JP5328493B2 - 圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。詳しくは、半導体基板に形成した半導体圧力センサと、該半導体圧力センサの制御用の集積回路のチップサイズでの実装を目的とした圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれらの製造方法に関する。
半導体圧力センサ（以下、「圧力センサ」と呼称）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。
その一例としては、例えば図１１に示すようなものが挙げられる。この圧力センサ１００は、シリコン等からなる半導体基板１０２と、その中央域に形成された空間部１０３と、該空間部１０３により薄板化された領域からなるダイアフラム部１０４（感圧部）と、該ダイアフラム部１０４に複数配された、感圧素子としての歪ゲージ１０５と、前記ダイアフラム部１０４を除いた外縁域に配され、前記歪ゲージ１０５ごとに電気的に接続された電極（パッド部）１０６等を備えている。
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配することにより、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」と呼称)。
図１２は、樹脂による圧力センサパッケージ１１０の構造例である。この例では、樹脂板等からなり、圧力導入孔１１１ａを有する筐体１１１を備え、該筐体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１０６と筐体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１２（ａ）は絶対圧型圧力センサの構成例であり、図１２（ｂ）は相対圧型圧力センサの構成例である。
ただし、このような圧力センサパッケージの筐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、感圧素子を形成した半導体基板を樹脂や金属などで構成された筐体で覆う形態の、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。
電子部品の実装用基板に対する、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、半導体基板上に電極となるバンプを形成する技術（以下、「バンプ形成技術」と呼称）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図１３にバンプ形成技術を用いて作製された圧力センサパッケージを示す。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と同程度の大きさで電子部品の実装用基板に実装することが可能である。また、図１４に示すように、半導体基板面上のダイアフラム部１０４の外周領域に、感圧素子１０５形成面から対向面に対して半導体基板１０２に貫通孔１２１を形成し、貫通孔１２１内面にスパッタ法などにより金属膜１２２を堆積させ、該対向面に形成したバンプ１２０と、感圧素子とを電気的に接続する（以下、「貫通配線形成技術」と呼称）。このように、バンプ形成技術と貫通配線形成技術を用いることにより、小型の圧力センサパッケージを作製することが可能である。
このような圧力センサにおいて高精度の圧力分解能を実現するためには、出力の電気信号の温度依存性を小さくすることが効果的であり、加えて、所望の出力値になるような電気信号の増幅や補正が必要になる。
そこで、前記の特徴をもつ感圧素子を形成した半導体基板（以下、「圧力センサ本体」と呼称）に加えて、該感圧素子からの電気信号を補償するために、半導体の集積回路が接続されることがある。
圧力センサ本体の感圧素子の形成面と同一面で、感圧素子の外周部に、当該集積回路を形成した圧力センサモジュール（以下、「集積化圧力センサ」と呼称）が知られている。集積化圧力センサにより、感圧素子からの電気信号の補償が可能であるが、感圧素子と同一面に該集積回路が形成されるため、圧力センサ本体の面積より、集積化圧力センサの面積が、少なからず増加するという問題がある。
圧力センサ本体と圧力センサ制御用の集積回路（以下、「ＡＳＩＣ」と呼称）を、他の電子部品と電気的に接続するために、圧力センサ本体とＡＳＩＣを、それぞれ樹脂などで構成されたパッケージ内に設置した状態で樹脂基板等に実装する場合、圧力センサ本体とＡＳＩＣのパッケージに相当する実装面積と、パッケージ間を電気的に接続する配線部の面積が必要になる。特に小型の携帯端末などに圧力センサパッケージを実装する場合には、実装面積が大きいという問題がある。
また、圧力センサ本体とＡＳＩＣを積層した場合は、圧力センサ単体のパッケージと同等のパッケージ面積を実現できるが、パッケージの高さが増加するという問題がある。実装後の圧力センサパッケージの高さは、該パッケージの高さに依存するため、薄型化の実装が困難であるという問題がある。
一方、圧力センサ本体に対する小型かつ薄型の実装を目的として、バンプを用いたチップサイズのパッケージ（以下、「ＣＳＰ」と呼称）による実装技術が検討されている。この方法により、樹脂等で構成されたパッケージに圧力センサを設置する従来のパッケージより、実装面積が小さく薄型の実装が可能になる。ただし、温度特性が補償された高精度の圧力センサを実現するためには、ＡＳＩＣと組み合わせた圧力センサモジュールが必要になる。
感圧素子を形成した半導体基板とＡＳＩＣを、他の電子部品との接続を目的とした基板上に実装する場合、ＡＳＩＣも圧力センサ本体と同様にＣＳＰで実装することにより、圧力センサ単体のＣＳＰによる実装と比べて、実装面積が増加するという問題がある。また、バンプを形成したセンサチップ面上に、バンプを形成したＡＳＩＣを実装する方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法により小型の実装は可能であるが、バンプやＡＳＩＣチップの厚さを精密に制御しなければならないという問題がある。
特開２００２−８２００９号公報
プレスリリース（2007年10月31日）、ＶＴＩテクノロジ（株）ホームページ
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、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサモジュールにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを提供することを第一の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備えた圧力センサパッケージにおいて、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを提供することを第二の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することを第三の目的とする。
本発明は、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化することが可能な圧力センサパッケージを、簡便な方法で得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モジュールは、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に配された空間部、
前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の圧力センサモジュールは、請求項１において、前記感圧素子が、前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に配置されてい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モジュールは、請求項１において、前記感圧素子が、前記第一基板の内面からなる前記空間部に接する面に配置されてい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モジュールは、請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記第二基板の中央域に配された凹部により、前記空間部が構成されてい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パッケージは、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールと、前記貫通配線部の他端と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、前記感圧素子が、前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に配置されてなる第一基板を用いることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
