JP2023077232A - 圧力センサ、圧力センサを作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力の検知ばらつきを低減できる圧力センサを提供する。【解決手段】圧力センサは、ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップと、複数のバンプ構造体と、前記バンプ構造体によって前記半導体センサチップから隔てられて前記バンプ構造体を介して前記半導体センサチップを支持する支持体ベースを備える。前記バンプ構造体の各々は、銅バンプと、銅バンプ上の金被覆膜とを含み、前記バンプ構造体は、前記基板の前記第１面の反対側にある第２面と前記支持体ベースの主面とを接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力センサ、及び圧力センサを作製する方法に関する。

特許文献１は、金ワイヤを用いて形成された金ボールバンプにより基板と電子部品とを接続する方法を開示する。

特開平１０－５０３０５９号公報

特許文献１の接合構造は、ワイヤボンディングから形成された金バンプを用いて、ピエゾ抵抗素子を含むシリコンチップの圧力センサをシリコン基板と組み立てて、電子部品を形成する。電子部品が圧力を受けると、圧力センサのシリコンチップとバンプ接続部との接続部に歪みが生じて、この歪みは、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を引き起こす。

検討によれば、この電子部品において、圧力の検知ばらつきは、シリコンチップとシリコン基板との離間距離のばらつきに起因する。離間距離のばらつきは、ワイヤボンディングを用いて形成された金バンプのボールの高さのばらつきに帰着する。

本発明は、上述した課題に鑑み、圧力の検知ばらつきを低減できる圧力センサ、及び圧力センサを作製する方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る圧力センサは、ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップと、複数のバンプ構造体と、前記バンプ構造体によって前記半導体センサチップから隔てられて前記バンプ構造体を介して前記半導体センサチップを支持する支持体ベースと、を備え、前記バンプ構造体の各々は、銅バンプと、前記銅バンプの上の金被覆膜とを含み、前記バンプ構造体は、前記基板の前記第１面の反対側にある第２面と前記支持体ベースの主面とを接続する。

本発明の第２態様に係る圧力センサは、第１態様に係る圧力センサであって、前記ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成するように前記基板の前記第１面に設けられた複数の抵抗体と、前記ブリッジ回路の前記抵抗体を繋ぐ複数の金属導体を含む。

本発明の第３態様に係る圧力センサは、第２態様に係る圧力センサであって、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを収容するハウジングと、前記基板の前記第１面に交差する方向に、前記ハウジングの貫通孔を通して前記半導体センサチップの前記受圧構造物まで延在する伝達体と、を更に備え、前記受圧構造物は、複数の前記抵抗体によって囲まれる。

本発明の第４態様に係る圧力センサは、第２態様又は第３態様のいずれか一態様に係る圧力センサであって、前記支持体ベースの前記主面のサイズは、前記半導体センサチップの前記第２面のサイズより大きく、前記支持体ベースは、前記支持体ベースの前記主面の少なくとも一部分の上に設けられた銅膜を有し、前記バンプ構造体の前記銅バンプは、前記支持体ベースの前記銅膜上に位置し、前記バンプ構造体の前記銅バンプは、側面及び上面を有し、前記金被覆膜は、前記銅バンプの前記上面に設けられ、前記基板の前記第２面はシリコンを備え、前記金被覆膜の少なくとも一部は、前記バンプ構造体の前記銅バンプと前記基板の前記第２面との間に延在する。

本発明の第５態様に係る圧力センサを作製する方法は、ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面の上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップを準備することと、前記半導体センサチップを支持するための支持体ベースを準備することと、複数のバンプ構造体を用いて、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることと、を含み、支持体ベースを準備することは、複数の区画を含む支持体基板と該支持体基板の主面上に設けられた金属層とを含むベース基板を準備することと、前記ベース基板の前記金属層の上に複数の銅バンプをメッキ法により堆積すると共に前記ベース基板の各銅バンプ上に金被覆膜をメッキ法により堆積して、前記区画毎に前記バンプ構造体を形成することであって、前記バンプ構造体の各々は、前記銅バンプ及び前記金被覆膜を含む、前記バンプ構造体を形成することと、前記バンプ構造体を形成した後に、前記ベース基板の前記区画から支持体ベースを作製することと、を含み、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることは、前記半導体センサチップの前記第１面の反対側の第２面に前記支持体ベースの前記バンプ構造体を固定することを含む。

第６態様に係る圧力センサを作製する方法は、第５態様に係る方法であって、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることに先立って、ハウジング内において前記支持体ベースを位置決めすることと、前記支持体ベースを位置決めした後に、前記支持体ベースを前記ハウジングにダイボンドすることと、を更に含み、前記半導体センサチップの前記第１面の反対側の第２面に前記支持体ベースの前記バンプ構造体を固定することは、前記半導体センサチップを前記支持体ベース又は前記ハウジングに対して位置決めすることと、前記支持体ベースの前記バンプ構造体を前記半導体センサチップの前記基板の前記第２面に接合させること、を含み、前記半導体センサチップの前記第２面はシリコン面を含む。

