(57)【要約】  圧力検出感度を損なうことなく、小型化及び低背化を容易に行う変換体モジュールを提供する。  変換体モジュール（１００）は、ダイヤフラム（１１１）の振動を電気信号に変換する変換体（１１０）と、変換体（１１０）によって変換された電気信号を処理する半導体基板（１２０）とを備え、変換体（１１０）は、表面に開口を有する空洞部（１１３）が形成された台座（１１２）と、表面上に空洞部（１１３）の開口を覆うように備えられ、振動を電気信号に変換するダイヤフラム（１１１）とを有し、半導体基板（１２０）は、台座（１１２）の一部として形成される。
2010119600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、
前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、
前記変換体は、
第１主面に開口を有する空洞部が形成された台座と、
前記第１主面上に前記空洞部の開口を覆うように備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、
前記半導体基板は、前記台座の一部として形成される
変換体モジュール。
【請求項２】
前記半導体基板の側面の一部は、前記空洞部に面している
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項３】
前記台座の側面の一部と前記半導体基板の側面の一部とは、１つの平面を形成する
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項４】
前記台座は、前記第１主面に対向する第２主面に開口を有する凹部を有し、
前記半導体基板は、前記凹部に形成されている
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項５】
前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成する
請求項４記載の変換体モジュール。
【請求項６】
前記台座は、前記第１主面から当該第１主面と対向する第２主面へ貫通する貫通領域を有し、
前記半導体基板は、前記貫通領域に形成されている
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項７】
前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成する
請求項６記載の変換体モジュール。
【請求項８】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記半導体基板と前記台座との間に形成された第１絶縁層と、
前記台座と前記第１絶縁層とを厚さ方向に貫通し、前記ダイヤフラムと前記半導体基板とを電気的に接続する第１貫通電極とを備える
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項９】
前記変換体モジュールは、さらに、
厚さ方向に貫通する孔が形成された保護層を備え、
前記保護層は、前記孔の直下に前記空洞部の開口が位置するように、前記ダイヤフラムの上方に配置される
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項１０】
前記保護層には、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための電気配線が形成され、
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極を備える
請求項９記載の変換体モジュール。
【請求項１１】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座の前記第１主面又は前記ダイヤフラムと前記保護層との間に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層を貫通し、前記第２貫通電極と前記電気配線とを電気的に接続する外部電極とを備える
請求項１０記載の変換体モジュール。
【請求項１２】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座の前記第１主面に対向する第２主面と前記台座の側面とを保護するシールドキャップを備える
請求項１０記載の変換体モジュール。
【請求項１３】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送する電気配線を有し、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面に形成された回路基板と、
前記半導体基板を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極とを備える
請求項９記載の変換体モジュール。
【請求項１４】
前記保護層は、前記台座の側面をさらに覆うことで、前記台座の側面を保護するシールドキャップである
請求項１３記載の変換体モジュール。
【請求項１５】
ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備える変換体モジュールの製造方法であって、
前記変換体は、
台座と、
前記台座の第１主面上に備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、
前記変換体モジュールの製造方法は、
前記台座の前記第１主面に対向する第２主面側から前記台座をエッチングすることで、前記ダイヤフラムの直下の第１領域に前記台座を厚さ方向に貫通する空洞部と、前記第１領域とは異なる第２領域に凹部とを形成するエッチングステップと、
前記エッチングステップで形成された凹部に、前記半導体基板を接着する半導体基板接着ステップとを含む
変換体モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記エッチングステップでは、前記台座と前記ダイヤフラムとをそれぞれ有する複数の前記変換体が形成された集合体における前記複数の変換体のそれぞれに、前記空洞部と前記凹部とを、隣接する２つの前記変換体ではそれぞれの前記凹部が隣接するように形成し、
前記半導体基板接着ステップでは、前記エッチングステップで形成された隣接する凹部に、２つの前記半導体基板を一括で接着し、
前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、
前記集合体が前記複数の変換体のそれぞれに分離されるように、前記集合体を個片化する個片化ステップを含む
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記エッチングステップは、
前記ダイヤフラムの直下の前記第１領域を、前記第２主面側からエッチングする第１エッチングステップと、
前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを前記第２主面側から一括でエッチングすることで、前記第１領域に前記空洞部と前記第２領域に前記凹部とを形成する第２エッチングステップとを含む
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第１エッチングステップでは、前記ダイヤフラムの直下に少なくとも前記半導体基板の厚さの台座が残るように、前記第１領域をエッチングし、
前記第２エッチングステップでは、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを、少なくとも前記半導体基板の厚さだけエッチングする
請求項１７記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記エッチングステップでは、前記凹部が前記台座を厚さ方向に貫通するように、前記空洞部と一括で前記凹部を形成する
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音圧センサや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンマイクや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールでは、音響などの圧力変動を、音圧センサチップや圧力センサチップなどが有するダイヤフラムの振動を検知することで検出する（特許文献１及び特許文献２参照）。【０００３】
図２１は、従来の特許文献１に記載の変換体モジュール５００の構成を示す断面図である。同図に示すように、従来の変換体モジュール５００では、ダイヤフラム５０２を有する変換体５０１と、変換体５０１を制御する半導体基板５０３とが回路基板５０４の主面に実装されている。また、ダイヤフラム５０２の直下の回路基板５０４の領域には、空洞部５０７が形成されている。さらに、変換体５０１と半導体基板５０３とは、シールドキャップ５０５で覆われている。このように配置した状態においては、シールドキャップ５０５を貫通する音孔５０６を介して伝送された音波によりダイヤフラム５０２が振動し、変換体モジュール５００は、このダイヤフラム５０２の振動を検知することで、音波の圧力変動を検知する。【０００４】
ただし、このとき、空洞部５０７の容積が小さい場合、空洞部５０７の空気抵抗が大きくなり、ダイヤフラム５０２が振動しにくくなる。このため、ダイヤフラム５０２の変位量が小さくなり、圧力変動を精度良く検出することができなくなる。【０００５】
すなわち、ダイヤフラム５０２を振動させるためには、十分に大きな空洞部５０７を確保する必要がある。また、空洞部５０７の容積は、変換体５０１の特性に応じて適宜変更する必要がある。【０００６】
従来の変換体モジュール５００では、回路基板５０４の主面から窪んだ凹部を形成することで、空洞部５０７の容積拡大を図っている。しかし、回路基板５０４上に変換体５０１と半導体基板５０３とを並べて実装するため、回路基板５０４の面積が大きくなり、変換体モジュール５００の小型化が難しいという課題があった。【０００７】
そこで、特許文献２には、回路基板上に半導体基板と変換体とシールドキャップとを積層した変換体モジュールが提案されている。この例では、ダイヤフラムの直下に位置する空洞部の容積が小さくならないように、半導体基板の主面に窪んだ凹部を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５３７１８２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載されたような、半導体基板上に変換体などを積層する従来の変換体モジュールにおいて、底部から回路基板と半導体基板と変換体とシールドキャップとを順に積層しているため、変換体モジュールが厚くなり、低背化が困難になるという問題がある。【００１０】
この構成で、変換体モジュールを低背化するためには、（１）変換体の厚さを薄くする、又は、（２）半導体基板を薄くするなどの手段が考えられる。しかし、（１）の場合、変換体の厚さを薄くすることで変換体の強度が損なわれることが懸念される。また、（２）の場合、空洞部の容積が減り、ダイヤフラムが振動しにくくなるため、圧力変動を精度良く検出することができなくなることが懸念される。【００１１】
また、従来の構造では変換体モジュールの検出感度においても課題がある。変換体モジュールの検出感度を定量的に示すと以下の通りとなる。検出感度Ｓｅｎは、式（１）で表される。【００１２】
【数１】
2010119600.tif 000003
【００１３】
ここで、Ｃgesは、式（２）で表される。【００１４】
【数２】
2010119600.tif 000004
【００１５】
ここで、Ｅは電界、Ｓはダイヤフラムの面積、ｄは２対のダイヤフラムとの間隔、Ｃgesは合成コンプライアンス、Ｃmはダイヤフラムのコンプライアンス、Ｃvは空洞部のコンプライアンス、Ｍ0はダイヤフラムの質量、ｒ0は放射インピーダンスである。また、ダイヤフラムの共振周波数が十分に低い周波数の場合、以下の式（３）のように式（１）は変形される。【００１６】
【数３】
2010119600.tif 000005
【００１７】
また、ダイヤフラムのコンプライアンスＣmは、式（４）で表される。【００１８】
【数４】
2010119600.tif 000006
【００１９】
ここで、ｋはダイヤフラムのばね定数である。【００２０】
また、空洞部のコンプライアンスＣvは、式（５）で表される。【００２１】
【数５】
2010119600.tif 000007
【００２２】
ここで、Ｖは空洞部の容積、γは空気の比熱抵抗、Ｐ0は標準大気圧である。【００２３】
以上のことから、式（４）に示すように、Ｃmはダイヤフラムをやわらかくすれば増加し、式（５）に示すように、Ｃvは空洞部の容積を拡大すれば増加する。【００２４】
検出感度Ｓｅｎを向上させるには、式（３）に示すパラメータそれぞれの値を増減すればよい。具体的には、電界Ｅ、面積Ｓ、ダイヤフラムのコンプライアンスＣm、又は、空洞部のコンプライアンスＣvを増加させればよい。あるいは、ダイヤフラムの間隔ｄを減少させればよい。【００２５】
しかし、電界Ｅは使用する限界があり、２対のダイヤフラムの間隔ｄにも製作プロセスの限界がある。そのため、検出感度向上のためには、（イ）ダイヤフラムの面積Ｓを広く取る、又は、（ロ）空洞部の容積Ｖを拡大することで、空洞部のコンプライアンスＣvを増加させる必要がある。【００２６】
しかし、（イ）の場合、ダイヤフラムの面積を広くするには変換体を大型化する必要がある。また、ダイヤフラムの面積を広くすると、式（５）より、空洞部のコンプライアンスが減少するため検出感度が低下する。そのため、半導体基板の凹部を拡大し、ダイヤフラムの面積を広くすると共に、空洞部の容積を拡大する必要がある。【００２７】