前記感圧素子が、前記第一基板の内面からなる前記空間部に接する面に配置されてなる第一基板を用いることを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の圧力センサモジュールの製造方法は、請求項６又は７において、外面に前記制御用集積回路が形成された前記第二基板に、内面側から凹部を形成する工程Ａと、前記感圧素子が形成された前記第一基板を、内面側を前記凹部と対向させて前記第二基板に張り合わせる工程Ｂと、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Ｃと、を順に有することを特徴とする。
本発明の請求項９に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、請求項８において、前記工程Ｂにおいて張り合わせた前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通する前記貫通配線部を形成することによって、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続することを特徴とする
本発明の請求項１０に記載の圧力センサパッケージの製造方法は、請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Ｄを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板の外面に前記圧力センサの制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサのチップサイズで構成することができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュールを提供することができる。
また、本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて圧力センサを構成し、該基体を構成する第二基板の外面に前記圧力センサの制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサのチップサイズで構成された圧力センサモジュールを備えている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサパッケージを提供することができる。
また本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板の外面に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュールの製造方法において、前記感圧素子が、前記第一基板のダイアフラム部に配置されてなる第一基板を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサモジュールを、簡便な方法で得ることが可能な圧力センサモジュールの製造方法を提供することができる。
また本発明では、基体を構成する第一基板に感圧素子が配されて構成された圧力センサと、該基体を構成する第二基板の外面に前記圧力センサの制御用集積回路とを備えた圧力センサパッケージの製造方法において、前記感圧素子が、前記第一基板のダイアフラム部に配置されてなる第一基板を用いている。さらに、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得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ができる。
本発明の圧力センサパッケージの一例（第一実施形態）を模式的に示す断面図である。 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の圧力センサパッケージの一例（第一実施形態）を模式的に示す断面図である。 本発明の圧力センサパッケージの一例（第一実施形態）を模式的に示す断面図である。 本発明の圧力センサパッケージの一例（第一実施形態）を模式的に示す断面図である。 本発明の圧力センサパッケージの一例（第二実施形態）を模式的に示す断面図である。 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。 圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の圧力センサパッケージの一例（第二実施形態）を模式的に示す断面図である。 従来の圧力センサの一例を模式的に示す断面図である。 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。 従来の圧力センサパッケージの一例を模式的に示す断面図である。
以下、本発明に係る圧力センサモジュール及び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。
この圧力センサパッケージ１Ａ（１）は圧力センサモジュール２０Ａ（２０）を備え、該圧力センサモジュール２０Ａ（２０）は、第一基板３と第二基板４とを重ねてなる基体２、該基体２内の重なり面において、その中央域の内部に前記第二基板４に配された空間部５、前記空間部５上に位置し、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６（「感圧部」とも呼ぶ）、前記ダイアフラム部６に配された感圧素子７である４つのｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ１〜Ｒ４（図ではＲ１，Ｒ２の２つのみ記載）、及び、前記第一基板３の外面３ｂからなる前記基体２の他面２ｂにおいて、前記ダイアフラム部６を除いた外周域に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部８、を少なくとも有する圧力センサ１０Ａ（１０）と、前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の一面２ａに配された、前記圧力センサ１０Ａ（１０）の制御用集積回路と、を少なくとも備えてなる。
そして、この圧力センサパッケージ１Ａ（１）は、前記圧力センサモジュール２０Ａ（２０）と、前記基体２の外周域において、一端が該基体２に配された導電部８と電気的に接続し、他端が前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の一面２ａに露呈するように、前記基体２を貫通してなる貫通配線部１１と、前記貫通配線部１１の他端と電気的に接続されたバンプ２１と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
この圧力センサモジュール２０Ａ（２０）を構成する圧力センサ１０Ａ（１０）において、前記第二基板４の中央域に配された凹部４ａにより、前記空間部５が構成されている。
本発明は、第一基板３の感圧素子７を形成した面とは反対の面に、圧力センサ１０の制御用の集積回路（ＡＳＩＣ）を形成した第二基板４を張り合わせることにより、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサモジュール２０を形成し、さらに、貫通配線形成技術とバンプ２１形成技術により、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサパッケージ１を形成するものである。
すなわち、本発明では、基体２の他面２ｂに感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、該基体２の一面２ａに前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成することができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサモジュール２０を提供することができる。
また、本発明では、基体２の他面２ｂに感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、該基体２の一面２ａに前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成された圧力センサモジュール２０を備えている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備えた圧力センサパッケージ１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１０Ａ（１０）は、平板状の第一基板３及び第二基板４を基体２とし、この第二基板４の内面４ｃにおいて、その中央域の内部に第一基板３と略平行して広がる空間部５（基準圧力室）を備える。本実施形態では、圧力センサ１０Ａ（１０）において、前記第二基板４の中央域に配された凹部４ａにより、前記空間部５が構成されている。そして、該空間部５の一方側（第一基板３側）に位置する薄板化された領域をダイアフラム部６（感圧部とも言う。）とする。この感圧部をなす前記第一基板３の外面３ｂには感圧素子７である抵抗体Ｒ１〜Ｒ４が配されている（図ではＲ１，Ｒ２のみ表示）。