本発明の第７態様に係る圧力センサを作製する方法は、ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面の上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップを準備することと、前記半導体センサチップを支持するための主面を有する支持体ベースを準備することと、複数のバンプ構造体を用いて、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることと、を含み、半導体センサチップを準備することは、素子区画を含むベース基板を準備することであって、前記ベース基板の前記素子区画は、ピエゾ抵抗素子と、前記ベース基板の第１面上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物と、を有する、ベース基板を準備することと、前記ベース基板の前記第１面の反対側の第２面の少なくとも一部に金属層を形成することと、前記ベース基板の前記金属層の上に複数の銅バンプをメッキ法により前記素子区画毎に形成すると共に各銅バンプ上に金被覆膜をメッキ法により形成して、前記ベース基板の前記第２面の上に前記バンプ構造体を形成することであって、前記バンプ構造体の各々は、前記銅バンプ及び前記金被覆膜を含む、前記バンプ構造体を形成することと、前記ベース基板の前記素子区画から前記半導体センサチップを作製することと、を含み、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることは、前記支持体ベースの前記主面に前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を固定することを含む。

本発明の第８態様に係る圧力センサを作製する方法は、第７態様に係る方法であって、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることに先立って、ハウジング内において前記支持体ベースを位置決めすることと、前記支持体ベースを位置決めした後に、前記支持体ベースを前記ハウジングにダイボンドすることとを更に含み、前記支持体ベースの前記主面のサイズは、前記半導体センサチップの前記第２面のサイズより大きく、前記支持体ベースの前記主面に前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を固定することは、前記半導体センサチップを前記支持体ベースに対して位置決めすることと、前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を前記支持体ベースの主面に接合させること、を含み、前記支持体ベースの前記主面は、シリコン面又は金属層からなる。

第１態様に係る圧力センサによれば、銅バンプ及び金被覆膜を含むバンプ構造体は、支持体ベースの主面と基板の第２面との間隔に関して優れた精度で間隔の値を提供する。優れた精度は、銅がバンプ構造体に採用される一方で、銅バンプ上の金被覆膜がばらつきの小さい接合を可能にする。銅バンプ及び金被覆膜の組み合わせのバンプ構造体は、圧力センサに加わる圧力の不均一を低減できる。また、銅バンプは、金のワイヤバンプに比べて、複数のバンプ構造体間の高さばらつきを小さくすることを可能にする。

第２態様に係る圧力センサによれば、ブリッジ回路は、圧力により変化する抵抗体の抵抗変化を高精度で検出することを可能にする。

第３態様に係る圧力センサによれば、半導体センサチップは、半導体センサチップの基板の第１面上の受圧構造物に伝達体からの圧力を受ける。受圧構造物に受けた力は、受圧構造物の周囲に配置されたピエゾ抵抗素子の抵抗体の抵抗値を変化させる。

第４態様に係る圧力センサによれば、金被覆膜は、半導体センサチップの第２面のシリコンに接合を成す。

第５態様に係る作製方法によれば、メッキ法により形成される銅バンプは、小さい高さばらつきの点で優れる。銅バンプの上面に形成された金被覆膜は、半導体センサチップの基板とバンプ構造体との接合を容易にする。

第６態様に係る作製方法によれば、支持体ベースのバンプ構造体は、半導体センサチップの第２面のシリコンに接合を成す。半導体センサチップ及び支持体ベースを組み立てるに際して、半導体センサチップはハウジング又は支持体ベースに対して位置決めされると、受圧構造物がハウジングに位置決めされる。

第７態様に係る作製方法によれば、メッキ法により形成される銅バンプは、小さい高さばらつきの点で優れる。銅バンプの上面に形成された金被覆膜は、半導体センサチップのバンプ構造体と支持体ベースとの接合を容易にする。

第８態様に係る作製方法によれば、半導体センサチップのバンプ構造体は、支持体ベースの主面のシリコン面又は金属層に接合を成す。半導体センサチップが支持体ベース及びハウジングに対して位置決めされると、受圧構造物がハウジングに位置決めされる。

図１は、本実施の形態に係る圧力センサを模式的に示す図面である。 図２（ａ）は、本実施の形態に係る圧力センサのための半導体センサチップを示す平面図である。図２（ｂ）は、本実施の形態に係る圧力センサのための半導体センサチップを示す断面図である。 図３は、本実施の形態に係る圧力センサのための支持体ベースを示す平面図である。 図４は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の主要な工程を示す製造フローを示す図面である。 図５は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の一工程を模式的に示す図面である。 図６は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の一工程を模式的に示す図面である。 図７は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の一工程を模式的に示す図面である。 図８は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の一工程を模式的に示す図面である。 図９は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の一工程を模式的に示す図面である。 図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、本実施の形態に係る圧力センサの半導体センサチップを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、本実施の形態に係る圧力センサの半導体センサチップを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図１２（ａ）から図１２（ｄ）は、本実施の形態に係る圧力センサの支持体ベースを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。 図１３（ａ）から図１３（ｄ）は、本実施の形態に係る圧力センサの半導体センサチップを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための各実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係る圧力センサを模式的に示す図面である。図２は、本実施の形態に係る圧力センサのための半導体センサチップを示す平面図である。図３は、本実施の形態に係る圧力センサのための支持体ベース１５を示す平面図である。

圧力センサ１１は、半導体センサチップ１３、支持体ベース１５、及び複数のバンプ構造体１７を含む。半導体センサチップ１３は、基板２１、及び受圧構造物２３を有する。受圧構造物２３は、基板２１の第１面２１ａ上に設けられ、当該圧力センサ１１に加えられる圧力を受けるために設けられる。基板２１は、一又は複数のピエゾ抵抗素子２５を含む。