（ロ）の場合も、（イ）と同様に半導体基板を大型化することで、凹部を拡大しなければならない。つまり、変換体の検出感度を高くすればするほど、半導体基板が大きくなるという課題がある。そのため、変換体モジュールを設計する際は変換体の検出感度により、半導体基板の大きさを選択しなければならない。【００２８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、圧力検出感度を損なうことなく、小型化及び低背化を容易に行える変換体モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の目的を達成するために、本発明の変換体モジュールは、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、前記変換体は、第１主面に開口を有する空洞部が形成された台座と、前記第１主面上に前記空洞部の開口を覆うように備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、前記半導体基板は、前記台座の一部として形成される。【００３０】
これにより、空洞部を形成する台座の一部として半導体基板を形成するので、変換体モジュールを厚くすることなく、空洞部の容積を充分に確保することができ、圧力検出感度を損なうことはない。また、半導体基板と変換体とを並列配置した構造又は積層した構造に比べて、変換体モジュールを容易に小型化及び低背化することができる。【００３１】
また、前記半導体基板の側面の一部は、前記空洞部に面していてもよい。【００３２】
これにより、空洞部の容積をより大きくすることができるので、圧力検出の精度をより高めることができる。【００３３】
また、前記台座の側面の一部と前記半導体基板の側面の一部とは、１つの平面を形成してもよい。【００３４】
これにより、複数の変換体が形成された集合体から変換体モジュールを容易に個片化することができるので、より低コストで変換体モジュールを製造することができる。【００３５】
また、前記台座は、前記第１主面に対向する第２主面に開口を有する凹部を有し、前記半導体基板は、前記凹部に形成されていてもよい。【００３６】
これにより、ダイヤフラムを正確に支えることができるとともに、変換体の強度を保つことができるので、圧力検出の精度を高めることができる。【００３７】
また、前記台座は、前記第１主面から当該第１主面と対向する第２主面へ貫通する貫通領域を有し、前記半導体基板は、前記貫通領域に形成されていてもよい。【００３８】
これにより、空洞部と貫通領域とを一括で形成することができるので、製造プロセスを簡略化することにより、低コストで変換体モジュールを製造することができる。また、ダイヤフラムと半導体基板とを接続する際の電極部を短くすることができるので、当該電極部により生じる寄生抵抗を低減することができる。【００３９】
また、前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成してもよい。【００４０】
これにより、半導体基板を台座の一部として形成した場合でも台座の厚さは変わらないので、変換体モジュールを低背化することができる。【００４１】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記半導体基板と前記台座との間に形成された第１絶縁層と、前記台座と前記第１絶縁層とを厚さ方向に貫通し、前記ダイヤフラムと前記半導体基板とを電気的に接続する第１貫通電極とを備えてもよい。【００４２】
これにより、第１貫通電極からのリーク電流を防ぐことができる。【００４３】
また、前記変換体モジュールは、さらに、厚さ方向に貫通する孔が形成された保護層を備え、前記保護層は、前記孔の直下に前記空洞部の開口が位置するように、前記ダイヤフラムの上方に配置されてもよい。【００４４】
これにより、孔がダイヤフラムの直上に形成されるので、ダイヤフラムに向かうように音波などの空気の流れを制御することができ、ダイヤフラムが精度良く振動することができる。【００４５】
また、前記保護層には、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための電気配線が形成され、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極を備えてもよい。【００４６】
これにより、半導体基板によって処理された電気信号を容易に外部に取り出すことができる。【００４７】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座の前記第１主面又は前記ダイヤフラムと前記保護層との間に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層を貫通し、前記第２貫通電極と前記電気配線とを電気的に接続する外部電極とを備えてもよい。【００４８】
これにより、第２貫通電極からのリーク電流を防ぐことができる。【００４９】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面と前記台座の側面とを保護するシールドキャップを備えてもよい。【００５０】
これにより、変換体モジュールを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。【００５１】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送する電気配線を有し、前記台座の第１主面に対向する第２主面に形成された回路基板と、前記半導体基板を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極とを備えてもよい。【００５２】
これにより、孔がダイヤフラムの直上に形成されるので、ダイヤフラムに向かうように音波などの空気の流れを制御することができ、ダイヤフラムが精度良く振動することができる。また、半導体基板によって処理された電気信号を容易に外部に取り出すことができる。【００５３】
また、前記保護層は、前記台座の側面をさらに覆うことで、前記台座の側面を保護するシールドキャップであってもよい。【００５４】
これにより、変換体モジュールを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。【００５５】
また、本発明の変換体モジュールの製造方法は、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備える変換体モジュールの製造方法であって、前記変換体は、台座と、前記台座の第１主面上に備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、前記変換体モジュールの製造方法は、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面側から前記台座をエッチングすることで、前記ダイヤフラムの直下の第１領域に前記台座を厚さ方向に貫通する空洞部と、前記第１領域とは異なる第２領域に凹部とを形成するエッチングステップと、前記エッチングステップで形成された凹部に、前記半導体基板を接着する半導体基板接着ステップとを含む。【００５６】
これにより、半導体基板を台座の一部として形成するので、変換体モジュールを厚くすることなく、空洞部の容積を充分に確保することができ、圧力検出感度を損なうことはない。また、半導体基板と変換体とを並列配置した構造又は積層した構造に比べて、変換体モジュールを容易に小型化及び低背化することができる。【００５７】
また、前記エッチングステップでは、前記台座と前記ダイヤフラムとをそれぞれ有する複数の前記変換体が形成された集合体における前記複数の変換体のそれぞれに、前記空洞部と前記凹部とを、隣接する２つの前記変換体ではそれぞれの前記凹部が隣接するように形成し、前記半導体基板接着ステップでは、前記エッチングステップで形成された隣接する凹部に、２つの前記半導体基板を一括で接着し、前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、前記集合体が前記複数の変換体のそれぞれに分離されるように、前記集合体を個片化する個片化ステップを含んでもよい。【００５８】
これにより、複数の変換体が形成された集合体から変換体モジュールを容易に個片化することができるので、より低コストで変換体モジュールを製造することができる。【００５９】
また、前記エッチングステップは、前記ダイヤフラムの直下の前記第１領域を、前記第２主面側からエッチングする第１エッチングステップと、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを前記第２主面側から一括でエッチングすることで、前記第１領域に前記空洞部と前記第２領域に前記凹部とを形成する第２エッチングステップとを含んでもよい。【００６０】
また、前記第１エッチングステップでは、前記ダイヤフラムの直下に少なくとも前記半導体基板の厚さの台座が残るように、前記第１領域をエッチングし、前記第２エッチングステップでは、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを、少なくとも前記半導体基板の厚さだけエッチングしてもよい。【００６１】
また、前記エッチングステップでは、前記凹部が前記台座を厚さ方向に貫通するように、前記空洞部と一括で前記凹部を形成してもよい。【００６２】
これにより、空洞部と凹部とを一括で形成することができるので、製造プロセスを簡略化することにより、低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の変換体モジュールは、従来の変換体モジュールよりも、圧力検出感度を損なうことなく容易に小型化及び低背化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、実施の形態１の変換体モジュールの斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１の変換体モジュールの平面図である。
【図３】図３は、実施の形態１の変換体モジュールのＡ−Ａ断面での断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程における半導体基板の接着工程を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程における個片化工程を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１の変換体モジュールの異なる製造工程を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２の変換体モジュールの斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２の変換体モジュールの平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２の変換体モジュールのＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の変換体モジュールの斜視図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３の変換体モジュールの平面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３の変換体モジュールのＣ−Ｃ断面での断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態４の変換体モジュールの斜視図である。
【図１８】図１８は、実施の形態４の変換体モジュールの平面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４の変換体モジュールのＤ−Ｄ断面での断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図２１】図２１は、従来の変換体モジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００６６】
（実施の形態１）
実施の形態１の変換体モジュールは、ダイヤフラムと台座とを有し、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、半導体基板は、台座の一部として形成されることを特徴とする。
【００６７】
実施の形態１の例示的な変換体モジュールについて説明する。図１は、実施の形態１の変換体モジュール１００の斜視図である。図２は、実施の形態１の変換体モジュール１００の平面図である。図３は、実施の形態１の変換体モジュール１００の断面Ａ−Ａでの断面図である。
【００６８】
図１に示すように、変換体モジュールは、変換体１１０と、半導体基板１２０と、回路基板１３０と、シールドキャップ１４０とを備える。なお、図１に示す変換体モジュール１００を上から見たときの平面図が図２である。
【００６９】
変換体１１０は、ダイヤフラム１１１と台座１１２とを備え、ダイヤフラム１１１の振動を電気信号に変換する。
【００７０】
ダイヤフラム１１１は、台座１１２の第１主面である表面（図１の上側の面）上に、空洞部１１３の開口を覆うように形成され、音波などを受けて振動し、その振動を電気信号に変換する。例えば、ダイヤフラム１１１は、２枚の平行平板電極を有するコンデンサ型の薄膜状のダイヤフラムであり、振動に応じて平行平板電極間の距離が変化するため、距離の変化に応じて静電容量が変動する。ダイヤフラム１１１は、この静電容量の変動を電気信号として出力する。なお、ダイヤフラム１１１は、例えば、ポリシリコン（以下、Ｐｏｌｙ−Ｓｉとも記載する）、窒化シリコン（以下、ＳｉＮとも記載する）、又は、その両方から構成される。
【００７１】