感圧素子７として機能するｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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Ｒ１〜Ｒ４は圧力センサ外周部のパッド部までを導電部８によって電気配線接続されている。
また、前記第一基板３の外面３ｂにおいて、前記ダイアフラム部６を除いた外縁域には、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ４ごとに電気的に接続された導電部８が配されている。したがって、圧力センサ１０は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。
これにより、基体２を外から見た場合に、その外縁域と中央域とがほぼ同じ厚さをもつ構成とすることができる。
このような抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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Ｒ１〜Ｒ４に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１０が得られる。また、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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。
また、前記第一基板３の外面３ｂに配されている導電部８は、金属薄膜などを第一基板３の外面３ｂ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部８の一端部は、ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続され、他端部は、基体２を貫通して配された貫通配線部１１と電気的に接続されている。また、この導電部８は、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続してもよい。
導電部８を除く第一基板３の外面３ｂ面上には、絶縁材料によって絶縁部（図示略）を形成することが望ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子７が該絶縁部によって被覆した構造が得られる。
絶縁部は、感圧素子７の外気との接触を遮断するため、感圧素子７の耐食性を向上させるとともに、感圧素子７が空間部５（圧力基準室）を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ１０の特性変動を抑制する効果も奏する。
貫通配線部１１は、空間部５を避けるとともに基体２を貫通して設けられた貫通孔１２と、該貫通孔１２に充填された導電性物質１３とからなる。この導電性物質１３としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１１の一端部は、基体２の他面２ｂにおいて導電部８と電気的に接続し、他端部は、基体２の一面２ａにおいて、前記圧力センサ１０の制御用集積回路の電極部１４と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ１０と前記圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
はんだバンプ２１は、例えばパッド部２２上に、はんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだバンプ２１は、必ずしもパッド部上に直接搭載されるもののみを示すものではなく、一度再配線層を形成しておき、該再配線層を介してパッド部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するようにはんだボールを搭載することもできる。これにより、実装基板やパッケージとの接続位置について高い自由度を有することができる。
次に、上述したような圧力センサモジュール２０、及び圧力センサパッケージ１の製造方法について説明する。
本発明の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板３と第二基板４とを重ねてなる基体２、該基体２内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板３と略平行に配された空間部５、前記空間部５上に位置し、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６、前記ダイアフラム部６に配された感圧素子７、及び、前記基体２の他面２ｂにおいて、前記ダイアフラム部６を除いた外周域に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部８、を少なくとも有する圧力センサ１０と、前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体の一面２ａに配された前記圧力センサ１０の制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュール２０の製造方法であって、前記感圧素子７が、前記第一基板３の外面３ｂからなる前記基体の他面２ｂに配置されてなる第一基板３を用いることを特徴とする。
本発明では、基体２の他面２ｂに感圧素子７が配されて構成された圧力センサ１０と、該基体２の一面２ａに前記圧力センサ１０の制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール２０の製造方法において、前記基体２の一面２ａをなす外面４ｂに、制御用集積回路が形成されてなる第二基板４を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサモジュール２０を、簡便な方法で得ることができる。
さらに、本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記圧力センサモジュール２０の製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する工程Ｄを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることができる。
以下、工程順に図を用いて詳しく説明する。
図２は、圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
（１）まず、図２（ａ）に示すように、外面４ｂに前記圧力センサ１０の制御用集積回路の電極部１４が形成された前記第二基板４を用意し、第二基板４の内面４ｃにおいて、中央域に凹部４ａを形成する（工程Ａ）。
この第二基板４は、例えばシリコンなどの半導体からなり、基体２の一面２ａをなす外面４ｂにおいて、前記圧力センサ１０の制御用集積回路が予め形成され、さらに、後で形成する貫通配線部１１の他端部と電気的に接続する電極部１４、及び、該制御用集積回路と個別に電気的に接続するために後で設けるバンプ２１のパッド部２２が予め設けられている。
本実施形態では、まず、前記圧力センサ１０の制御用集積回路、電極部１４、及びパッド部２２を形成した第二基板４の、該制御用集積回路の形成面（外面４ｂ）の反対側の面（内面４ｃ）から、該第二基板４を侵食することにより凹部４ａを形成する。当該凹部４ａの形成方法は、水酸化カリウム水溶液（以下、ＫＯＨ水溶液と示す。）などを用いたウエットエッチング法でもよいし、フッ素系のガスとプラズマを用いたドライエッチングでもよい。ドライエッチングの場合、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）法によりエッチングすることで形成することができる。
ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、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）、第二基板４を採掘エッチングするものである。
なお、これらの凹部４ａを形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