半導体センサチップ１３は、ピエゾ抵抗効果により圧力を検知することを可能にするために、支持体ベース１５から隔置される。バンプ構造体１７は、この隔置を可能にすると共に外部からの圧力に応じて半導体センサチップ１３にひずみ生成を可能にする。バンプ構造体１７は、基板２１の第１面２１ａの反対側にある第２面２１ｂと支持体ベース１５の主面１５ａとを互いに接続する。バンプ構造体１７の各々は、銅バンプ２７と、銅バンプ２７上の金被覆膜２９とを含む。半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５は、バンプ構造体１７を介して固定される。銅バンプ２７は、銅塊であって、この銅塊は、金被覆膜２９で被覆された上面、上面と反対側の底面、及び上面の縁から底面の縁に上面の縁から底面への方向に延在する側面を有する。金被覆膜２９は、銅塊の側面及び底面には設けられない。銅塊の底面は、下地構造物に固定されている。銅塊の厚さ（上面と底面との間隔）は、厚さの１０％程度のばらつきを有する。銅塊の形成は、精度良い厚さを提供でき、また銅塊上面上の金被覆膜２９は、良好な接合及び接合の信頼性を提供できる。

圧力センサ１１によれば、銅バンプ２７及び金被覆膜２９を含むバンプ構造体１７は、支持体ベース１５の主面１５ａと基板２１の第２面２１ｂとの間隔に関して優れた精度で間隔の値を提供する。優れた精度は、銅がバンプ構造体１７に採用される一方で、銅バンプ２７上の金被覆膜２９が安定した接合を可能にし、これ故に、接合に関してばらつきが小さい。銅バンプ２７及び金被覆膜２９の組み合わせのバンプ構造体１７は、圧力センサ１１に加わる圧力の不均一を低減できる。また、銅バンプ２７は、金ワイヤバンプに比べて、複数のバンプ構造体１７間の高さばらつきを小さくすることを可能にする。支持体ベース１５及び半導体センサチップ１３は、複数のバンプ構造体１７によって隔置されて、支持体ベース１５と半導体センサチップ１３との間に空隙を形成する。この空隙の一部及び全部には、良好な圧力検知を可能にするために、詰め物が設けられていない。支持体ベース１５及び半導体センサチップ１３の両方には複数のバンプ構造体１７のみが接している。

半導体センサチップ１３は、シリコン半導体領域を含む基板２１、例えばシリコン基板を用いて作製されることができる。ピエゾ抵抗素子２５は、シリコン半導体領域にｐ型又はｎ型のドーパントを添加して作製されることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照すると、基板２１のピエゾ抵抗素子２５は、複数の抵抗体２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを含むことができる。これらの抵抗体２５ａ～２５ｄは、基板２１の第１面２１ａに設けられることができ、またブリッジ回路２４を構成するように金属導体２６、具体的には複数の金属導体２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄによって接続されることができる。

この圧力センサ１１によれば、ブリッジ回路２４は、圧力により変化する抵抗体２５ａ～２５ｄの抵抗値変化を高精度で検出することを可能にする。受圧構造物２３は、抵抗体２５ａ～２５ｄによって囲まれることができ、又は金属導体２６ａ～２６ｄによって囲まれることができる。

図１に示されるように、圧力センサ１１は、ハウジング３１を更に含むことができる。ハウジング３１は、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５を収容する。ハウジング３１は、底部３１ａと、壁部３１ｂと、天井部３１ｃとを含む。

底部３１ａは、その底面３１ｄ上に、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５を搭載する。壁部３１ｂは、底部３１ａに交差する方向に底部３１ａから延在するように設けられ、また底面３１ｄ上に搭載された半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５を囲む。天井部３１ｃは、壁部３１ｂによって形成された開口を覆い、また貫通孔３１ｅを有する。

圧力センサ１１は、また、伝達体３３を更に含む。伝達体３３は、基板２１の第１面２１ａに交差する方向に、ハウジング３１の貫通孔３１ｅを通して半導体センサチップ１３の受圧構造物２３まで延在する。伝達体３３は、例えば、貫通孔３１ｅから受圧構造物２３までの部分において棒形状を有する。伝達体３３の材料は、ステンレスなど金属であることができる。伝達体３３は、受圧構造物２３に固定される。

圧力センサ１１によれば、半導体センサチップ１３は、半導体センサチップ１３の基板２１の第１面２１ａ上の受圧構造物２３に伝達体３３からの圧力を受ける。受圧構造物２３に受けた力は、受圧構造物２３の周囲に配置されたピエゾ抵抗素子２５の抵抗体２５ａ～２５ｄの抵抗値を変化させる。

受圧構造物２３は、銅バンプを含むことができる。受圧構造物２３が銅バンプを含むと、高さバラツキを低減することができることである。

圧力センサ１１を作製する方法において、バンプ構造体１７の各々は、銅バンプ２７及び金被覆膜２９を含むバンプ構造体１７は、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５のいずれか一方に設けられることができる。

支持体ベース１５は、図１に示されるように、基板４０を含み、基板４０は、絶縁膜４２によって覆われている。絶縁膜４２上には、バンプ構造体１７の配列が設けられている。基板４０は、例えばシリコン基板といったシリコン領域を有することができる。図３を参照すると、バンプ構造体１７を有する支持体ベース１５が示されている。