また、図３に示すように、台座１１２は、第１主面である表面に形成されたダイヤフラム１１１を支える台座であって、ダイヤフラム１１１の直下には、台座１１２の表面に開口を有する空洞部１１３が形成されている。また、台座１１２には、半導体基板１２０を形成するための、第２主面である裏面（図１の下側の面であって、表面に対向する面）に開口を有する凹部１１８が形成されている（図１参照）。さらに、台座１１２には、電極領域１１４と電極領域１１７とが表面に形成されている。
【００７２】
また、台座１１２は、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続するための貫通電極１１５を備える。さらに、台座１１２は、半導体基板１２０からの電気信号を外部に出力するための電極領域１１７と半導体基板１２０とを電気的に接続するための貫通電極１１６を備える。このとき、図２に示すように、台座１１２には、２つずつの貫通電極１１５及び１１６が形成される。これは、ダイヤフラム１１１の２つの電極（平行平板電極）からの電気信号をそれぞれ半導体基板１２０に伝送するためである。
【００７３】
なお、台座１１２は、例えば、バルクシリコン（以下、バルクＳｉとも記載する）から構成される。また、台座１１２の厚さ（図３の左側の台座１１２）は、１００〜２００μｍ程度であり、凹部１１８が形成されている箇所の台座１１２の厚さ（図３の右側の台座１１２）は、５０〜１００μｍ程度である。
【００７４】
なお、変換体モジュール１００を低背化する必要がない場合などは、台座１１２の厚さは、例えば５００μｍなど２００μｍ以上であってもよい。台座１１２が厚ければ厚いほど、空洞部１１３の容積を大きくすることができ、さらに、変換体モジュール１００の強度を高めることができるので好ましい。また、薄膜化するための台座１１２の研磨工程を省略することができるので、低コストで変換体モジュール１００を製造することもできる。
【００７５】
空洞部１１３は、ダイヤフラム１１１の直下に形成され、台座１１２の表面に開口を有する。なお、ダイヤフラム１１１を充分に振動させるためには、空洞部１１３の容積が大きいことが好ましい。なお、図３には、側面が斜め方向に傾いている空洞部１１３について示しているが、図３に示す空洞部１１３の形状は、一例であっていかなる形状であってもよい。例えば、側面が鉛直方向である直方体の空洞部であってもよい。
【００７６】
電極領域１１４は、ダイヤフラム１１１からの電気信号を取り出すための電極である。電極領域１１４は、ダイヤフラム１１１の平行平板電極の一方と半導体基板１２０とを貫通電極１１５を介して電気的に接続する。なお、電極領域１１４は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌなどの金属から構成される。
【００７７】
貫通電極１１５は、ダイヤフラム１１１と半導体基板１２０とを電気的に接続する第１貫通電極の一例であり、台座１１２を厚さ方向に貫通している。具体的には、貫通電極１１５は、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続する導電領域であり、台座１１２に形成された貫通孔内部を充填している。なお、貫通電極１１５は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００７８】
また、貫通電極１１６は、半導体基板１２０と、回路基板１３０に形成される電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極の一例であり、台座１１２を厚さ方向に貫通している。具体的には、貫通電極１１６は、半導体基板１２０と電極領域１１７とを電気的に接続する導電領域であり、台座１１２に形成された貫通孔内部を充填している。なお、貫通電極１１６は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００７９】
電極領域１１７は、半導体基板１２０によって処理された電気信号を外部に出力するための外部電極１３２と接続するための電極である。電極領域１１７は、貫通電極１１６と外部電極１３２とを電気的に接続する。なお、電極領域１１７は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００８０】
なお、図３では、貫通電極１１５は、貫通孔内部を充填しているが、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続すればよく、貫通孔内壁だけに形成されていてもよい。貫通電極１１６についても同様である。
【００８１】
半導体基板１２０は、変換体１１０によって変換された電気信号を処理する基板であり、台座１１２の一部として形成される。具体的には、半導体基板１２０は、台座１１２の一部として、ダイヤフラム１１１を支えるとともに、空洞部１１３を形成する。
【００８２】
例えば、半導体基板１２０は、変換体１１０を制御する基板であって、ダイヤフラム１１１で変換された電気信号を受け、受けた電気信号を増幅する増幅回路を備える。半導体基板１２０によって増幅された電気信号は、外部電極１３２を介して外部に出力される。また、半導体基板１２０は、図１及び図３に示すように、台座１１２の凹部１１８に形成されている。
【００８３】
また、半導体基板１２０の側面の一部は、空洞部１１３に面している。すなわち、台座１１２の内壁と半導体基板１２０の側面の一部とシールドキャップ１４０とによって、空洞部１１３が形成される。さらに、台座１１２の外側の側面の一部と半導体基板１２０の側面の一部とは、１つの平面を形成している。
【００８４】
また、台座１１２の裏面と半導体基板１２０の裏面とは、１つの平面を形成することが好ましい。すなわち、台座１１２の厚さ（図３の左側部分）と、凹部１１８が形成された台座１１２の厚さ（図３の右側部分）及び半導体基板１２０の厚さの合計とが、ほぼ等しくなることが好ましい。
【００８５】
また、半導体基板１２０の表面には、絶縁膜１２１が形成されている。これにより、貫通電極１１５からのリーク電流を防ぐことができる。なお、絶縁膜１２１は、例えば、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2とも記載する）、又はＳｉＮから構成される。
【００８６】
また、絶縁膜１２１上には、絶縁ペースト１２２が形成される。例えば、絶縁ペースト１２２は、絶縁性の樹脂などから構成され、半導体基板１２０と台座１１２（変換体１１０）とを接合する。なお、図１及び図３に示すように、変換体１１０と半導体基板１２０との接合には、半導体基板１２０の主面と台座１１２の凹部１１８の露出面とを接着するだけでなく、強固な接着をするために半導体基板１２０の側面と台座１１２の側面とも接着する方が好ましい。
【００８７】
このように、変換体モジュール１００は、半導体基板１２０と台座１１２との間に形成された第１絶縁層を備える。図１及び図３に示す例では、第１絶縁層は、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２に相当する。なお、図３に示すように、貫通電極１１５及び貫通電極１１６は、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を厚さ方向に貫通している。
【００８８】
また、変換体１１０の上部には、回路基板１３０が、絶縁シート１３１を介して形成されている。回路基板１３０には、外部と電気的に接続できるような電気配線を基板内及び基板表面に形成してもよい（図示せず）。言い換えると、電気配線は、半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための配線である。また、回路基板１３０は、変換体１１０の上部を保護する保護層としても機能する。
【００８９】
絶縁シート１３１は、台座１１２の表面又はダイヤフラム１１１と、回路基板１３０との間に形成された第２絶縁層の一例である。例えば、絶縁シート１３１は、絶縁性の樹脂などから構成され、回路基板１３０と変換体１１０との接合を行う。
【００９０】
また、絶縁シート１３１には、外部電極１３２が形成されている。外部電極１３２は、絶縁シート１３１を貫通し、貫通電極１１６と回路基板１３０内の電気配線とを電気的に接続する。外部電極１３２は、半導体基板１２０から貫通電極１１６を介して伝送された電気信号を回路基板１３０に伝送するための電極である。例えば、外部電極１３２は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料で構成される。
【００９１】
ここで、回路基板１３０と絶縁シート１３１とには、厚さ方向に貫通する音孔１３３が形成されており、ダイヤフラム１１１は、音孔１３３の直下に位置している。つまり、回路基板１３０は、音孔１３３の直下に空洞部１１３の開口が位置するように、ダイヤフラム１１１の上方に配置されている。この音孔１３３を介して伝送された音波により、ダイヤフラム１１１が振動する。そして、実施の形態１の変換体モジュール１００は、ダイヤフラム１１１の振動を検知することで、音波の圧力変動を検出することができる。
【００９２】
また、変換体１１０の下部には、シールドキャップ１４０が、外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから変換体１１０を保護するために形成されている。シールドキャップ１４０は、接着剤１４１によって、台座１１２の裏面及び半導体基板１２０の裏面と接着されている。
【００９３】
なお、シールドキャップ１４０は、変換体モジュール１００の下面だけでなく、側面も覆ってもよい。図４は、実施の形態１の変換体モジュール１００の変形例である変換体モジュール１００ａの構成を示す断面図である。図４に示すように、変換体モジュール１００ａでは、接着剤１４１ａを介してシールドキャップ１４０ａが変換体１１０と半導体基板１２０との側面を覆っている。このように、シールドキャップ１４０ａは、台座１１２の裏面と側面とを保護している。
【００９４】
このような構成により、さらに変換体モジュール１００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。また、シールドキャップ１４０ａを金属で構成した場合、変換体モジュール１００と半導体基板１２０の熱を格段に放熱することができる。これにより、熱による変換体モジュール１００や半導体基板１２０の反り及び熱ノイズを軽減することができるので、ダイヤフラム１１１の振動を検知する精度を高めることができる。なお、接着剤１４１ａを、変換体１１０とシールドキャップ１４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板１３０とシールドキャップ１４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【００９５】
以上のように、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を形成することで、回路基板１３０の面積を変換体１１０と同等の面積にすることができる。これにより、変換体１１０と半導体基板１２０とを回路基板１３０上に並べて実装する従来構造に比べて、変換体モジュール１００の小型化が可能になる。
【００９６】
加えて、変換体１１０（図３の左側の台座１１２の厚さ）と半導体基板１２０とを合わせた厚さを、変換体１１０の厚さ（図３の右側の台座１１２の厚さ）とほぼ同等の厚さにすることができる。これにより、変換体１１０を半導体基板１２０に積層する従来構造よりも変換体モジュール１００の低背化が可能になる。そのため、変換体モジュール１００の厚さは、シールドキャップ１４０と変換体１１０と回路基板１３０との合計の厚さで決定されるため、変換体モジュール１００の低背化が可能となる。
【００９７】
また、実施の形態１の変換体モジュール１００では、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を接続することで、変換体１１０と半導体基板１２０とを合わせた厚さを、変換体１１０の厚さとほぼ同等の厚さにすることができる。これにより、変換体モジュール１００の厚さを薄くする必要がなく、変換体１１０の強度が損なわれることはない。
【００９８】
また、実施の形態１の変換体モジュール１００では、空洞部１１３の容積は、台座１１２の厚さと、台座１１２及び凹部１１８内に接続した半導体基板１２０によって囲まれた面積とで決定される。このため、半導体基板１２０を薄くすることで空洞部１１３の容積が減ることはなく、圧力変動の精度が損なわれることはない。
【００９９】
なお、上述したように、検出感度を向上させるには、（イ）ダイヤフラム１１１の面積を広くする、又は（ロ）空洞部１１３の容積を拡大するなどが必要である。（イ）の場合、ダイヤフラム１１１の面積を広くするには、変換体１１０を大型化する必要がある。実施の形態１の変換体モジュール１００では、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を接続することで、半導体基板１２０の大きさを変えることなく、空洞部１１３の容積を大きくすることができる。むしろ、半導体基板１２０を小さくすればするほど空洞部１１３の容積を拡大することができる。
【０１００】
（ロ）の場合も（イ）の場合と同様である。つまり、半導体基板１２０を小さくすればするほど、空洞部１１３の容積を拡大することができるので、検出感度の向上、かつ、半導体基板１２０を限界まで小さくすることができる。そのため、ウエハ１枚当たりに製作される半導体基板１２０が増えるので、低コストで変換体モジュール１００を製作することができる。
【０１０１】
また、変換体モジュール１００を設計する際も、変換体モジュール１００の検出感度により、半導体基板１２０の大きさを考慮する必要がなく、設計の自由度が増える。