（２）そして、図２（ｂ）に示すように、外面３ｂに前記感圧素子７が形成された前記第一基板３を、内面３ｃ側を前記凹部４ａと対向させて前記第二基板４に張り合わせる（工程Ｂ）。この張り合わせ法としては、第二基板４の凹部４ａを形成した内面４ｃ側に、例えばシリコンからなる第一基板３を、例えば高温で熱処理することにより接合する方法等が挙げられる。
この第一基板３は、例えばシリコンなどの半導体からなり、基体２の他面２ｂをなす外面３ｂにおいて中央域には、ダイアフラム部６の周縁部に感圧素子７が予め形成されている。このとき、感圧素子７がホイットストーンブリッジを構成するように形成される。
本実施形態では、基板張り合わせ技術を用いた場合について説明する。感圧素子７を形成した第一基板３の内面３ｃに、制御用集積回路を形成した第二基板４を張り合わせる。
当該第一基板３及び第二基板４にシリコン単結晶を用いる場合、第一基板３と第二基板４の表面を熱酸化法などにより酸化した後、第一基板３と第二基板４の酸化膜を形成した面同士を接触させて熱処理することにより、基板を接合する方法が知られている。また、第一基板３と第二基板４の自然酸化膜を除去し疎水性にするために水素終端化処理を施し、水素終端化処理を施した第一基板３と第二基板４の表面を接触させて、分子間力による結合後に酸素を含む雰囲気で熱処理し、水素を基板表面から脱離させると同時にシリコン間の結合を形成することにより、半導体基板を接合する方法が知られる。
さらに、第二基板４を陽極化成することにより多孔質シリコン層を基板上に成長させ、さらに熱処理を施し、当該多孔質シリコン層上にシリコンのエピタキシャル成長層を形成した後表面を酸化させ、表面が酸化した第一基板３と分子間力により張り合わせ、熱処理による脱水縮合反応により、シリコン同士の結合を形成する方法などが知られている。
本実施形態では、前記のどの手法の基板張り合わせ技術を利用しても、密閉空間を作製することは可能である。
このように、凹部４ａを形成した第二基板４と、感圧素子７を形成した第一基板３を当該基板張り合わせ技術を利用して張り合わせることにより、感圧素子７と制御用集積回路が基体２の外周面に形成された圧力センサモジュール２０が得られる。さらに、第一基板３の厚みをダイアフラム部６となる領域の厚みに合わせて予め調整して、第二基板４と張り合わせることにより、薄いダイアフラム部６を有する圧力センサモジュール２０を容易に形成することができる。
続いて、このような圧力センサモジュール２０に対して、貫通配線形成技術及びバンプ形成技術を用いて、チップサイズの圧力センサパッケージ１を作製する方法を示す。
（３）まず、図２（ｃ）に示すように、前記基体２の一面２ａにおける前記制御用集積回路の電極部１４の近傍に、圧力センサ１０と該圧力センサ１０の制御用集積回路を電気的に接続するための貫通孔１２を形成する。
詳しくは、図２（ｃ）に示すように、第一基板３のダイアフラム部６の外周部で、感圧素子７に通電するための、後で形成される導電部８の近傍であり、かつ、第二基板４における制御用集積回路の電流導入部である電極部１４の近傍に、貫通孔１２を形成する。該貫通孔１２は、圧力センサ本体と制御用集積回路を電気的に接続するためのものである。
貫通孔１２は、例えばＤＲＩＥ法（Boschプロセス）によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔１２を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
（４）次に、貫通孔１２の内壁及び第一基板３の外面３ｂからなる基体２の他面２ｂに絶縁部（図示略）を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部１１を形成する際に基体２の表面を保護することができる。
絶縁部としては、例えばＳｉＯ２をプラズマＣＶＤにより１μｍ成膜することで形成できる。この絶縁部としてはＳｉＯ２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、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
（５）次に、図３（ａ）に示すように、電極部１４と電気的に接続するように、貫通孔１２内に導電性物質１３を充填することにより、貫通配線部１１を形成する。
この導電性物質１３としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔１２内に充填することができる。なお、導電性物質１３はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もＣＶＤやスパッタを利用することができる。さらに、貫通孔１２に充填する導電性物質１３は、基体２の両面における電気的な接続を形成することが目的なので、当該貫通孔１２内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
（６）次に、図３（ｂ）に示すように、前記圧力センサ１０と、前記制御用集積回路とを電気的に接続する（工程Ｃ）。
第一基板３の外面３ｂからなる基体２の他面２ｂにおいて、貫通配線部１１と感圧素子７とを電気的に接続するように、導電部８を形成する。この導電部８は、金属薄膜などを第一基板３の外面３ｂ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部８の一端部は、感圧素子７であるｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続され、他端部は、基体２を貫通して配された貫通配線部１１と電気的に接続されている。また、この導電部８は、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続してもよい。
貫通配線部１１の一端部は、前記基体２の一面２ａにおいて、電極部１４と電気的に接続し、他端部は、前記基体２の他面２ｂにおいて、導電部８と電気的に接続されている。これにより圧力センサ１０と圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
（７）次に、図３（ｃ）に示すように、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する（工程Ｄ）。
制御用集積回路と個別に電気的に接続するように、それぞれバンプ２１を形成する。
バンプ２１は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを、パッド部２２に搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、電極パッド等の導電部（パッド部２２）上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、導電部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また、本発明では、バンプ２１はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またＣｕやＡｕなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
なお、バンプ２１は、貫通配線部１１上に、直接形成することもできるし、第二基板上のバンプ形成面上に、バンプ２１形成以前に、貫通配線部１１と電気的に接合するように導電部（再配線）を形成し、貫通配線部１１と異なる位置に該再配線と電気的に接続するようにはんだボールを形成することもできる。
これにより、図１に示す圧力センサパッケージ１Ａ（１）が作製される。
以上の工程により、圧力センサモジュールに対して、圧力センサ１０の導電部８と制御用集積回路の電極部１４を、貫通配線部１１を用いて接続した圧力センサパッケージ１Ａ（１）が作製される。
基体２の内部を貫通する貫通配線部１１を利用してバンプ２１を形成することによって、ダイアフラム部６の対向面側に電気配線を引き出すことにより、バンプ２１のみで、圧力センサ１０と電子部品の実装用基板に電気的に接合することができるため、高密度の実装が可能になる。
また、図４に示すように、バンプ２１が感圧素子７の形成面（他面２ｂ）に形成されていてもよい。この場合、実装用基板に対して第一基板３の外面が対向するため、薄いダイアフラム部６を有する第一基板３を該実装用基板によって外乱から保護することができ、当該圧力センサ１０のセンサ特性を安定させることができる。なお、図４の圧力センサパッケージ１Ｂは、図１の圧力センサパッケージ１Ａの構成に加えて、さらに貫通配線を設けて、一面２ａの導電部１４と他面２ｂのバンプ２１とを電気的に接続している。