可能な場合には、支持体ベース１５は、図３に示されるように、主面１５ａに設けられた半導体集積回路２０を含むことができる。半導体集積回路２０は、半導体センサチップ１３からのセンサ信号を処理するように構成されることができる。半導体集積回路２０は、層間絶縁膜によって覆われ、また層間絶縁膜上を延在する配線導体４４ａを介して複数のパッド電極４４ｂに接続される。配線導体４４ａは、パッド電極４４ｂの位置に開口を有する保護膜４６（例えば、シリコン系無機絶縁膜）によって覆われる。保護膜４６上には、バンプ構造体１７が設けられる。

図１に示されるように、圧力センサ１１は、支持体ベース１５、バンプ構造体１７の銅バンプ２７、バンプ構造体１７の金被覆膜２９、及び半導体センサチップ１３の順の配列を含むことができる。この配列では、基板２１の第２面２１ｂはシリコンを含むことができる。また、金被覆膜２９の少なくとも一部は、各バンプ構造体１７の銅バンプ２７と基板２１の第２面２１ｂとの間に延在する。圧力センサ１１によれば、金被覆膜２９は、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂのシリコンに接合を形成できる。

支持体ベース１５は、支持体ベース１５の主面１５ａの少なくとも一部分の上に設けられた銅膜３７を有することができる。バンプ構造体１７の銅バンプ２７は、銅膜３７の上に位置する。バンプ構造体１７の金被覆膜２９は、銅膜３７から露出された銅バンプ２７の表面の少なくとも一部、例えば上面を覆う。圧力センサ１１によれば、バンプ構造体１７は、支持体ベース１５の製造工程において銅膜３７上にメッキ法によって形成される。

しかしながら、図３に示された支持体ベース１５に限定されることなく、本実施の形態に係る圧力センサ１１は、支持体ベース１５、バンプ構造体１７の金被覆膜２９、バンプ構造体１７の銅バンプ２７、及び半導体センサチップ１３の順の配列を含むことができる。この配列では、支持体ベース１５の主面１５ａは、シリコン面又は金属パッドを含むことができる。また、金被覆膜２９の少なくとも一部は、各バンプ構造体１７の銅バンプ２７と支持体ベース１５の主面１５ａとの間に延在する。バンプ構造体１７は、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂ上に設けられる。バンプ構造体１７は、支持体ベース１５の主面１５ａのシリコン面又は金属パッドに接合を形成できる。

半導体センサチップ１３における圧力の安定した検知を可能にするために、支持体ベース１５の主面１５ａのサイズは、半導体センサチップ１３の基板２１の第２面２１ｂのサイズより大きいことがよい。例えば、図３には、第２面２１ｂの形状が破線で描かれている。また、半導体センサチップ１３の厚さは、例えば１００から３００μｍであり、支持体ベース１５の厚さは、例えば１００μｍ以上である。

引き続き、圧力センサ１１を作製する方法を説明する。理解を容易にするために、可能な場合には、図１から図３に示された圧力センサ１１の構成物の参照符号を製造方法の説明においても使用する。

図４は、本実施の形態に係る圧力センサを作製する方法の主要な工程を示す製造フローを示す図面である。

Ｓ１０１では、支持体ベース１５を準備する。この準備は、製造すること、又は製造とは異なる方法によって入手することを含む。支持体ベース１５を製造する方法については、後述する。

Ｓ１０２では、半導体センサチップ１３を準備する。この準備は、製造すること、又は製造とは異なる方法によって入手することを含む。半導体センサチップ１３を製造する方法については、後述する。

図５を参照すると、支持体ベース１５には、バンプ構造体１７が設けられている。しかしながら、バンプ構造体１７は、半導体センサチップ１３の基板２１の第２面に設けられることができる。基板２１の第２面にバンプ構造体１７を有する半導体センサチップ１３を用いる場合には、引き続く製造フローと同様な手順により圧力センサ１１の作製に適用される。具体的には、バンプ構造体１７は、半導体センサチップ１３の製造又は支持体ベース１５の作製において形成される。これらの作製方法によれば、銅バンプ２７は、メッキ法により形成され、また小さい高さばらつきの点で優れる。また、銅バンプ２７の上面に形成された金被覆膜２９は、接合相手の半導体面又は金属面に接合を容易にし、また良好な接合を形成する。

Ｓ１０３では、図５に示されるように、ハウジング３１に支持体ベース１５を位置決めする。具体的には、支持体ベース１５は、ハウジング３１の底部３１ａ上に配置される。ハウジング３１の所定の目印を基準にして位置決めされる。

Ｓ１０４では、位置決めの後に、図５に示されるように、支持体ベース１５は、ハウジング３１の底部３１ａに接着材３９（例えば、半田又は銀ペースト）によって固定される。この固定は、例えばダイボンドによって行われる。

Ｓ１０５では、複数のバンプ構造体１７を用いて半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５を組み立てる。