【０１０２】
つまり、実施の形態１において例示した変換体モジュール１００は、従来の変換体モジュールよりも、圧力検出感度を損なうことなく容易に小型化及び低背化を行うことができる。
【０１０３】
続いて、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法について図面を用いて説明する。
【０１０４】
始めに、電極領域１１４とダイヤフラム１１１と台座１１２とを有する変換体１１０が複数個形成された集合体であるウエハを準備する。なお、各変換体１１０は、公知の方法により形成される。
【０１０５】
次に、貫通電極１１５及び１１６を形成するために、台座１１２の表面から厚さ方向に窪んだ電極用凹部１５１及び１５２を形成する。具体的には、レジスト、ＳｉＯ2、金属膜などをマスクとし、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを行えばよい。ここで、電極用凹部１５１及び１５２は、深さが５０〜１００μｍ程度の深さである。また、電極用凹部１５１及び１５２は、台座１１２を完全に貫通してもよく、電極用凹部１５１及び１５２の直径などにより適宜選択すればよい。以上の工程により、図５（ａ）に示す構造が形成される。なお、図５では、ウエハに形成された複数の変換体のうち１つの変換体１１０のみについて示す。
【０１０６】
次に、空洞部１１３と、半導体基板１２０を形成するための凹部１１８とを形成する。空洞部１１３と凹部１１８とを別々に形成してもよいが、一括で形成するほうが製作精度及び工程数を削減することができるので好ましい。なお、空洞部１１３と凹部１１８とを一括で形成する場合、台座１１２のバルクＳｉをエッチングするためのウェットエッチング法とドライエッチング法とでは、保護膜の材質、堆積方法が一部異なる。
【０１０７】
まず、以下では、ウェットエッチング法を用いて空洞部１１３と凹部１１８とを一括で形成する方法について説明する。
【０１０８】
始めに、台座１１２の裏面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又は反応性スパッタリング法を用いて、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）を堆積する。このとき、ＳｉＮ膜の代わりにＳｉＯ2膜を堆積してもよい。
【０１０９】
なお、熱酸化を用いてＳｉＯ2膜を堆積することも可能であるが、ダイヤフラム１１１のＰｏｌｙ−Ｓｉも酸化され、ダイヤフラム１１１の一部がＳｉＯ2となり、変換体モジュール１００の完成後のダイヤフラム１１１が薄くなり脆くなる可能性がある。このため、ＣＶＤ法又は反応性スパッタリングを用いた方が好ましい。
【０１１０】
ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）上に感光性レジストをスピンコートで塗布後、空洞部１１３及び凹部１１８を開口するようにレジストのパターニングを行う。その後、レジストをマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）又はウェットエッチングを用いて、ＳｉＮ膜を空洞部１１３が形成される領域の台座１１２の裏面が露出するように開口する。そして、レジストを除去すると、図５（ｂ）に示す構造が形成される。
【０１１１】
次に、ウェットエッチング法を用いて、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）を保護膜として、凹部１１８の深さ５０〜１００μｍ程度エッチングを行う。このとき、ウェットエッチングに用いるエッチャントは、電極領域１１４に負荷を与えず、かつ、Ｓｉを結晶方位に沿って高精度に異方性エッチングが可能なＴＭＡＨ水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を使用することが好ましい。そして、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）をリン酸系の溶液などを用いて取り除くことで、図５（ｃ）に示す構造が形成される。
【０１１２】
次に、台座１１２の裏面にＣＶＤ法又は反応性スパッタリング法を用いて、ＳｉＯ2膜又はＳｉＮ膜（第２保護膜１５４）を堆積する。これにより、図５（ｄ）に示す構造が形成される。なお、このとき、図５（ｃ）に示す過程で形成された段差の影響で、第２保護膜１５４が切断されてしまわないように充分な厚さの第２保護膜１５４を堆積させることが望ましい。
【０１１３】
その後、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）上に感光性レジストをスピンコートで塗布後、空洞部１１３及び凹部１１８を開口するようにレジストのパターニングを行う。その後、レジストをマスクとして、ＲＩＥ又はウェットエッチングを用いて、ＳｉＯ2膜を空洞部１１３及び凹部１１８のパターンに開口する。そして、レジストを除去すると、図５（ｅ）に示す構造が形成される。
【０１１４】
次に、ウェットエッチング法を用いて、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）を保護膜として、台座１１２の裏面からバルクＳｉをダイヤフラム１１１の直下部を貫通するまでエッチングすることで、空洞部１１３及び凹部１１８を形成する。これにより、台座１１２に形成した電極用凹部１５１及び１５２（深さ５０〜１００μｍ）を貫通することができる。そして、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）をフッ酸系の溶液などを用いて取り除くことで、図５（ｆ）に示す構造が形成される。
【０１１５】
以上のようにして、台座１１２の裏面側から台座１１２をエッチングすることで、ダイヤフラム１１１の直下の第１領域に空洞部１１３を形成し、当該第１領域とは異なる第２領域に凹部１１８を形成する。
【０１１６】
次に、台座１１２に形成された凹部１１８に半導体基板１２０を接着する。具体的には、凹部１１８のエッチング面は表面が粗いので、凹部１１８と半導体基板１２０の表面に絶縁ペースト１２２を介して接着する方が好ましい。
【０１１７】
ここで、半導体基板１２０は、凹部１１８内に組み込まれるので、予め凹部１１８のエッチング面から台座１１２の底面までの高さと同等又はそれ以下の厚さに、研削している方が好ましい。すなわち、台座１１２の凹部１１８が形成されていない領域の厚さ（図３の左側）と、台座１１２の凹部１１８が形成されている領域（図３の右側）及び半導体基板１２０の厚さの和とが等しくなることが好ましい。
【０１１８】
加えて、半導体基板１２０の表面には台座１１２に形成している電極用凹部１５１及び１５２を開口した絶縁膜１２１が形成されている。なお、絶縁膜１２１と絶縁ペースト１２２とのうち、いずれか一方だけが形成されていてもよい。以上の工程により、図５（ｇ）に示す構造が形成される。
【０１１９】
次に、台座１１２、絶縁ペースト１２２及び絶縁膜１２１に形成された電極用凹部１５１及び１５２に、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する。なお、貫通電極１１５及び貫通電極１１６は、製作工程数の削減から一括で形成することが好ましい。具体的には、ＣＶＤ法又は絶縁ペーストの印刷充填法などを用いて、変換体１１０の表面と、電極用凹部１５１及び１５２の内部にＳｉＯ2などの絶縁膜を形成する。
【０１２０】
続いて、再度ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、電極領域１１４と電極用凹部１５１及び１５２の底部である半導体基板１２０とに形成された絶縁膜を除去する。そして、例えば、スパッタリング法などを用いて、変換体１１０の表面の全面に金属薄膜を形成する。金属薄膜には、主にＴｉ、Ｔｉ−Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕなどを用いる。
【０１２１】
続いて、ドライフィルム貼り付け又はスピンコートによる感光性の液状レジスト塗布を行った後、フォトリソグラフィ技術を用いて、露光及び現像により貫通電極１１５と貫通電極１１６に合わせてレジストをパターニングする。なお、レジストの厚さは、最終的に形成したい貫通電極１１５と貫通電極１１６の厚さに応じて決定すればよい。一般には、５〜３０μｍ程度とする。そして、電解めっき法を用いて、Ｃｕなどの金属で貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する。このとき、貫通電極１１６と外部電極１３２との電気的な接続を容易にするために、電極領域１１７も同様にして形成する。最後に、レジストを除去することにより、図５（ｈ）に示す構造が形成される。
【０１２２】
なお、電極用凹部１５１及び１５２が貫通電極１１５と貫通電極１１６とで充填されていない場合、電極用凹部１５１及び１５２に、図示していない充填層を形成してもよい。充填する材料としては、樹脂又は金属を用いることができる。
【０１２３】
例えば、金属を充填する場合は、電解めっき法を用いて金属めっきを充填するか、又は、印刷充填法、ディッピングなどを用いて主に金属ペーストを充填すればよい。
【０１２４】
電解めっき法によって充填する場合は、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する際に、一括で行なうことが望ましい。この際、充填層は電極用凹部１５１及び１５２を完全に埋め込むように充填する。また、充填層と貫通電極１１５と貫通電極１１６とを別々に形成する場合は、例えば、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成した後に、電極用凹部１５１及び１５２の部分に開口を持つマスクを形成し、電解めっき法を用いて電極用凹部１５１及び１５２に充填層を形成する。
【０１２５】
また、樹脂材料を充填する場合は、液状の光硬化型又は熱硬化型の樹脂をスピンコートにより充填するか、又は、樹脂ペーストを印刷充填法、ディッピングなどにより充填すればよい。
【０１２６】
次に、回路基板１３０を厚さ方向に貫通する音孔１３３を形成する。音孔１３３の大きさは、空洞部１１３の大きさとほぼ同じである。なお、回路基板１３０に電気配線を設ける場合は、音孔１３３が形成されない領域のみに電気配線を形成する。
【０１２７】
また、電極領域１１７（又は貫通電極１１６）に、フラックスを用いた半田ボール搭載法、半田ペースト印刷法又は電解めっき法により、外部電極１３２を形成する。その後、音孔１３３に開口を有する絶縁シート１３１を介して、変換体１１０及び半導体基板１２０と回路基板１３０とを仮止めしておく。
【０１２８】
次に、圧力をかけながら絶縁シート１３１と外部電極１３２とを加熱することで、変換体１１０及び半導体基板１２０が絶縁シート内に沈み込んで、回路基板１３０と外部電極１３２とを電気的に接合することができる。
【０１２９】
最後に、外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから変換体モジュール１００を保護するため、シールドキャップ１４０を接着剤１４１を介して変換体１１０と半導体基板１２０との裏面を覆うように接着する。また、接着剤１４１を使用せずにシールドキャップ１４０を変換体１１０と半導体基板１２０との裏面に超音波熱圧着法を用いて接着してもよい。以上の工程により、図１及び図３に示す構造が形成される。
【０１３０】
なお、半導体基板１２０を１つ１つ凹部１１８内に接着してもよいが、図６のように複数の半導体基板１２０を複数の変換体１１０の凹部１１８にそれぞれ対応するように接着する方が、製作工数を削減できるので好ましい。
【０１３１】
つまり、複数の変換体１１０が形成された集合体における複数の変換体１１０のそれぞれに、隣接する２つの変換体１１０の凹部１１８が隣接するように、空洞部１１３と凹部１１８とを形成する。実施の形態１では、複数の変換体１１０が形成された集合体であるウエハを用いて、一括で複数の変換体モジュール１００を作成する。このときに、２つの変換体１１０の凹部１１８が形成される領域が互いに隣接するように、変換体１１０をウエハに配置する。これにより、図６に示すように２つの変換体１１０に、２つの半導体基板１２０を一括で接着することができる。
【０１３２】
なお、簡単のため、図５では、エッチングされたときの台座１１２の内壁（すなわち、空洞部１１３及び凹部１１８の側面）を鉛直方向の面としている。上述のようにウェットエッチング法を用いた場合には、図３に示すように、台座１１２の内壁は、斜め方向に傾いている。
【０１３３】
最後に、図７に示すように、例えば、ダイシングソー、レーザダイシングなどの切削部材１６０を用いて、ウエハを切削することで、複数の変換体モジュール１００に分離されるように個片化する。
【０１３４】
以上のようにして、図１〜図３に示すような実施の形態１の変換体モジュール１００を製造することができる。
【０１３５】
なお、空洞部１１３及び凹部１１８は、上述したように２段階のエッチングにより形成される。具体的には、ダイヤフラム１１１直下の空洞部１１３を形成すべき第１領域を、裏面側からエッチングし、さらに、空洞部１１３を形成すべき第１領域と、凹部１１８を形成すべき第２領域とを裏面側から一括でエッチングする。このとき、１回目のエッチングでは、空洞部１１３を形成すべき第１領域に、半導体基板１２０の厚さの台座部分が残るように台座１１２を裏面側からエッチングする。そして、２回目のエッチングでは、少なくとも半導体基板１２０の厚さだけ台座１１２を裏面側からエッチングする。以上のようにして、空洞部１１３と凹部１１８とが形成される。
【０１３６】
なお、複数の変換体１１０及び複数の半導体基板１２０を個片化した後に、変換体１１０及び複数の半導体基板１２０をそれぞれピックアップし、回路基板１３０に貼り付けても構わない。