また、図１、図４に示す構造では、空間部５（圧力基準室）が密閉されているため、絶対圧型の圧力センサモジュールを作製できるが、空間部５が圧力センサモジュール外部に連通する貫通孔を、制御用集積回路を形成した第二基板４、あるいは、ダイアフラム部６以外で感圧素子７を形成した第一基板３上に形成することにより、ゲージ圧型の圧力センサモジュールを作製することができる。
ところで、前述の図１及び図４に示す構成では、感圧素子を保護するための基板が、感圧素子上などに設置されていないため、導電部をワイヤボンドで電気的に接続し、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、続いて、感圧素子７上に、圧力センサの保護基板を形成してもよい。前記保護基板を形成することによって、圧力センサの機械的強度および外乱からの保護性をより高めることができ、圧力センサ特性をより安定させることができる。
前記保護基板３４を有する圧力センサパッケージ１Ｅ及び１Ｆを図５，図６に示す。
まず、感圧素子７が形成された第一基板３面上でダイアフラム部６の外部の領域に、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板３４の接着剤３２を設置する。当該接着剤３２としては、アクリル系やエポキシ系やポリイミド系などで、熱硬化性でも室温硬化性でもよい。ただし、接着時に導電部８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７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７に印加することができないので、当該金属材料の融点よりも低温で硬化できる接着剤３２を用いることが望ましい。
続いて、接着剤３２が設置された感圧素子７を形成した第一基板３上に保護基板３４を設置し、前記第一基板３と前記保護基板３４を接着する。本実施例では、圧力基準室が密閉されている絶対圧型圧力センサの構造であるため、感圧素子７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、保護基板３４と感圧素子７を形成した第一基板３の間に空隙があり、接着剤３２により密閉されないことが必要である。接着する際、接着剤３２の種類により前記第一基板３と前記保護基板３４を加熱してもよい。第一基板３と保護基板３４の間に空隙が形成されるように配置しても、熱処理により保護基板３４が変形し、空隙が消失する場合がある。したがって、第一基板３と保護基板３４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３４を用いることが望ましい。
また、保護基板３４や接着用の樹脂（接着剤３２）が導電性をもつ場合、感圧素子７に導電部８を介して電流の一部が、樹脂（接着剤３２）や保護基板３４から印加される場合があるので、樹脂（接着剤３２）と保護基板３４は絶縁性をもつことが望ましい。
一方、保護基板３４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。また、樹脂材料を介して、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板３４が接続されているために、保護基板３４と圧力センサを形成した半導体基板の熱膨張係数の差が緩和される。したがって、感圧素子７が形成された半導体基板面上にバンプを形成する場合より、圧力センサのセンサ特性の変動を抑制することができるという効果がある。さらには望ましくは、圧力センサを形成した半導体基板と保護基板３４が同程度の熱膨張係数を有することが望ましい。例えば、半導体基板がシリコンである場合、ガラス等の絶縁性を有しシリコンと同程度の熱膨張係数をもつ材料を用いることが望ましい。
本実施例で示した保護基板３４は、圧力センサモジュール２０形成後の感圧素子７の保護を目的として形成したが、貫通配線部１１等を形成する際の、感圧素子７の保護基板３４として用いることも可能である。したがって、貫通配線部１１等を形成する前に当該保護基板３４を感圧素子７上に形成してもよい。
また、電子部品の実装用基板に圧力センサモジュール２０を実装した場合の、実装後の圧力センサモジュール２０の高さは、保護基板３４と半導体基板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３４を当該半導体基板に張りつけた後に、ラッピングなどの研磨により保護基板３４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。
なお、上述した実施形態では、外面４ｂに、予め、感圧センサの制御用集積回路が形成された第二基板４に対し、内面４ｃ側から凹部４ａを形成した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当該凹部４ａを形成する時、まず、ダイアフラム部６の対向面が適切な厚さになるまで凹部４ａを形成し、半導体基板を張り合わせた後に、当該凹部４ａを形成した半導体基板表面を研削や研磨することでダイアフラム部６の対向面を適切な厚さに加工したのち、前記感圧センサの制御用集積回路を形成する方法でもよい。
＜第二実施形態＞
図７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。
この圧力センサパッケージ１Ｃ（１）は圧力センサモジュール２０Ｃ（２０）を備え、該圧力センサモジュール２０Ｃ（２０）は、第一基板３と第二基板４とを重ねてなる基体２、該基体２内の重なり面において、その中央域の内部に前記第二基板４に配された空間部５、前記空間部５上に位置し、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６（「感圧部」とも呼ぶ）、前記ダイアフラム部６に配された感圧素子７である４つのｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ１〜Ｒ４（図ではＲ１，Ｒ２の２つのみ記載）、及び、前記第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面において、前記ダイアフラム部６を除いた外周域に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部９、を少なくとも有する圧力センサ１０Ｃ（１０）と、前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の一面２ａに配された、前記圧力センサ１０Ｃ（１０）の制御用集積回路と、を少なくとも備えてなる。
そして、この圧力センサパッケージ１Ｃ（１）は、前記圧力センサモジュール２０Ｃ（２０）と、前記基体２の外周域において、一端が該基体２に配された導電部８と電気的に接続し、他端が前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の一面２ａに露呈するように、前記基体２を貫通してなる貫通配線部１１と、前記第一基板３において、一端が前記導電部８と電気的に接続し、他端が前記空間部５に接する面３ｃに露呈するように、前記第一基板３を貫通してなる貫通配線部１８と、前記貫通配線部１１の他端と電気的に接続されたバンプ２１と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
この圧力センサモジュール２０Ｃ（２０）を構成する圧力センサ１０Ｃ（１０）において、前記第二基板４の中央域に配された凹部４ａにより、前記空間部５が構成されている。
本発明は、第二基板４の外面４ｂに圧力センサ１０の制御用の集積回路（ＡＳＩＣ）を形成し、第一基板３の感圧素子７を形成した内面３ｃに面するように、第二基板４の内面４ｃに配された凹部４ａを張り合わせることにより、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサモジュール２０を形成し、さらに、貫通配線形成技術とバンプ２１形成技術により、圧力センサ１０と同等のチップサイズの圧力センサパッケージ１を形成するものである。
すなわち、本発明では、基体２を構成する第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面に感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、該基体２を構成する第二基板４の外面４ｂに前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されているので、圧力センサと集積回路を基板の同一面に形成した従来の集積化圧力センサと比較して、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成することができる。さらに、該感圧素子７が前記空間部５に接する面に配され、モジュールの内部で保護されているため、該感圧素子７の腐食や汚損を防ぐことができる。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサモジュール２０を提供することができる。