図６に示されるように、支持体ベース１５に設けられたバンプ構造体１７を用いる場合、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂに支持体ベース１５のバンプ構造体１７を固定する。固定のために、半導体センサチップ１３を支持体ベース１５又はハウジング３１に対して位置決めする。位置決めの後に、支持体ベース１５のバンプ構造体１７を半導体センサチップ１３の第２面２１ｂに接合させる。具体的には、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂはシリコンを含み、支持体ベース１５のバンプ構造体１７は、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂのシリコン面に接合を成す。接合面が、支持体ベース１５から離れて半導体センサチップ１３に近い。センサチップ１３内に形成した応力感知領域の不純物拡散領域に近い領域に形成することで、圧力による検知能力の向上を図っている。

この作製方法では、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５の組み立てに際して、半導体センサチップ１３がハウジング３１又は支持体ベース１５に対して位置決めされると、半導体センサチップ１３の受圧構造物２３がハウジング３１に位置決めされる。

接合の形成に際して、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５の一方から他方への方向に圧力を加えることができ、及び／又はバンプ構造体１７を加熱することができる。圧力はバンプ構造体１７の金被覆膜２９の金の再配置を促す。また、加熱はバンプ構造体１７の金被覆膜２９の金に熱接合を容易に発現させることができる。圧力は、例えば、１０ｋＰａから１００ＭＰａであって、例えば、１００ｋＰａであることができる。加圧の方法は、例えば気圧、水圧などであることができる。

或いは、半導体センサチップ１３に設けられたバンプ構造体１７を用いる場合、支持体ベース１５の主面１５ａに半導体センサチップ１３のバンプ構造体１７を固定する。この固定のために、半導体センサチップ１３を支持体ベース１５に対して位置決めする。具体的には、半導体センサチップ１３を支持体ベース１５のバンプ接合エリアに対して位置決めする。この位置決めの後に、半導体センサチップ１３のバンプ構造体１７を支持体ベース１５の主面１５ａに接合させる。バンプ接合エリアにおいて、支持体ベース１５の主面１５ａは、シリコン面又は金属層からなる。具体的には、半導体センサチップ１３のバンプ構造体１７は、支持体ベース１５の主面１５ａのシリコン面又は金属層に接合を成す。接合面が、半導体センサチップ１３から離れて支持体ベース１５に近い。センサチップ１３内に形成した応力感知領域の不純物拡散領域に近い領域に形成することで、圧力による検知能力の向上を図っている。

この作製方法によれば、支持体ベース１５の主面１５ａのサイズは、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂのサイズより大きい。半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５を組み立てるに際して、半導体センサチップ１３が支持体ベース１５に対して位置決めされると、受圧構造物２３がハウジング３１に位置決めされる。

接合の形成に際して、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５の一方から他方への方向に圧力を加えることができ、及び／又はバンプ構造体１７を加熱することができる。圧力はバンプ構造体１７の金被覆膜２９の金の再配置を促す。また、加熱はバンプ構造体１７の金被覆膜２９の金に熱接合を容易に発現させることができる。圧力は、例えば、１０ｋＰａから１００ＭＰａであって、例えば、１００ｋＰａであることができる。加圧の方法は、例えば気圧、水圧などであることができる。

Ｓ１０６では、半導体センサチップ１３及び支持体ベース１５の少なくともいずれかのパッド電極をハウジング３１の導電体４１に接続する。

具体的には、図７に示されるように、半導体センサチップ１３のピエゾ抵抗素子２５及び／又は支持体ベース１５の半導体集積回路２０をハウジング３１の導電体４１に金属細線４３を介して電気的に接続する。半導体センサチップ１３のピエゾ抵抗素子２５が導電体４１（４１ａ、４１ｂ）に金属細線（４３ａ、４３ｂ）を用いて接続される。

Ｓ１０７では、図８に示されるように、半導体センサチップ１３の受圧構造物２３にハウジング３１の貫通孔３１ｅを通して伝達体３３を突き当てる。伝達体３３は、受圧構造物２３に固定される。

Ｓ１０８では、伝達体３３をハウジング３１に組み上げた後に、図９に示されるように、ハウジング３１の天井部３１ｃで壁部３１ｂによって形成された開口を覆い、天井部３１ｃを壁部３１ｂに固定部４５によって固定する。この固定部４５の形成は、接着材（例えば、半田又は銀ペースト）又は溶接によって行われる。

図１０（ａ）～図１０（ｄ）、及び図１１（ａ）～図１１（ｄ）を参照しながら、半導体センサチップ１３を作製する方法を説明する。半導体センサチップ１３は、例えばシリコンウエハを用いて作製される。引き続く説明では、作製されるべき半導体センサチップ１３の一素子区画を参照すると共に、可能な場合には、半導体センサチップ１３の同一又は類似の構成物には、図１又は図２と同一又は類似の参照符号を付する。

図１０（ａ）に示されるように、基板２１、例えばｐ型シリコンウエハを準備する。基板２１にドーパント（例えばｎ型ドーパント）の導入を行って、ピエゾ抵抗素子２５のための抵抗体領域２５ｅを形成する。ドーパントの導入は、例えばイオン注入により行われることができる。

図１０（ｂ）に示されるように、基板２１上に絶縁膜２２、例えばシリコン系無機絶縁膜を化学的気相成長法により成長して、基板２１の第１面２１ａを被覆する。フォトリソグフィ及びエッチングを用いて、抵抗体領域２５ｅ上に位置する開口２２ａを絶縁膜２２に形成する。