【０１３７】
また、図示しないが、外部電極１３２と絶縁シート１３１とが、異方性導電フィルムでも構わない。例えば、回路基板１３０上に音孔１３３の部分を開口した異方性導電フィルムを貼り、この異方性導電フィルム上に変換体１１０及び半導体基板１２０を仮止めする。このとき、異方性導電フィルムは予め貫通電極１１６及び電極領域１１７に接着する部分が導電パターンとなっている。その後、加圧及び加熱することで完全に接着する。
【０１３８】
また、予め絶縁ペースト１２２は、台座１１２に形成している電極用凹部１５１及び１５２のパターンを開口してから、台座１１２と半導体基板１２０とを接着してもよい。加えて、絶縁ペースト１２２を介して、半導体基板１２０の表面と台座１１２の凹部１１８の裏面とを接着するだけでなく、図１に示すように、半導体基板１２０の側面と台座１１２の側面とも接着する方が好ましい。
【０１３９】
また、凹部１１８を形成した後に、半導体基板１２０を貼付け、貫通電極１１５及び１１６を形成した後に、空洞部１１３を形成してもよい。これにより、空洞部１１３ができるまでダイヤフラム１１１の全面が台座１１２に支持されているので、ダイヤフラム１１１に対するプロセス負荷（半導体基板１２０の貼付け応力、貫通電極１１５及び１１６を形成時のめっき応力、ウエハハンドリングなど）を低減することができる。
【０１４０】
また、空洞部１１３及び凹部１１８の形成は、ドライエッチング法を用いて行ってもよい。以下では、ドライエッチング法を用いた空洞部１１３及び凹部１１８の形成について説明する。
【０１４１】
まず、図５（ａ）と同様にして、電極領域１１４とダイヤフラム１１１と台座１１２とを有する変換体１１０に、電極用凹部１５１及び１５２を形成する。これにより、図８（ａ）に示す構造が形成される。
【０１４２】
次に、台座１１２の裏面にレジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又は金属薄膜などの第１保護膜１７１を堆積する。その後、空洞部１１３及び凹部１１８のパターンに開口する。このときの開口は、ウェットエッチング及びドライエッチング法（ＲＩＥ）のいずれを用いてもよい。これにより、図８（ｂ）に示す構造が形成される。
【０１４３】
次に、前工程で堆積した薄膜（第１保護膜１７１）と異なるエッチング耐性を持つ、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又は金属薄膜などの第２保護膜１７２を堆積する。これにより、図８（ｃ）に示す構造が形成される。そして、上記のウェットエッチングと同様に、空洞部１１３のパターンに開口する。これにより、図８（ｄ）に示す構造が形成される。
【０１４４】
その後、ドライエッチング法（ＲＩＥ）を用いて、台座１１２の凹部１１８の深さ５０〜１００μｍ程度、台座１１２の裏面からエッチングする。例えば、フッ素系ガスを用いたドライエッチング法により、台座１１２をエッチングする。次に、台座１１２の裏面に形成している２番目に堆積した膜（第２保護膜１７２）を除去する。これにより、図８（ｅ）に示す構造が形成される。
【０１４５】
最後に、ドライエッチング法を用いて、台座１１２の裏面からダイヤフラム１１１の直下部を貫通するまでエッチングすることで、空洞部１１３及び凹部１１８を形成する。これにより、台座１１２に形成した電極用凹部１５１及び１５２（深さ５０〜１００μｍ）を貫通することができる。そして、第１保護膜１７１を取り除くことで、図８（ｆ）に示す構造が形成される。
【０１４６】
以降の処理は、ウェットエッチング法を用いた場合と同様である（図８（ｇ）及び図８（ｈ）参照）。
【０１４７】
以上のようにして、ドライエッチング法を用いた場合でも空洞部１１３及び凹部１１８を形成することができる。なお、図８で示す例では、第１保護膜１７１と第２保護膜１７２とをほぼ均一な面に堆積させることができるので、台座１１２をより良く保護することができる。
【０１４８】
なおこのとき、第１保護膜１７１と第２保護膜１７２とは異なる材料で形成されていることが好ましい。例えば、第１保護膜１７１がＳｉＮ膜であり、第２保護膜１７２がＳｉＯ2膜であるとする。ここで、ウェットエッチングでは、ＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜とのエッチャントは異なる。例えば、ＳｉＮ膜のウェットエッチングには、リン酸系の溶液が用いられ、ＳｉＯ2膜のウェットエッチングには、フッ酸系の溶液が用いられる。したがって、先に堆積したＳｉＮ膜は、ＳｉＯ2膜をエッチングする際に、ほとんどエッチングされない。このため、保護膜のエッチングには、ウェットエッチングを行う方が好ましい。
【０１４９】
なお、保護膜の堆積の方法は、上述の説明には限られない。例えば、図８のように２つの保護膜を堆積させてからウェットエッチング法を用いて、台座１１２をエッチングしてもよい。
【０１５０】
（実施の形態２）
実施の形態２の変換体モジュールは、台座の表面から裏面にかけて貫通する貫通領域が形成されており、この貫通領域に半導体基板が形成されることを特徴とする。
【０１５１】
以下、実施の形態２の変換体モジュールについて説明する。図９は、実施の形態２の変換体モジュール２００の斜視図である。図１０は、実施の形態２の変換体モジュール２００の平面図である。図１１は、実施の形態２の変換体モジュール２００の断面Ｂ−Ｂでの断面図である。
【０１５２】
図９〜図１１に示すように、変換体モジュール２００は、図１〜図３に示した実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、台座１１２と台座２１２とで、その形状が異なる。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており、詳しい説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【０１５３】
図１１に示すように、実施の形態２の変換体モジュール２００において、台座２１２には、第１主面である表面から第２主面である裏面まで貫通している貫通領域２１８（実施の形態１の凹部１１８に相当する）が形成され、この貫通領域２１８に半導体基板２２０が形成される。さらに、台座２１２の裏面と半導体基板２２０の裏面とは、１つの平面を形成する。すなわち、台座２１２の厚さと、半導体基板２２０、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を合わせた厚さとがほぼ等しくなる。
【０１５４】
以上のように、半導体基板２２０の上部には台座２１２が形成されていないので、貫通電極１１５と貫通電極１１６とは、ダイヤフラム２１１、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２のみを貫通している構造となっている。そのため、変換体モジュール２００は、実施の形態１において説明した効果に加えて、貫通電極１１５及び貫通電極１１６を短くできるので、実施の形態１の変換体モジュール１００よりも電極部分で生じる寄生抵抗を低減することができる。
【０１５５】
なお、シールドキャップ１４０は、変換体モジュール２００の下面だけでなく、側面も覆ってもよい。図１２は、実施の形態２の変換体モジュール２００の変形例である変換体モジュール２００ａの構成を示す断面図である。図１２に示すように、変換体モジュール２００ａでは、接着剤２４１を介して、シールドキャップ２４０が変換体２１０と半導体基板２２０との側面を覆っている。
【０１５６】
このような構成により、さらに変換体モジュール２００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤２４１を変換体２１０とシールドキャップ２４０とが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板１３０とシールドキャップ２４０とが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１５７】
次に、実施の形態２の変換体モジュール２００の製造方法について、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法との相違点を説明する。
【０１５８】
変換体モジュール２００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、台座１１２と台座２１２とでその形状が異なる。具体的には、変換体モジュール２００では、半導体基板２２０を形成すべき領域が台座２１２を貫通している。すなわち、この貫通領域２１８を空洞部１１３と同じ工程で形成することができる。
【０１５９】
したがって、例えば、図８（ｂ）に示すように、台座２１２の裏面に、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を堆積し、空洞部１１３及び貫通領域２１８（実施の形態１の凹部１１８に相当する）を開口するように、堆積した保護膜をパターニングする。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、台座２１２を裏面から表面に向かって貫通するまでエッチングすればよい。
【０１６０】
これにより、空洞部１１３と貫通領域２１８とを形成するための２段階のリソグラフィー及びエッチング工程を必要とせず、製造工程数を削減することができるので、低コストで変換体モジュール２００を製造することができる。
【０１６１】
（実施の形態３）
実施の形態３の変換体モジュールは、台座の表面又はダイヤフラムの上方に、音孔を有するシールドキャップが配置されており、外部に電気信号を伝送するための回路基板が台座の裏面に設けられていることを特徴とする。
【０１６２】
以下、実施の形態３の変換体モジュールについて説明する。図１３は、実施の形態３の変換体モジュール３００の斜視図である。図１４は、実施の形態３の変換体モジュール３００の平面図である。図１５は、実施の形態３の変換体モジュール３００の断面Ｃ−Ｃでの断面図である。
【０１６３】
図１３〜図１５に示すように、変換体モジュール３００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、シールドキャップ３４０が台座１１２の表面に配置され、回路基板３３０が台座１１２の裏面に配置されている点が異なっている。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており、詳しい説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【０１６４】
図１３及び図１５に示すように、シールドキャップ３４０が、変換体１１０の表面及びダイヤフラム１１１の上方に配置される。具体的には、シールドキャップ３４０は、接着剤３４１によって、台座１１２の表面、ダイヤフラム１１１及び電極領域１１４と接着されている。
【０１６５】
また、シールドキャップ３４０は、厚さ方向に貫通する音孔３４２が形成された保護層の一例である。このとき、音孔３４２の直下に空洞部１１３の開口が位置するように、シールドキャップ３４０は、ダイヤフラム１１１の上方に配置されている。
【０１６６】
また、回路基板３３０は、台座１１２の裏面に配置される。具体的には、回路基板３３０は、絶縁シート３３１によって台座１１２の裏面及び半導体基板３２０の裏面に接着されている。また、回路基板３３０には、例えば、半導体基板３２０によって処理された電気信号を外部に取り出すための電気配線が形成される。
【０１６７】
また、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通した貫通孔内部に、貫通電極１１５と電気的に接続し、かつ、半導体基板３２０の裏面の一部まで延びる貫通電極３２３が形成される。貫通電極３２３は、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通し、半導体基板３２０と回路基板３３０内の電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極の一例である。具体的には、貫通電極３２３は、半導体基板３２０によって処理された電気信号を外部に伝送するために、回路基板３３０に形成された電気配線と電気的に接続する。貫通電極３２３は、例えば、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【０１６８】
なお、絶縁シート３３１には、貫通電極３２３と回路基板３３０とを電気的に接続する外部電極３３２が形成されている。ここで、外部電極３３２は、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料から構成される。
【０１６９】
以上のように、回路基板３３０と台座１１２及び凹部１１８内に接続した半導体基板３２０とによって囲まれた部分に空洞部１１３が形成されるので、実施の形態３の変換体モジュール３００は、実施の形態１において説明した効果を得ることができる。
【０１７０】
なお、シールドキャップ３４０は、変換体モジュール３００の上面だけでなく、側面も覆ってもよい。図１６は、実施の形態３の変換体モジュール３００の変形例である変換体モジュール３００ａの構成を示す断面図である。図１６に示すように、変換体モジュール３００ａでは、接着剤３４１ａを介して、シールドキャップ３４０ａが変換体１１０と半導体基板１２０との側面を覆っている。このように、保護層の一例であるシールドキャップ３４０ａは、台座１１２の裏面と側面とを保護している。
【０１７１】