また、本発明では、基体２を構成する第一基板３の内面３ｃからなる空間部５に接する面に感圧素子７が配されて圧力センサ１０を構成し、該基体２の一面２ａに前記圧力センサ１０の制御用集積回路が配されることで、小面積の圧力センサ１０のチップサイズで構成された圧力センサモジュール２０を備えている。さらに、該圧力センサモジュールでは、該感圧素子７が前記空間部５に接する面に配され、モジュールの内部で保護されているため、該感圧素子７の腐食や汚損が防がれている。これにより本発明では、従来よりも、小型で補償機能を備え、さらに耐腐食及び耐汚損に優れた圧力センサパッケージ１を提供することができる。
図５に示すように、この圧力センサ１０Ｃ（１０）は、平板状の第一基板３及び第二基板４を基体２とし、この第二基板４の内面４ｃにおいて、その中央域の内部に第一基板３と略平行して広がる空間部５（基準圧力室）を備える。本実施形態では、圧力センサ１０Ｃ（１０）において、前記第二基板４の中央域に配された凹部４ａにより、前記空間部５が構成されている。そして、該空間部５の一方側（第一基板３側）に位置する薄板化された領域をダイアフラム部６（感圧部とも言う。）とする。この感圧部をなす前記第一基板３の内面３ｃには感圧素子７である抵抗体Ｒ１〜Ｒ４が配されている（図ではＲ１，Ｒ２のみ表示）。
感圧素子７として機能するｐ型抵抗体（ピエゾ抵抗素子）Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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Ｒ１〜Ｒ４は圧力センサ外周部のパッド部までを、導電部９、貫通配線部１８、及び導電部８によって電気配線接続されている。
また、前記第一基板３の内面３ｃにおいて、前記ダイアフラム部６を除いた外縁域には、前記抵抗体Ｒ１〜Ｒ４ごとに電気的に接続された導電部９が配されている。したがって、圧力センサ１０は、絶対圧センサとして機能する構造を備えている。
これにより、基体２を外から見た場合に、その外縁域と中央域とがほぼ同じ厚さをもつ構成とすることができる。
このような抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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Ｒ１〜Ｒ４に加わり易いので、感度の良い圧力センサ１０が得られる。また、各抵抗体Ｒ１〜Ｒ４は、ダイアフラム部６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。
また、第一基板３には、導電部９が設けられている。この導電部９は、金属薄膜などを第一基板３の内面３ｃ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部９の一端部は、ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続され、他端部は、第一基板３を貫通して配された貫通配線部１８と電気的に接続されている。また、この導電部９は、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４よりも高濃度の拡散源を注入することによって得られる配線を介し、Ｐ型抵抗体Ｒ１〜Ｒ４と電気的に接続してもよい。
前記貫通配線部１８は、第一基板３の空間部５と重なる領域を貫通して、空間部５に通じるように設けられた貫通孔１６と、該貫通孔１６に充填された導電性物質１７とからなる。この導電性物質１７としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１８の一端部は、基体２の他面２ｂにおいて導電部８と電気的に接続し、他端部は、第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面に配された導電部９と電気的に接続されている。
導電部８は、基体２を貫通して配された貫通配線部１１の一端と電気的に接続されており、貫通配線部１１の他端は、第二基板４の外面４ｂからなる基体２の一面２ａにおいて、前記圧力センサ１０の制御用集積回路の電極部１４と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ１０と前記圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
導電部８を除く第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面上には、絶縁材料によって絶縁部（図示略）を形成することが望ましい。絶縁部を設けることにより、感圧素子７が該絶縁部によって被覆した構造が得られる。
絶縁部は、感圧素子７の外気との接触を遮断するため、感圧素子７の耐食性を向上させるとともに、感圧素子７が空間部５（圧力基準室）を介さずに、直接、外部から受ける機械的な影響による圧力センサ１０の特性変動を抑制する効果も奏する。
前記貫通配線部１１は、空間部５を避けるとともに基体２を貫通して設けられた貫通孔１２と、該貫通孔１２に充填された導電性物質１３とからなる。この導電性物質１３としては、例えばＣｕ等が挙げられる。
貫通配線部１１の一端部は、基体２の他面２ｂにおいて導電部８と電気的に接続し、他端部は、基体２の一面２ａにおいて、前記圧力センサ１０の制御用集積回路の電極部１４と電気的に接続されている。これにより、圧力センサ１０と前記圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
はんだバンプ２１は、例えばパッド部２２上に、はんだボールを搭載して形成することができる。なお、はんだバンプ２１は、必ずしもパッド部上に直接搭載されるもののみを示すものではなく、一度再配線層を形成しておき、該再配線層を介してパッド部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するようにはんだボールを搭載することもできる。これにより、実装基板やパッケージとの接続位置について高い自由度を有することができる。
次に、上述したような圧力センサモジュール２０、及び圧力センサパッケージ１の製造方法について説明する。
本発明の圧力センサモジュールの製造方法は、第一基板３と第二基板４とを重ねてなる基体２、該基体２内の重なり面において、その中央域の内部に前記第一基板３と略平行に配された空間部５、前記空間部５上に位置し、前記第一基板３の薄板化された領域からなるダイアフラム部６、前記ダイアフラム部６に配された感圧素子７、及び、前記第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面において、前記ダイアフラム部６を除いた外周域に配され、前記感圧素子７と電気的に接続された導電部９、を少なくとも有する圧力センサ１０Ｃ（１０）と、前記第二基板４の外面４ｂからなる前記基体２の一面２ａに配された、前記圧力センサ１０Ｃ（１０）の制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュール２０の製造方法であって、前記感圧素子７が、前記第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面に配置されてなる第一基板３を用いることを特徴とする。
本発明では、基体２を構成する第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面に感圧素子７が配されて構成された圧力センサ１０と、該基体２の一面２ａに前記圧力センサ１０の制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール２０の製造方法において、前記基体２の一面２ａをなす外面４ｂに、制御用集積回路が形成されてなる第二基板４を用いている。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化され、さらに該感圧素子７がモジュールの内部で保護された圧力センサモジュール２０を、簡便な方法で得ることができる。
さらに、本発明の圧力センサパッケージの製造方法は、前記圧力センサモジュール２０の製造工程と、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する工程Ｄを、さらに有することを特徴とする。
本発明では、バンプ形成技術を組み合わせてパッケージ化している。これにより本発明では、圧力センサ制御用の集積回路を備え、チップサイズに小型化され、さらに該感圧素子７がモジュールの内部で保護された圧力センサパッケージを、簡便な方法で得ることができる。
以下、工程順に図を用いて詳しく説明する。
図８は、圧力センサパッケージの製造方法を工程順に示す断面図である。