図１０（ｃ）に示されるように、スパッタリング法、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて金属導体２６を形成する。金属導体２６は、抵抗体領域２５ｅに接触を成す。

図１０（ｄ）に示されるように、金属導体２６及び絶縁膜２２を覆う保護膜２８を形成する。保護膜２８は、例えばシリコン系無機絶縁膜を化学的気相成長法により成長して、金属導体２６及び絶縁膜２２を被覆する。フォトリソグフィ及びエッチングを用いて、金属導体２６上に位置する開口２８ａを保護膜２８に形成する。この開口２８ａは、金属導体２６のパッド電極上に位置する。

図１１（ａ）に示されるように、金属導体２６及び保護膜２８上に銅膜３０をスパッタリング法により堆積する。銅膜３０は、開口２８ａを介して金属導体２６に接続され、また金属導体２６は、開口２２ａを介して抵抗体領域２５ｅに接続される。

図１１（ｂ）に示されるように、フォトリソグラフィを用いて、中間生産物ＳＰ１上に受圧構造物２３のためのマスク４７を形成する。マスク４７は、例えばレジストからなり、また開口４７ａを有する。開口４７ａには、銅膜３０が現れている。

図１１（ｃ）に示されるように、マスク４７を伴う中間生産物ＳＰ１にメッキ法により銅バンプ３２を含む受圧構造物２３を形成する。受圧構造物２３のための銅バンプ３２の厚さは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下の範囲であることができる。

図１１（ｄ）に示されるように、メッキの終了の後に、マスク４７を除去すると共に、受圧構造物２３をマスクとして用いて、銅膜３０を除去する。この除去は、具体的には、硝酸など酸系の薬品によって行われる。銅膜３０の除去により、金属導体２６及び絶縁膜２２が現れる。

これらの工程により、半導体センサチップ１３の素子区画のアレイが形成される。半導体センサチップ１３は、素子区画のアレイを分離することによって得られる。

図１２（ａ）～図１２（ｄ）を参照しながら、バンプ構造体１７を有する支持体ベース１５を作製する方法を説明する。支持体ベース１５は、例えばシリコンウエハを用いて作製される。引き続く説明では、作製されるべき支持体ベース１５の一素子区画を参照すると共に、可能な場合には、支持体ベース１５の同一又は類似の構成物には、同一又は類似の参照符号を付する。

図１２（ａ）に示されるように、シリコン半導体集積回路の製造工程を用いて、基板４０、例えばシリコンウエハに以下の構造を形成する。具体的には、バンプ構造体１７を設けるための支持体ベース１５が示されている。支持体ベース１５は、基板４０を含み、基板４０は、絶縁膜４２によって覆われている。絶縁膜４２上には、バンプ構造体１７の配列が設けられている。基板４０は、例えばシリコン領域を有することができる。支持体ベース１５は、シリコン領域に設けられた半導体集積回路２０を含むことができる。半導体集積回路２０は、半導体センサチップ１３からのセンサ信号を処理するように構成されることができる。半導体集積回路２０は、層間絶縁膜１８によって覆われ、また層間絶縁膜１８上を延在する配線導体４４ａを介して複数のパッド電極４４ｂに接続される。配線導体４４ａは、パッド電極４４ｂの位置に開口を有する保護膜４６（例えば、シリコン系無機絶縁膜）によって覆われる。保護膜４６上には、引き続く工程によって、バンプ構造体１７が設けられる。これらのプロセスによって、複数の区画を含む支持体基板が提供される。

図１２（ｂ）に示されるように、パッド電極４４ｂ及び保護膜４６上に金属膜（例えば銅膜４８）をスパッタリング法により堆積する。これまでのプロセスによって、支持体基板の主面上に設けられた金属層を含むベース基板が準備される。銅膜４８は、保護膜４６の開口を介して配線導体４４ａに接続され、また配線導体４４ａは、層間絶縁膜１８の開口を介して半導体集積回路２０に接続される。

次いで、区画毎にバンプ構造体１７を形成する。具体的には、図１２（ｃ）に示されるように、フォトリソグラフィを用いて、バンプ構造体１７の平面形状及び位置を規定するマスク４９を銅膜４８上に形成する。マスク４９は、例えばレジストからなり、また開口４９ａを有する。開口４９ａには、銅膜４８が現れている。

マスク４９を用いてメッキ法により銅バンプ２７のための銅塊を形成する。銅バンプ２７の後に、メッキ法により銅バンプ２７の上面に金被覆膜２９を形成する。銅バンプ２７の厚さは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下の範囲であることができる。金被覆膜２９の厚さは、例えば０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の範囲であることができる。

図１１（ｄ）に示されるように、これらのメッキ工程の終了の後に、マスク４９を除去すると共に、金被覆膜２９をマスクとして用いて、銅膜４８を除去する。この除去は、具体的には、エッチング（例えば、硝酸など酸系の薬品）によって行われる。銅膜４８の除去により、パッド電極４４ｂ及び保護膜４６が現れる。銅バンプ２７の銅塊の下には銅膜４８が残される。上記の説明から理解されるように、銅バンプ２７は、銅塊であって、この銅塊は、金被覆膜２９で被覆された上面、上面と反対側の底面、及び上面の縁から底面の縁に上面の縁から底面への方向に延在する側面を有する。銅塊の底面は、下地構造（本実施例では、銅膜４８）に接合を成す。上面及び底面のサイズ及び形状は、マスク４９の開口サイズによって規定される。金被覆膜２９は、銅塊の側面及び底面には設けられない。バンプ構造体１７は、金被覆膜２９、銅塊及び、銅塊の下に残された銅膜４８を含む。