このような構成により、さらに変換体モジュール３００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤３４１ａを変換体１１０とシールドキャップ３４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板３３０とシールドキャップ３４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１７２】
次に、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法について、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法との相違点を説明する。
【０１７３】
変換体モジュール３００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、シールドキャップ３４０が台座１１２の表面に配置され、回路基板３３０が台座１１２の裏面に配置されている点が異なっている。また、回路基板３３０の位置が異なることに伴い、貫通電極１１６の代わりに貫通電極３２３が半導体基板１２０に形成されていることが異なる。したがって、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法は、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法と比べて、貫通電極の形成工程と、シールドキャップ及び回路基板の接着工程とが異なっている。具体的には、以下の通りである。
【０１７４】
台座１１２には、図８（ａ）に示すような電極用凹部１５１及び１５２を形成する工程で、貫通電極１１５を形成するための電極用凹部１５１のみを形成する。そして、半導体基板３２０を台座１１２に接着した後に、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、形成した貫通孔に貫通電極３２３を形成する。
【０１７５】
具体的には、半導体基板３２０の裏面に電極領域３２４を形成しておく。次に、半導体基板３２０の裏面より、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を、電極領域３２４の直下を貫通するようにパターニングし、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを用いてエッチングする。これにより、半導体基板３２０に貫通孔が形成される。その後、貫通電極１１５と同様の方法を用いて貫通電極３２３を形成する。
【０１７６】
以降、シールドキャップ３４０に音孔３４２を形成し、シールドキャップ３４０を台座１１２及びダイヤフラム１１１の上方に接着剤３４１を用いて接着する。また、回路基板３３０を、台座１１２及び半導体基板３２０の裏面に絶縁シート３３１を介して接着する。このとき、絶縁シート３３１には、実施の形態１と同様にして、外部電極３３２を形成する。また、絶縁シート３３１は、空洞部１１３の容積を大きくするために、開口していることが望ましいが、必ずしも、絶縁シート３３１は空洞部１１３のパターンに開口する必要はない。
【０１７７】
以上のように、実施の形態３の変換体モジュール３００では、回路基板３３０には孔が形成されていないため、設計の自由度を向上させることができる。すなわち、実施の形態１及び２では、回路基板１３０に形成する電気配線が音孔１３３によって切断されないようにしなければならなかったが、実施の形態３の変換体モジュール３００では、この点を考慮する必要がない。
【０１７８】
（実施の形態４）
実施の形態４の変換体モジュールは、台座の表面から裏面にかけて貫通する貫通領域が形成されており、この貫通領域に半導体基板が形成されることを特徴とする。また、実施の形態３と同様に、台座の表面又はダイヤフラムの上方に、音孔を有するシールドキャップが配置されており、外部に電気信号を伝送するための回路基板が台座の裏面に設けられている。
【０１７９】
以下、実施の形態４の変換体モジュールについて説明する。図１７は、実施の形態４の変換体モジュール４００の斜視図である。図１８は、実施の形態４の変換体モジュール４００の平面図である。図１９は、実施の形態４の変換体モジュール４００の断面Ｄ−Ｄでの断面図である。
【０１８０】
図１７〜図１９に示すように、変換体モジュール４００は、図１３〜図１５に示した実施の形態３の変換体モジュール３００と比較すると、台座１１２と台座２１２とで、その形状が異なる。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており詳しい説明は省略し、異なる構成を中心にする。
【０１８１】
図１９に示すように、実施の形態４の変換体モジュール４００において、台座２１２には、第１主面である表面から第２主面である裏面まで貫通している貫通領域２１８（実施の形態３の凹部１１８に相当する）が形成され、この貫通領域２１８に半導体基板４２０が形成される。さらに、台座２１２の裏面と半導体基板４２０の裏面とは、１つの平面を形成する。すなわち、台座２１２の厚さと、半導体基板４２０、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を合わせた厚さとがほぼ等しくなる。
【０１８２】
以上のように、半導体基板４２０の上部には台座２１２が形成されていないので、貫通電極１１５は、ダイヤフラム２１１、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２のみを貫通している構造となっている。そのため、変換体モジュール４００は、実施の形態３において説明した効果に加えて、貫通電極１１５を短くできるので、実施の形態３の変換体モジュール３００よりも貫通電極１１５部分で生じる寄生抵抗を低減することができる。
【０１８３】
なお、シールドキャップ３４０は、変換体モジュール４００の上面だけでなく、側面も覆ってもよい。図２０は、実施の形態４の変換体モジュール４００の変形例である変換体モジュール４００ａの構成を示す断面図である。図２０に示すように、変換体モジュール４００ａでは、接着剤３４１ａを介して、シールドキャップ３４０ａが変換体２１０と半導体基板４２０との側面を覆っている。
【０１８４】
このような構成により、さらに変換体モジュール４００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤３４１ａを変換体２１０とシールドキャップ３４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板３３０とシールドキャップ３４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１８５】
次に、実施の形態４の変換体モジュール４００の製造方法について、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法との相違点を説明する。
【０１８６】
変換体モジュール４００は、実施の形態３の変換体モジュール３００と比較すると、台座１１２と台座２１２とでその形状が異なる。具体的には、変換体モジュール４００では、半導体基板４２０を形成すべき領域が台座２１２を貫通している。すなわち、この貫通領域２１８を空洞部１１３と同じ工程で形成することができる。
【０１８７】
したがって、例えば、図８（ｂ）に示すように、台座２１２の裏面に、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を堆積し、空洞部１１３及び貫通領域２１８（実施の形態１及び３の凹部１１８に相当する）を開口するように、堆積した保護膜をパターニングする。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、台座２１２を裏面から表面に向かって貫通するまでエッチングすればよい。
【０１８８】
これにより、空洞部１１３と貫通領域２１８とを形成するための２段階のリソグラフィー及びエッチング工程を必要とせず、製造工程数を削減することができるので、低コストで変換体モジュール４００を製造することができる。
【０１８９】
以上、本発明の変換体モジュール及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１９０】
例えば、各実施の形態では、台座の裏面からエッチングした凹部又は貫通領域に半導体基板を形成したため、半導体基板の裏面と台座の裏面とが１つの平面を形成するように構成されている。これに対して、半導体基板は、台座の一部として形成されていれば、どのような位置に位置していてもよい。例えば、台座の表面に露出していてもよく、又は、台座の内部に形成されていてもよい。ただしこのとき、半導体基板の影響で変換体の厚さが台座の厚さ以上とならないようにするのが好ましい。
【０１９１】
また、各実施の形態では、空洞部と凹部とをエッチングにより形成したが、予め空洞部が形成された変換体を用いて、凹部のみを形成してもよい。
【０１９２】
なお、本発明の変換体モジュールは、音圧センサ、圧力センサ又は流量センサとして用いることができるが、流量センサとして用いる場合、例えば、音孔が形成された回路基板又はシールドキャップの上方に気体の流れる経路を形成することで、音孔に気体を誘導する。これにより、誘導された気体によってダイヤフラムが振動し、この振動を検知することで、本発明の変換体モジュールを流量センサとして用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明の変換体モジュールは、圧力検出感度を損なうことなく、小型化及び低背化を容易に行えるという効果を奏し、音圧センサ、圧力センサ、流量センサなどの各種センサに特に好適である。
【符号の説明】
【０１９４】
１００、１００ａ、２００、２００ａ、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００  変換体モジュール
１１０、２１０、５０１  変換体
１１１、２１１、５０２  ダイヤフラム
１１２、２１２  台座
１１３、５０７  空洞部
１１４、１１７、３２４  電極領域
１１５、１１６、３２３  貫通電極
１１８  凹部
１２０、２２０、３２０、４２０、５０３  半導体基板
１２１  絶縁膜
１２２  絶縁ペースト
１３０、３３０、５０４  回路基板
１３１、３３１  絶縁シート
１３２、３３２  外部電極
１３３、３４２、５０６  音孔
１４０、１４０ａ、２４０、３４０、３４０ａ、５０５  シールドキャップ
１４１、１４１ａ、２４１、３４１、３４１ａ  接着剤
１５１、１５２  電極用凹部
１５３、１７１  第１保護膜
１５４、１７２  第２保護膜
１６０  切削部材
２１８  貫通領域
【図１】
2010119600.tif 000008
【図２】
2010119600.tif 000009
【図３】
2010119600.tif 000010
【図４】
2010119600.tif 000011
【図５】
2010119600.tif 000012
【図６】
2010119600.tif 000013
【図７】
2010119600.tif 000014
【図８】
2010119600.tif 000015
【図９】
2010119600.tif 000016
【図１０】
2010119600.tif 000017
【図１１】
2010119600.tif 000018
【図１２】
2010119600.tif 000019
【図１３】
2010119600.tif 000020
【図１４】
2010119600.tif 000021
【図１５】
2010119600.tif 000022
【図１６】
2010119600.tif 000023
【図１７】
2010119600.tif 000024
【図１８】
2010119600.tif 000025
【図１９】
2010119600.tif 000026
【図２０】
2010119600.tif 000027
【図２１】
2010119600.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月9日(2011.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音圧センサや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンマイクや圧力センサなどの変換体を備える変換体モジュールでは、音響などの圧力変動を、音圧センサチップや圧力センサチップなどが有するダイヤフラムの振動を検知することで検出する（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
図２１は、従来の特許文献１に記載の変換体モジュール５００の構成を示す断面図である。同図に示すように、従来の変換体モジュール５００では、ダイヤフラム５０２を有する変換体５０１と、変換体５０１を制御する半導体基板５０３とが回路基板５０４の主面に実装されている。また、ダイヤフラム５０２の直下の回路基板５０４の領域には、空洞部５０７が形成されている。さらに、変換体５０１と半導体基板５０３とは、シールドキャップ５０５で覆われている。このように配置した状態においては、シールドキャップ５０５を貫通する音孔５０６を介して伝送された音波によりダイヤフラム５０２が振動し、変換体モジュール５００は、このダイヤフラム５０２の振動を検知することで、音波の圧力変動を検知する。
【０００４】
ただし、このとき、空洞部５０７の容積が小さい場合、空洞部５０７の空気抵抗が大きくなり、ダイヤフラム５０２が振動しにくくなる。このため、ダイヤフラム５０２の変位量が小さくなり、圧力変動を精度良く検出することができなくなる。
【０００５】
すなわち、ダイヤフラム５０２を振動させるためには、十分に大きな空洞部５０７を確保する必要がある。また、空洞部５０７の容積は、変換体５０１の特性に応じて適宜変更する必要がある。
