と対面するリッド基板５５の下面領域のかなり広い面積にゲッター膜６０を形成することができ、気密空間６２も非常に狭い空間なので、広い領域のゲッター膜６０により、気密空間６２の真空や不活性雰囲気の状態を長期間維持することができる。この後でバックグラインドまたはＣＭＰ（機械化学的研磨）等によって、たとえばラインＢ（溝部５４にかかるレベル）までセンサ基板５１を裏面側から研削することによって、センサ基板５１を薄くすることもできる。たとえば、センサ基板５１が厚すぎて光等の外部信号Ｐが透過しにくく感度が低い場合には、センサ基板５１を薄くすることによって外部信号Ｐが受光部５２まで到達しやすくなり感度が向上する。尚、ゲッター膜はセンサ基板５１側のセンサ特性に影響を与えない場所に形成することもできる。

このようにして、多数のセンサパッケージを搭載した複合（接合）基板６５が形成される。この後、溝部５４（従って、突状体６１）の中心付近（ラインＳ）でダイシングすることによって、個片のセンサパッケージ６４を多数作製できる。ウエハレベルで作製できるので、工程も短くセンサパッケージのコストを大幅に低減することが可能となる。図５に示す個片化したセンサパッケージ６４は、図２に示すものと基本的に同じものである。図５に示す方法と同様に、図１、図３、図４に示すような表面照射型または裏面照射型のセンサパッケージもウエハレベルで簡単なプロセスで非常に安価に作製することができる。溝部５４の形状は種々作製することができ、図５に示した形状以外に、断面が直方体形状や台形形状の溝もエッチング法、レーザー法、ダイシング等で作製できる。また、突状体６１の形状もこれらの形状に合わせて接合しやすい形状（たとえば、断面が直方体形状や逆台形形状）を作製すれば良い。これらの突状体６１の形状もエッチング法、レーザー法、ダイシング等で作製できる。

以上説明した様に、本発明は、チップの表面上に空間を介してリッド（蓋）を有し、チップおよびリッドから構成されるパッケージに関するものであるから、チップが必ずしもセンサチップでなくとも良く、センサチップ以外の半導体チップやセンサを一部に搭載した半導体チップでも良い。あるいは、チップが半導体をベースとしない絶縁体や導電体ベースのチップでも本発明を使用することができる。ただし、この種のパッケージを使用する製品はセンサチップ、特に半導体基板上に形成したセンサ（センサを一部とする場合も含む）である半導体センサチップが最も多い。たとえば、駆動部を要するため気密空間が必要なセンサチップ（たとえば、加速度センサ、ジャイロセンサ）でも本発明の半導体パッケージを使用できる。

尚、明細書の各部分に記載し説明した内容を記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。さらに、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことも言うまでもない。

本発明は、チップの表面上に空間を介してリッド（蓋）を有し、チップおよびリッドから構成されるパッケージに適用することができる。

１・・・溝、２・・・サーモパイル、１１・・・センサチップ、１２・・・受光部、
１３・・・パッド電極、１４・・・チップ側面、１５・・・リッド（蓋）、
１６・・・突出電極、１７・・・スルーホール配線、１８・・・外部電極、
１９・・・凹部、２０・・・ゲッター膜、２１・・・リッド凹部側面、
２２・・・気密空間、２３・・・窓部、２４・・・接合部

Claims (14)

1. 半導体チップの表面上に空間を介してリッドを有し、前記半導体チップおよび前記リッドから構成される半導体パッケージにおいて、前記リッドは裏面側に前記半導体チップを納める凹部を有し、前記リッド凹部の側面と前記半導体チップの側面を接着して前記リッドに前記半導体チップを固定するとともに、この固定により前記空間は気密空間となっていることを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記半導体チップ側面は裏面側が広くなるように傾斜し、前記リッド凹部側面も前記半導体チップ側面に対応して前記凹部の底部が広がるように傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 前記接着は、前記半導体チップ側面および／または前記リッド基板凹部側面に接着材を付着させることによる接着か、あるいは前記半導体チップ側面および前記リッド凹部側面が陽極接合による接着であることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
4. 半導体チップの裏面側または前記リッドの表面側に外部機器と接続する外部電極を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
5. 前記気密空間において、前記リッド裏面にゲッター膜が形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
6. 前記半導体チップは、前記気密空間における表面側に光センサを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
7. 前記光センサは表面照射型または裏面照射型であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体パッケージ。
8. 半導体チップおよび前記半導体チップをカバーするリッドを有する半導体パッケージであって、
   複数の半導体チップを含む半導体基板の表面側において、半導体チップおよびこれと隣接する半導体チップの境界に前記半導体チップを取り囲むように溝部が形成されており、
   複数のリッドを含むリッド基板の裏面側において、リッドおよびこれと隣接するリッドの境界に前記リッドを取り囲むように突状体が形成されており、
   前記半導体基板および前記リッド基板は、前記半導体基板の溝部に前記リッド基板の突状体が入り込み、前記半導体基板の溝部側面と前記リッド基板の突状体側面が接着することによって、前記半導体基板と前記リッド基板が貼り合わされるとともに、
   前記半導体チップ表面と前記リッド裏面との間に気密空間が形成されることを特徴とし、
   接着された前記半導体基板の溝部および前記リッド基板の突状体で切断されることによって形成されることを特徴とする半導体パッケージ。
9. 前記半導体基板の凹部はＶ溝であり、前記リッド基板の突状体の先端部は前記Ｖ溝に適合する逆三角形状であることを特徴とする、請求項８に記載の半導体パッケージ。
10. 前記接着は、前記半導体基板の溝部側面および／または前記リッド基板の突状体側面に接着材を付着させることによる接着か、あるいは前記半導体基板の溝部側面および前記リッド基板の突状体側面が陽極接合による接着であることを特徴とする、請求項８または９に記載の半導体パッケージ。
11. 外部機器と接続する半導体パッケージの外部電極は、リッド基板表面に形成されているか、または半導体基板裏面に形成されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
12. 前記気密空間において、前記リッド裏面にゲッター膜が形成されていることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
13. 前記半導体チップは、表面側に光センサを有することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の半導体パッケージ。
14. 前記光センサは表面照射型または裏面照射型であることを特徴とする、請求項１３に記載の半導体パッケージ。