これらの工程により、支持体ベース１５の素子区画のアレイが形成される。支持体ベース１５は、素子区画のアレイを分離することによって得られる。支持体ベース１５上において、バンプ構造体１７のための銅塊の厚さ（上面と底面との間隔）は、厚さの１０％程度のばらつきを有する。

図１３（ａ）～図１３（ｄ）を参照しながら、バンプ構造体１７を有する半導体センサチップ１３を作製する方法を説明する。

図１３（ａ）に示されるように、図１１（ｄ）に示された工程によって、半導体センサチップ１３の素子区画のアレイが形成される。アレイを保護膜、例えば厚膜レジスト５１によって覆う。支持体ベース１５と同様の製造工程により、半導体センサチップ１３の素子区画に合わせてバンプ構造体１７が、半導体センサチップ１３の素子区画の裏面に作製される。

次いで、区画毎にバンプ構造体１７を形成する。具体的には、図１３（ｂ）に示されるように、半導体センサチップ１３の第２面２１ｂに、銅膜５０をスパッタリング法により堆積する。銅膜５０は、第２面２１ｂのシリコンに接触する。

図１３（ｃ）に示されるように、フォトリソグラフィを用いて、銅膜５０上にバンプ構造体１７の上面形状及び位置を規定するマスク５２を形成する。マスク５２は、例えばレジストからなり、また開口５２ａを有する。開口５２ａには、銅膜５９が現れている。

マスク５２を用いてメッキ法により銅バンプ２７のための銅塊を形成する。この後に、メッキ法により銅バンプ２７のための銅塊の上面に金被覆膜２９を形成する。銅バンプ２７のための銅塊の厚さは、例えば５μｍ以上２０μｍ以下の範囲であることができる。金被覆膜２９の厚さは、例えば０．０１μｍ以上０．１μｍ以下の範囲であることができる。

これらのメッキ工程の終了の後に図１３（ｄ）に示されるように、マスク５２及び厚膜レジスト５１を除去すると、裏面には銅膜５０が現れる。銅膜５０は、金被覆膜２９をマスクとして用いてエッチング（硝酸など酸系の薬品）により除去される。この除去は、具体的には、エッチングによって行われる。銅膜５０の除去により、第２面２１ｂが現れる。銅バンプ２７のための銅塊の下には銅膜５０が残される。銅バンプ２７は、銅塊であって、この銅塊は、金被覆膜２９で被覆された上面、上面と反対側の底面、及び上面の縁から底面の縁に上面の縁から底面への方向に延在する側面を有する。銅塊の底面は、下地構造（本実施例では、銅膜５０）に接合を成す。上面及び底面のサイズ及び形状は、マスク４９の開口サイズによって規定される。金被覆膜２９は、銅塊の側面及び底面には設けられない。バンプ構造体１７は、金被覆膜２９、銅塊及び、銅塊の下に残された銅膜５０を含む。

第２面２１ｂにバンプ構造体１７を形成した後に、素子区画のアレイを分離することによって半導体センサチップ１３を得ることができる。半導体センサチップ１３上において、バンプ構造体１７のための銅塊の厚さ（上面と底面との間隔）は、厚さの１０％程度のばらつきを有する。

本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。そして、それらはすべて、本発明の技術思想に含まれるものである。

１１・・・圧力センサ、１３・・・半導体センサチップ、１５・・・支持体ベース、１５ａ・・・主面、１７・・・バンプ構造体、１８・・・層間絶縁膜、２０・・・半導体集積回路、２１・・・基板、２１ａ・・・第１面、２１ｂ・・・第２面、２２・・・絶縁膜、２２ａ・・・開口、２３・・・受圧構造物、２４・・・ブリッジ回路、２５・・・ピエゾ抵抗素子、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ・・・抵抗体、２５ｅ・・・抵抗体領域、２６・・・金属導体、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ・・・金属導体、２７・・・銅バンプ、２８・・・保護膜、２８ａ・・・開口、２９・・・金被覆膜、３０・・・銅膜、３１・・・ハウジング、３１ａ・・・底部、３１ｂ・・・壁部、３１ｃ・・・天井部、３１ｄ・・・底面、３１ｅ・・・貫通孔、３２・・・銅バンプ、３３・・・伝達体、３７・・・銅膜、３９・・・接着材、４０・・・基板、４１・・・導電体、４２・・・絶縁膜、４３・・・金属細線、４４ａ・・・配線導体、４４ｂ・・・パッド電極、４５・・・接着材、４６・・・保護膜、４７・・・マスク、４７ａ・・・開口、４８・・・銅膜、４９・・・マスク、４９ａ・・・開口、５０・・・銅膜、５１・・・厚膜レジスト、５２・・・マスク、５２ａ・・・開口、５９・・・銅膜。

Claims (8)

1. ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面の上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物と、を有する半導体センサチップと、
   複数のバンプ構造体と、
   前記バンプ構造体によって前記半導体センサチップから隔てられて前記バンプ構造体を介して前記半導体センサチップを支持する支持体ベースと、
   を備え、
   前記バンプ構造体の各々は、銅バンプと、前記銅バンプの上の金被覆膜とを含み、
   前記バンプ構造体は、前記基板の前記第１面の反対側にある第２面と前記支持体ベースの主面とを接続する、
   圧力センサ。
2. 前記ピエゾ抵抗素子は、ブリッジ回路を構成するように前記基板の前記第１面に設けられた複数の抵抗体と、前記ブリッジ回路の前記抵抗体を繋ぐ複数の金属導体を含む、
   請求項１に記載された圧力センサ。
3. 前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを収容するハウジングと、
   前記基板の前記第１面に交差する方向に、前記ハウジングの貫通孔を通して前記半導体センサチップの前記受圧構造物まで延在する伝達体と、
   を更に備え、
   前記受圧構造物は、複数の前記抵抗体によって囲まれる、
   請求項２に記載された圧力センサ。
4. 前記支持体ベースの前記主面のサイズは、前記半導体センサチップの前記第２面のサイズより大きく、
   前記支持体ベースは、前記支持体ベースの前記主面の少なくとも一部分の上に設けられた銅膜を有し、
   前記バンプ構造体の前記銅バンプは、前記支持体ベースの前記銅膜の上に位置し、
   前記バンプ構造体の前記銅バンプは、側面及び上面を有し、
   前記金被覆膜は、前記銅バンプの前記上面に設けられ、
   前記基板の前記第２面はシリコンを備え、
   前記金被覆膜の少なくとも一部は、前記バンプ構造体の前記銅バンプと前記基板の前記第２面との間に延在する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された圧力センサ。
5. ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面の上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップを準備することと、
   前記半導体センサチップを支持するための支持体ベースを準備することと、
   複数のバンプ構造体を用いて、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることと、
   を含み、
   支持体ベースを準備することは、
   複数の区画を含む支持体基板と該支持体基板の主面上に設けられた金属層とを含むベース基板を準備することと、
   前記ベース基板の前記金属層の上に複数の銅バンプをメッキ法により堆積すると共に前記ベース基板の各銅バンプ上に金被覆膜をメッキ法により堆積して、前記区画毎に前記バンプ構造体を形成することであって、前記バンプ構造体の各々は、前記銅バンプ及び前記金被覆膜を含む、前記バンプ構造体を形成することと、
   前記バンプ構造体を形成した後に、前記ベース基板の前記区画から支持体ベースを作製することと、
   を含み、
   前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることは、前記半導体センサチップの前記第１面の反対側の第２面に前記支持体ベースの前記バンプ構造体を固定することを含む、
   圧力センサを作製する方法。
6. 前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることに先立って、ハウジング内において前記支持体ベースを位置決めすることと、
   前記支持体ベースを位置決めした後に、前記支持体ベースを前記ハウジングにダイボンドすることと
   を更に含み、
   前記半導体センサチップの前記第１面の反対側の第２面に前記支持体ベースの前記バンプ構造体を固定することは、
   前記半導体センサチップを前記支持体ベース又は前記ハウジングに対して位置決めすることと、
   前記支持体ベースの前記バンプ構造体を前記半導体センサチップの前記基板の前記第２面に接合させること、を含み、
   前記半導体センサチップの前記第２面はシリコン面を含む、
   請求項５に記載された、圧力センサを作製する方法。
7. ピエゾ抵抗素子を含む基板と、前記基板の第１面の上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する半導体センサチップを準備することと、
   前記半導体センサチップを支持するための主面を有する支持体ベースを準備することと、
   複数のバンプ構造体を用いて、前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることと、
   を含み、
   半導体センサチップを準備することは、
   素子区画を含むベース基板を準備することであって、前記ベース基板の前記素子区画は、ピエゾ抵抗素子と、前記ベース基板の第１面上に設けられ圧力を受けるための受圧構造物とを有する、ベース基板を準備することと、
   前記ベース基板の前記第１面の反対側の第２面の少なくとも一部に金属層を形成することと、
   前記ベース基板の前記金属層の上に複数の銅バンプをメッキ法により前記素子区画毎に形成すると共に各銅バンプ上に金被覆膜をメッキ法により形成して、前記ベース基板の前記第２面の上に前記バンプ構造体を形成することであって、前記バンプ構造体の各々は、前記銅バンプ及び前記金被覆膜を含む、前記バンプ構造体を形成することと、
   前記ベース基板の前記素子区画から前記半導体センサチップを作製することと、
   を含み、
   前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることは、前記支持体ベースの前記主面に前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を固定することを含む、
   圧力センサを作製する方法。
8. 前記半導体センサチップ及び前記支持体ベースを組み立てることに先立って、ハウジング内において前記支持体ベースを位置決めすることと、
   前記支持体ベースを位置決めした後に、前記支持体ベースを前記ハウジングにダイボンドすることと
   を更に含み、
   前記支持体ベースの前記主面のサイズは、前記半導体センサチップの前記第２面のサイズより大きく、
   前記支持体ベースの前記主面に前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を固定することは、
   前記半導体センサチップを前記支持体ベースに対して位置決めすることと、
   前記半導体センサチップの前記バンプ構造体を前記支持体ベースの主面に接合させること、を含み、
   前記支持体ベースの前記主面は、シリコン面又は金属層からなる、
   請求項７に記載された、圧力センサを作製する方法。
   

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