【０００６】
従来の変換体モジュール５００では、回路基板５０４の主面から窪んだ凹部を形成することで、空洞部５０７の容積拡大を図っている。しかし、回路基板５０４上に変換体５０１と半導体基板５０３とを並べて実装するため、回路基板５０４の面積が大きくなり、変換体モジュール５００の小型化が難しいという課題があった。
【０００７】
そこで、特許文献２には、回路基板上に半導体基板と変換体とシールドキャップとを積層した変換体モジュールが提案されている。この例では、ダイヤフラムの直下に位置する空洞部の容積が小さくならないように、半導体基板の主面に窪んだ凹部を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５３７１８２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載されたような、半導体基板上に変換体などを積層する従来の変換体モジュールにおいて、底部から回路基板と半導体基板と変換体とシールドキャップとを順に積層しているため、変換体モジュールが厚くなり、低背化が困難になるという問題がある。
【００１０】
この構成で、変換体モジュールを低背化するためには、（１）変換体の厚さを薄くする、又は、（２）半導体基板を薄くするなどの手段が考えられる。しかし、（１）の場合、変換体の厚さを薄くすることで変換体の強度が損なわれることが懸念される。また、（２）の場合、空洞部の容積が減り、ダイヤフラムが振動しにくくなるため、圧力変動を精度良く検出することができなくなることが懸念される。
【００１１】
また、従来の構造では変換体モジュールの検出感度においても課題がある。変換体モジュールの検出感度を定量的に示すと以下の通りとなる。検出感度Ｓｅｎは、式（１）で表される。
【００１２】
【数１】
2010119600.tif 000029
【００１３】
ここで、Ｃgesは、式（２）で表される。
【００１４】
【数２】
2010119600.tif 000030
【００１５】
ここで、Ｅは電界、Ｓはダイヤフラムの面積、ｄは２対のダイヤフラムとの間隔、Ｃgesは合成コンプライアンス、Ｃmはダイヤフラムのコンプライアンス、Ｃvは空洞部のコンプライアンス、Ｍ0はダイヤフラムの質量、ｒ0は放射インピーダンスである。また、ダイヤフラムの共振周波数が十分に低い周波数の場合、以下の式（３）のように式（１）は変形される。
【００１６】
【数３】
2010119600.tif 000031
【００１７】
また、ダイヤフラムのコンプライアンスＣmは、式（４）で表される。
【００１８】
【数４】
2010119600.tif 000032
【００１９】
ここで、ｋはダイヤフラムのばね定数である。
【００２０】
また、空洞部のコンプライアンスＣvは、式（５）で表される。
【００２１】
【数５】
2010119600.tif 000033
【００２２】
ここで、Ｖは空洞部の容積、γは空気の比熱抵抗、Ｐ0は標準大気圧である。
【００２３】
以上のことから、式（４）に示すように、Ｃmはダイヤフラムをやわらかくすれば増加し、式（５）に示すように、Ｃvは空洞部の容積を拡大すれば増加する。
【００２４】
検出感度Ｓｅｎを向上させるには、式（３）に示すパラメータそれぞれの値を増減すればよい。具体的には、電界Ｅ、面積Ｓ、ダイヤフラムのコンプライアンスＣm、又は、空洞部のコンプライアンスＣvを増加させればよい。あるいは、ダイヤフラムの間隔ｄを減少させればよい。
【００２５】
しかし、電界Ｅは使用する限界があり、２対のダイヤフラムの間隔ｄにも製作プロセスの限界がある。そのため、検出感度向上のためには、（イ）ダイヤフラムの面積Ｓを広く取る、又は、（ロ）空洞部の容積Ｖを拡大することで、空洞部のコンプライアンスＣvを増加させる必要がある。
【００２６】
しかし、（イ）の場合、ダイヤフラムの面積を広くするには変換体を大型化する必要がある。また、ダイヤフラムの面積を広くすると、式（５）より、空洞部のコンプライアンスが減少するため検出感度が低下する。そのため、半導体基板の凹部を拡大し、ダイヤフラムの面積を広くすると共に、空洞部の容積を拡大する必要がある。
【００２７】
（ロ）の場合も、（イ）と同様に半導体基板を大型化することで、凹部を拡大しなければならない。つまり、変換体の検出感度を高くすればするほど、半導体基板が大きくなるという課題がある。そのため、変換体モジュールを設計する際は変換体の検出感度により、半導体基板の大きさを選択しなければならない。
【００２８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、圧力検出感度を損なうことなく、小型化及び低背化を容易に行える変換体モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の目的を達成するために、本発明の変換体モジュールは、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、前記変換体は、第１主面に開口を有する空洞部が形成された台座と、前記第１主面上に前記空洞部の開口を覆うように備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、前記半導体基板は、前記台座の一部として形成される。
【００３０】
これにより、空洞部を形成する台座の一部として半導体基板を形成するので、変換体モジュールを厚くすることなく、空洞部の容積を充分に確保することができ、圧力検出感度を損なうことはない。また、半導体基板と変換体とを並列配置した構造又は積層した構造に比べて、変換体モジュールを容易に小型化及び低背化することができる。
【００３１】
また、前記半導体基板の側面の一部は、前記空洞部に面していてもよい。
【００３２】
これにより、空洞部の容積をより大きくすることができるので、圧力検出の精度をより高めることができる。
【００３３】
また、前記台座の側面の一部と前記半導体基板の側面の一部とは、１つの平面を形成してもよい。
【００３４】
これにより、複数の変換体が形成された集合体から変換体モジュールを容易に個片化することができるので、より低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【００３５】
また、前記台座は、前記第１主面に対向する第２主面に開口を有する凹部を有し、前記半導体基板は、前記凹部に形成されていてもよい。
【００３６】
これにより、ダイヤフラムを正確に支えることができるとともに、変換体の強度を保つことができるので、圧力検出の精度を高めることができる。
【００３７】
また、前記台座は、前記第１主面から当該第１主面と対向する第２主面へ貫通する貫通領域を有し、前記半導体基板は、前記貫通領域に形成されていてもよい。
【００３８】
これにより、空洞部と貫通領域とを一括で形成することができるので、製造プロセスを簡略化することにより、低コストで変換体モジュールを製造することができる。また、ダイヤフラムと半導体基板とを接続する際の電極部を短くすることができるので、当該電極部により生じる寄生抵抗を低減することができる。
【００３９】
また、前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成してもよい。
【００４０】
これにより、半導体基板を台座の一部として形成した場合でも台座の厚さは変わらないので、変換体モジュールを低背化することができる。
【００４１】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記半導体基板と前記台座との間に形成された第１絶縁層と、前記台座と前記第１絶縁層とを厚さ方向に貫通し、前記ダイヤフラムと前記半導体基板とを電気的に接続する第１貫通電極とを備えてもよい。
【００４２】
これにより、第１貫通電極からのリーク電流を防ぐことができる。
【００４３】
また、前記変換体モジュールは、さらに、厚さ方向に貫通する孔が形成された保護層を備え、前記保護層は、前記孔の直下に前記空洞部の開口が位置するように、前記ダイヤフラムの上方に配置されてもよい。
【００４４】
これにより、孔がダイヤフラムの直上に形成されるので、ダイヤフラムに向かうように音波などの空気の流れを制御することができ、ダイヤフラムが精度良く振動することができる。
【００４５】
また、前記保護層には、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための電気配線が形成され、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極を備えてもよい。
【００４６】
これにより、半導体基板によって処理された電気信号を容易に外部に取り出すことができる。
【００４７】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座の前記第１主面又は前記ダイヤフラムと前記保護層との間に形成された第２絶縁層と、前記第２絶縁層を貫通し、前記第２貫通電極と前記電気配線とを電気的に接続する外部電極とを備えてもよい。
【００４８】
これにより、第２貫通電極からのリーク電流を防ぐことができる。
【００４９】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面と前記台座の側面とを保護するシールドキャップを備えてもよい。
【００５０】
これにより、変換体モジュールを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。
【００５１】
また、前記変換体モジュールは、さらに、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送する電気配線を有し、前記台座の第１主面に対向する第２主面に形成された回路基板と、前記半導体基板を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極とを備えてもよい。
【００５２】
これにより、孔がダイヤフラムの直上に形成されるので、ダイヤフラムに向かうように音波などの空気の流れを制御することができ、ダイヤフラムが精度良く振動することができる。また、半導体基板によって処理された電気信号を容易に外部に取り出すことができる。
【００５３】
また、前記保護層は、前記台座の側面をさらに覆うことで、前記台座の側面を保護するシールドキャップであってもよい。
【００５４】
これにより、変換体モジュールを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。
【００５５】
また、本発明の変換体モジュールの製造方法は、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備える変換体モジュールの製造方法であって、前記変換体は、台座と、前記台座の第１主面上に備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、前記変換体モジュールの製造方法は、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面側から前記台座をエッチングすることで、前記ダイヤフラムの直下の第１領域に前記台座を厚さ方向に貫通する空洞部と、前記第１領域とは異なる第２領域に凹部とを形成するエッチングステップと、前記エッチングステップで形成された凹部に、前記半導体基板を接着する半導体基板接着ステップとを含む。
【００５６】
これにより、半導体基板を台座の一部として形成するので、変換体モジュールを厚くすることなく、空洞部の容積を充分に確保することができ、圧力検出感度を損なうことはない。また、半導体基板と変換体とを並列配置した構造又は積層した構造に比べて、変換体モジュールを容易に小型化及び低背化することができる。
【００５７】
また、前記エッチングステップでは、前記台座と前記ダイヤフラムとをそれぞれ有する複数の前記変換体が形成された集合体における前記複数の変換体のそれぞれに、前記空洞部と前記凹部とを、隣接する２つの前記変換体ではそれぞれの前記凹部が隣接するように形成し、前記半導体基板接着ステップでは、前記エッチングステップで形成された隣接する凹部に、２つの前記半導体基板を一括で接着し、前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、前記集合体が前記複数の変換体のそれぞれに分離されるように、前記集合体を個片化する個片化ステップを含んでもよい。
【００５８】
これにより、複数の変換体が形成された集合体から変換体モジュールを容易に個片化することができるので、より低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【００５９】
また、前記エッチングステップは、前記ダイヤフラムの直下の前記第１領域を、前記第２主面側からエッチングする第１エッチングステップと、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを前記第２主面側から一括でエッチングすることで、前記第１領域に前記空洞部と前記第２領域に前記凹部とを形成する第２エッチングステップとを含んでもよい。
【００６０】
また、前記第１エッチングステップでは、前記ダイヤフラムの直下に少なくとも前記半導体基板の厚さの台座が残るように、前記第１領域をエッチングし、前記第２エッチングステップでは、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを、少なくとも前記半導体基板の厚さだけエッチングしてもよい。
【００６１】
また、前記エッチングステップでは、前記凹部が前記台座を厚さ方向に貫通するように、前記空洞部と一括で前記凹部を形成してもよい。
【００６２】