（１）まず、図８（ａ）に示すように、外面４ｂに前記圧力センサ１０の制御用集積回路の電極部１４が形成された前記第二基板４を用意し、第二基板４の内面４ｃにおいて、中央域に凹部４ａを形成する（工程Ａ）。
この第二基板４は、例えばシリコンなどの半導体からなり、基体２の一面２ａをなす外面４ｂにおいて、前記圧力センサ１０の制御用集積回路が予め形成され、さらに、後で形成する貫通配線部１１の他端部と電気的に接続する電極部１４、及び、該制御用集積回路と個別に電気的に接続するために後で設けるバンプ２１のパッド部２２が予め設けられている。
本実施形態では、まず、前記圧力センサ１０の制御用集積回路及び電極部１４、及びパッド部２２を形成した第二基板４の、該制御用集積回路の形成面（外面４ｂ）の反対側の面（内面４ｃ）から、該第二基板４を侵食することにより凹部４ａを形成する。当該凹部４ａの形成方法は、水酸化カリウム水溶液（以下、ＫＯＨ水溶液と示す。）などを用いたウエットエッチング法でもよいし、フッ素系のガスとプラズマを用いたドライエッチングでもよい。ドライエッチングの場合、例えばＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）法によりエッチングすることで形成することができる。
ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、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）、第二基板４を採掘エッチングするものである。
なお、これらの凹部４ａを形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチング、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
（２）そして、図８（ｂ）に示すように、内面３ｃに、予め絶縁部によって被覆された感圧素子７及び導電部９が形成された前記第一基板３を、内面３ｃ側を前記凹部４ａと対向させて前記第二基板４に張り合わせる（工程Ｂ）。この張り合わせ法としては、第二基板４の凹部４ａを形成した内面４ｃ側に、例えばシリコンからなる第一基板３を、例えば高温で熱処理することにより接合する方法等が挙げられる。
この第一基板３は、例えばシリコンなどの半導体からなり、内面３ｃからなる前記空間部５に接する面において中央域には、ダイアフラム部６の周縁部に感圧素子７が予め形成され、さらに外周部には該感圧素子７と電気的に接続する導電部９が予め形成されている。このとき、感圧素子７がホイットストーンブリッジを構成するように形成される。
本実施形態では、基板張り合わせ技術を用いた場合について説明する。感圧素子７及び導電部９を形成した第一基板３の内面３ｃに、制御用集積回路を形成した第二基板４を張り合わせる。
当該第一基板３及び第二基板４にシリコン単結晶を用いる場合、第一基板３と第二基板４の表面を熱酸化法などにより酸化した後、第一基板３と第二基板４の酸化膜を形成した面同士を接触させて熱処理することにより、基板を接合する方法が知られている。また、第一基板３と第二基板４の自然酸化膜を除去し疎水性にするために水素終端化処理を施し、水素終端化処理を施した第一基板３と第二基板４の表面を接触させて、分子間力による結合後に酸素を含む雰囲気で熱処理し、水素を基板表面から脱離させると同時にシリコン間の結合を形成することにより、半導体基板を接合する方法が知られる。
さらに、第二基板４を陽極化成することにより多孔質シリコン層を基板上に成長させ、さらに熱処理を施し、当該多孔質シリコン層上にシリコンのエピタキシャル成長層を形成した後表面を酸化させ、表面が酸化した第一基板３と分子間力により張り合わせ、熱処理による脱水縮合反応により、シリコン同士の結合を形成する方法などが知られている。
本実施形態では、前記のどの手法の基板張り合わせ技術を利用しても、密閉空間を作製することは可能である。
このように、凹部４ａを形成した第二基板４と、感圧素子７及び導電部９を形成した第一基板３を当該基板張り合わせ技術を利用して張り合わせることにより、感圧素子７と制御用集積回路とを備えた圧力センサモジュール２０が得られる。さらに、第一基板３の厚みをダイアフラム部６となる領域の厚みに合わせて予め調整して、第二基板４と張り合わせることにより、薄いダイアフラム部６を有する圧力センサモジュール２０を容易に形成することができる。
続いて、このような圧力センサモジュール２０に対して、貫通配線形成技術及びバンプ形成技術を用いて、チップサイズの圧力センサパッケージ１を作製する方法を示す。
（３）まず、図８（ｃ）に示すように、第一基板３のダイアフラム部６の外周部で、感圧素子７に通電するための導電部９の近傍に、貫通孔１６を形成する。該貫通孔１６は、第一基板３の内面３ｃに配された導電部９と、第一基板３の外面４ｂに後で設けられる導電部８とを電気的に接続するためのものである。
さらに、前記基体２の一面２ａにおける前記制御用集積回路の電極部１４の近傍に、圧力センサ１０と該圧力センサ１０の制御用集積回路を電気的に接続するための貫通孔１２を形成する。
詳しくは、図８（ｃ）に示すように、第一基板３のダイアフラム部６の外周部で、貫通配線部１８に通電するための、後で形成される導電部８の近傍であり、かつ、第二基板４における制御用集積回路の電流導入部である電極部１４の近傍に、貫通孔１２を形成する。該貫通孔１２は、圧力センサ本体と制御用集積回路を電気的に接続するためのものである。
前記貫通孔１２及び１６は、例えばＤＲＩＥ法（Boschプロセス）によりエッチングすることで形成することができる。なお、貫通孔１２及び１６を形成する方法はこれに限定されるものではなく、レーザ等の物理的加工も可能である。
（４）次に、貫通孔１２及び１６の内壁、並びに第一基板３の外面３ｂからなる基体２の他面２ｂに絶縁部（図示略）を形成する。絶縁部を形成することにより、後に示す、貫通配線部１１及び１８を形成する際に基体２の表面を保護することができる。
絶縁部としては、例えばＳｉＯ２をプラズマＣＶＤにより１μｍ成膜することで形成できる。この絶縁部としてはＳｉＯ２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、製法もその他スパッタ、スピンコート等が利用できる。
（５）次に、図９（ａ）に示すように、電極部１４及び導電部９と電気的に接続するように、貫通孔１２及び１６内に、それぞれ導電性物質１３及び１７を充填することにより、貫通配線部１１及び１８を形成する。
この導電性物質１３及び１７としては、例えばＣｕとし、めっきにより貫通孔１２及び１６内に充填することができる。なお、導電性物質１３及び１７はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法もＣＶＤやスパッタを利用することができる。さらに、貫通孔１２及び１６に充填する導電性物質１３及び１７は、基体２の両面における電気的な接続、及び第一基板３の両面における電気的な接続をそれぞれ形成することが目的なので、当該貫通孔１２及び１６内に空間がなくなるように完全に充填する必要はない。
（６）次に、図９（ｂ）に示すように、前記圧力センサ１０と、前記制御用集積回路とを電気的に接続する（工程Ｃ）。
第一基板３の外面３ｂからなる基体２の他面２ｂにおいて、貫通配線部１１と貫通配線部１８とを電気的に接続するように、導電部８を形成する。この導電部８は、金属薄膜などを第一基板３の外面３ｂ面上に形成して、さらにフォトリソグラフィによってパターニングすることによって形成することができる。そして、この導電部８の一端部は、第一基板３を貫通して配された貫通配線部１８と電気的に接続され、他端部は、基体２を貫通して配された貫通配線部１１と電気的に接続されている。
貫通配線部１１の一端部は、前記基体２の他面２ｂにおいて、導電部８と電気的に接続し、他端部は、前記基体２の一面２ａにおいて、電極部１４と電気的に接続されている。
貫通配線部１８の一端部は、前記基体２の他面２ｂをなす第一基板３の外面３ｂにおいて、導電部８と電気的に接続し、他端部は、前記第一基板３の内面３ｃからなる前記空間部５に接する面において、導電部９と電気的に接続されている。
これにより圧力センサ１０と圧力センサ１０の制御用集積回路とが、電気的に接続される。
（７）次に、図９（ｃ）に示すように、前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプ２１を形成する（工程Ｄ）。
制御用集積回路と個別に電気的に接続するように、それぞれバンプ２１を形成する。
バンプ２１は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを、パッド部２２に搭載して形成することができる。なお、半田ボールは、電極パッド等の導電部（パッド部２２）上に直接搭載することもできるし、一度再配線層を形成しておき、導電部とは別の場所で当該再配線層と電気的に接続するように搭載することもできる。
また、本発明では、バンプ２１はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、またＣｕやＡｕなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。
なお、バンプ２１は、貫通配線部１１上に、直接形成することもできるし、第二基板上のバンプ形成面上に、バンプ２１形成以前に、貫通配線部１１と電気的に接合するように導電部（再配線）を形成し、貫通配線部１１と異なる位置に該再配線と電気的に接続するようにはんだボールを形成することもできる。
これにより、図７に示す圧力センサパッケージ１Ｃ（１）が作製される。
以上の工程により、圧力センサモジュールに対して、圧力センサ１０の導電部８と制御用集積回路の電極部１４を、貫通配線部１１を用いて接続した圧力センサパッケージ１Ｃ（１）が作製される。
基体２の内部を貫通する貫通配線部１１を利用してバンプ２１を形成することによって、ダイアフラム部６の対向面側に電気配線を引き出すことにより、バンプ２１のみで、圧力センサ１０と電子部品の実装用基板に電気的に接合することができるため、高密度の実装が可能になる。
また、図１０に示すように、バンプ２１が圧力センサをなす基体２の他面２ｂに形成されていてもよい。この場合、実装用基板に対して第一基板３の外面が対向するため、薄いダイアフラム部６を有する第一基板３を該実装用基板によって外乱から保護することができ、当該圧力センサ１０のセンサ特性を安定させることができる。なお、図１０の圧力センサパッケージ１Ｄは、図７の圧力センサパッケージ１Ｃの構成に加えて、さらに貫通配線を設けて、一面２ａの導電部１４と他面２ｂのバンプ２１とを電気的に接続している。
また、図７、及び図１０に示す構造では、空間部５（圧力基準室）が密閉されているため、絶対圧型の圧力センサモジュールを作製できるが、空間部５が圧力センサモジュール外部に連通する貫通孔を、制御用集積回路を形成した第二基板４、あるいは、ダイアフラム部６以外で感圧素子７を形成した第一基板３上に形成することにより、ゲージ圧型の圧力センサモジュールを作製することができる。
以上、本発明の圧力センサモジュール及び圧力センサパッケージ、並びにこれら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、圧力センサ及び圧力センサパッケージ、ならびにこれらの製造方法に広く適用可能である。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ（１） 圧力センサパッケージ、２ 基体、３ 第一基板、４ 第二基板、４ａ 凹部、５ 空間部、６ ダイアフラム部（感圧部）、７ 感圧素子、８ 導電部、９ 導電部、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ（１０） 圧力センサ、１１ 貫通配線部、１２ 貫通孔、１３ 導電性物質、１４ 制御用集積回路の電極部、１６ 貫通孔、１７ 導電性物質、１８ 貫通配線部、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ（２０） 圧力センサモジュール、２１ バンプ、２２ パッド部、３２ 接着剤、３４ 保護基板。

Claims (10)

  1. 第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
    該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に配された空間部、
    前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、
    前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、
    前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された、前記圧力センサの制御用集積回路と、
    前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
    を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサモジュール。
  2. 前記感圧素子が、前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール。
  3. 前記感圧素子が、前記第一基板の内面からなる前記空間部に接する面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサモジュール。
  4. 前記第二基板の中央域に配された凹部により、前記空間部が構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の圧力センサモジュール。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールと、
    前記貫通配線部の他端と電気的に接続されたバンプと、を少なくとも備えたことを特徴とする圧力センサパッケージ。
  6. 第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
    該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、
    前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、
    前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、
    前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、
    前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
    を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
    前記感圧素子が、前記第一基板の外面からなる前記基体の他面に配置されてなる第一基板を用いることを特徴とする圧力センサモジュールの製造方法。
  7. 第一基板と第二基板とを重ねてなる基体、
    該基体内の重なり面において、その中央域の第二基板の内部に前記第一基板と略平行に配された空間部、
    前記空間部上に位置し、前記第一基板の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、
    前記第一基板の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、を少なくとも有する圧力センサと、
    前記基体の外周域において、一端が該基体の前記導電部と電気的に接続し、他端が前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に露呈するように、前記基体を構成する前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通してなる貫通配線部と、
    前記第二基板の外面からなる前記基体の一面に配された前記圧力センサの制御用集積回路と、を少なくとも備えた圧力センサモジュールの製造方法であって、
    前記感圧素子が、前記第一基板の内面からなる前記空間部に接する面に配置されてなる第一基板を用いることを特徴とする圧力センサモジュールの製造方法。
  8. 外面に前記制御用集積回路が形成された前記第二基板に、内面側から凹部を形成する工程Ａと、
    前記感圧素子が形成された前記第一基板を、内面側を前記凹部と対向させて前記第二基板に張り合わせる工程Ｂと、
    前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続する工程Ｃと、を順に有することを特徴とする請求項６又は７に記載の圧力センサモジュールの製造方法。
  9. 前記工程Ｂにおいて張り合わせた前記第一基板及び前記第二基板を合わせて貫通する前記貫通配線部を形成することによって、前記圧力センサと、前記制御用集積回路とを電気的に接続することを特徴とする請求項８に記載の圧力センサモジュールの製造方法。
  10. 前記請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の圧力センサモジュールの製造工程と、
    前記制御用集積回路と個別に電気的に接続されるバンプを形成する工程Ｄを、さら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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