これにより、空洞部と凹部とを一括で形成することができるので、製造プロセスを簡略化することにより、低コストで変換体モジュールを製造することができる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明の変換体モジュールは、従来の変換体モジュールよりも、圧力検出感度を損なうことなく容易に小型化及び低背化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、実施の形態１の変換体モジュールの斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１の変換体モジュールの平面図である。
【図３】図３は、実施の形態１の変換体モジュールのＡ−Ａ断面での断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程における半導体基板の接着工程を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１の変換体モジュールの製造工程における個片化工程を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１の変換体モジュールの異なる製造工程を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２の変換体モジュールの斜視図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２の変換体モジュールの平面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２の変換体モジュールのＢ−Ｂ断面での断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３の変換体モジュールの斜視図である。
【図１４】図１４は、実施の形態３の変換体モジュールの平面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態３の変換体モジュールのＣ−Ｃ断面での断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態３の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態４の変換体モジュールの斜視図である。
【図１８】図１８は、実施の形態４の変換体モジュールの平面図である。
【図１９】図１９は、実施の形態４の変換体モジュールのＤ−Ｄ断面での断面図である。
【図２０】図２０は、実施の形態４の変換体モジュールの変形例の構成を示す断面図である。
【図２１】図２１は、従来の変換体モジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００６６】
（実施の形態１）
実施の形態１の変換体モジュールは、ダイヤフラムと台座とを有し、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、半導体基板は、台座の一部として形成されることを特徴とする。
【００６７】
実施の形態１の例示的な変換体モジュールについて説明する。図１は、実施の形態１の変換体モジュール１００の斜視図である。図２は、実施の形態１の変換体モジュール１００の平面図である。図３は、実施の形態１の変換体モジュール１００の断面Ａ−Ａでの断面図である。
【００６８】
図１に示すように、変換体モジュールは、変換体１１０と、半導体基板１２０と、回路基板１３０と、シールドキャップ１４０とを備える。なお、図１に示す変換体モジュール１００を上から見たときの平面図が図２である。
【００６９】
変換体１１０は、ダイヤフラム１１１と台座１１２とを備え、ダイヤフラム１１１の振動を電気信号に変換する。
【００７０】
ダイヤフラム１１１は、台座１１２の第１主面である表面（図１の上側の面）上に、空洞部１１３の開口を覆うように形成され、音波などを受けて振動し、その振動を電気信号に変換する。例えば、ダイヤフラム１１１は、２枚の平行平板電極を有するコンデンサ型の薄膜状のダイヤフラムであり、振動に応じて平行平板電極間の距離が変化するため、距離の変化に応じて静電容量が変動する。ダイヤフラム１１１は、この静電容量の変動を電気信号として出力する。なお、ダイヤフラム１１１は、例えば、ポリシリコン（以下、Ｐｏｌｙ−Ｓｉとも記載する）、窒化シリコン（以下、ＳｉＮとも記載する）、又は、その両方から構成される。
【００７１】
また、図３に示すように、台座１１２は、第１主面である表面に形成されたダイヤフラム１１１を支える台座であって、ダイヤフラム１１１の直下には、台座１１２の表面に開口を有する空洞部１１３が形成されている。また、台座１１２には、半導体基板１２０を形成するための、第２主面である裏面（図１の下側の面であって、表面に対向する面）に開口を有する凹部１１８が形成されている（図１参照）。さらに、台座１１２には、電極領域１１４と電極領域１１７とが表面に形成されている。
【００７２】
また、台座１１２は、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続するための貫通電極１１５を備える。さらに、台座１１２は、半導体基板１２０からの電気信号を外部に出力するための電極領域１１７と半導体基板１２０とを電気的に接続するための貫通電極１１６を備える。このとき、図２に示すように、台座１１２には、２つずつの貫通電極１１５及び１１６が形成される。これは、ダイヤフラム１１１の２つの電極（平行平板電極）からの電気信号をそれぞれ半導体基板１２０に伝送するためである。
【００７３】
なお、台座１１２は、例えば、バルクシリコン（以下、バルクＳｉとも記載する）から構成される。また、台座１１２の厚さ（図３の左側の台座１１２）は、１００〜２００μｍ程度であり、凹部１１８が形成されている箇所の台座１１２の厚さ（図３の右側の台座１１２）は、５０〜１００μｍ程度である。
【００７４】
なお、変換体モジュール１００を低背化する必要がない場合などは、台座１１２の厚さは、例えば５００μｍなど２００μｍ以上であってもよい。台座１１２が厚ければ厚いほど、空洞部１１３の容積を大きくすることができ、さらに、変換体モジュール１００の強度を高めることができるので好ましい。また、薄膜化するための台座１１２の研磨工程を省略することができるので、低コストで変換体モジュール１００を製造することもできる。
【００７５】
空洞部１１３は、ダイヤフラム１１１の直下に形成され、台座１１２の表面に開口を有する。なお、ダイヤフラム１１１を充分に振動させるためには、空洞部１１３の容積が大きいことが好ましい。なお、図３には、側面が斜め方向に傾いている空洞部１１３について示しているが、図３に示す空洞部１１３の形状は、一例であっていかなる形状であってもよい。例えば、側面が鉛直方向である直方体の空洞部であってもよい。
【００７６】
電極領域１１４は、ダイヤフラム１１１からの電気信号を取り出すための電極である。電極領域１１４は、ダイヤフラム１１１の平行平板電極の一方と半導体基板１２０とを貫通電極１１５を介して電気的に接続する。なお、電極領域１１４は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌなどの金属から構成される。
【００７７】
貫通電極１１５は、ダイヤフラム１１１と半導体基板１２０とを電気的に接続する第１貫通電極の一例であり、台座１１２を厚さ方向に貫通している。具体的には、貫通電極１１５は、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続する導電領域であり、台座１１２に形成された貫通孔内部を充填している。なお、貫通電極１１５は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００７８】
また、貫通電極１１６は、半導体基板１２０と、回路基板１３０に形成される電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極の一例であり、台座１１２を厚さ方向に貫通している。具体的には、貫通電極１１６は、半導体基板１２０と電極領域１１７とを電気的に接続する導電領域であり、台座１１２に形成された貫通孔内部を充填している。なお、貫通電極１１６は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００７９】
電極領域１１７は、半導体基板１２０によって処理された電気信号を外部に出力するための外部電極１３２と接続するための電極である。電極領域１１７は、貫通電極１１６と外部電極１３２とを電気的に接続する。なお、電極領域１１７は、例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【００８０】
なお、図３では、貫通電極１１５は、貫通孔内部を充填しているが、電極領域１１４と半導体基板１２０とを電気的に接続すればよく、貫通孔内壁だけに形成されていてもよい。貫通電極１１６についても同様である。
【００８１】
半導体基板１２０は、変換体１１０によって変換された電気信号を処理する基板であり、台座１１２の一部として形成される。具体的には、半導体基板１２０は、台座１１２の一部として、ダイヤフラム１１１を支えるとともに、空洞部１１３を形成する。
【００８２】
例えば、半導体基板１２０は、変換体１１０を制御する基板であって、ダイヤフラム１１１で変換された電気信号を受け、受けた電気信号を増幅する増幅回路を備える。半導体基板１２０によって増幅された電気信号は、外部電極１３２を介して外部に出力される。また、半導体基板１２０は、図１及び図３に示すように、台座１１２の凹部１１８に形成されている。
【００８３】
また、半導体基板１２０の側面の一部は、空洞部１１３に面している。すなわち、台座１１２の内壁と半導体基板１２０の側面の一部とシールドキャップ１４０とによって、空洞部１１３が形成される。さらに、台座１１２の外側の側面の一部と半導体基板１２０の側面の一部とは、１つの平面を形成している。
【００８４】
また、台座１１２の裏面と半導体基板１２０の裏面とは、１つの平面を形成することが好ましい。すなわち、台座１１２の厚さ（図３の左側部分）と、凹部１１８が形成された台座１１２の厚さ（図３の右側部分）及び半導体基板１２０の厚さの合計とが、ほぼ等しくなることが好ましい。
【００８５】
また、半導体基板１２０の表面には、絶縁膜１２１が形成されている。これにより、貫通電極１１５からのリーク電流を防ぐことができる。なお、絶縁膜１２１は、例えば、酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2とも記載する）、又はＳｉＮから構成される。
【００８６】
また、絶縁膜１２１上には、絶縁ペースト１２２が形成される。例えば、絶縁ペースト１２２は、絶縁性の樹脂などから構成され、半導体基板１２０と台座１１２（変換体１１０）とを接合する。なお、図１及び図３に示すように、変換体１１０と半導体基板１２０との接合には、半導体基板１２０の主面と台座１１２の凹部１１８の露出面とを接着するだけでなく、強固な接着をするために半導体基板１２０の側面と台座１１２の側面とも接着する方が好ましい。
【００８７】
このように、変換体モジュール１００は、半導体基板１２０と台座１１２との間に形成された第１絶縁層を備える。図１及び図３に示す例では、第１絶縁層は、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２に相当する。なお、図３に示すように、貫通電極１１５及び貫通電極１１６は、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を厚さ方向に貫通している。
【００８８】
また、変換体１１０の上部には、回路基板１３０が、絶縁シート１３１を介して形成されている。回路基板１３０には、外部と電気的に接続できるような電気配線を基板内及び基板表面に形成してもよい（図示せず）。言い換えると、電気配線は、半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための配線である。また、回路基板１３０は、変換体１１０の上部を保護する保護層としても機能する。
【００８９】
絶縁シート１３１は、台座１１２の表面又はダイヤフラム１１１と、回路基板１３０との間に形成された第２絶縁層の一例である。例えば、絶縁シート１３１は、絶縁性の樹脂などから構成され、回路基板１３０と変換体１１０との接合を行う。
【００９０】
また、絶縁シート１３１には、外部電極１３２が形成されている。外部電極１３２は、絶縁シート１３１を貫通し、貫通電極１１６と回路基板１３０内の電気配線とを電気的に接続する。外部電極１３２は、半導体基板１２０から貫通電極１１６を介して伝送された電気信号を回路基板１３０に伝送するための電極である。例えば、外部電極１３２は、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料で構成される。
【００９１】
ここで、回路基板１３０と絶縁シート１３１とには、厚さ方向に貫通する音孔１３３が形成されており、ダイヤフラム１１１は、音孔１３３の直下に位置している。つまり、回路基板１３０は、音孔１３３の直下に空洞部１１３の開口が位置するように、ダイヤフラム１１１の上方に配置されている。この音孔１３３を介して伝送された音波により、ダイヤフラム１１１が振動する。そして、実施の形態１の変換体モジュール１００は、ダイヤフラム１１１の振動を検知することで、音波の圧力変動を検出することができる。
【００９２】
また、変換体１１０の下部には、シールドキャップ１４０が、外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから変換体１１０を保護するために形成されている。シールドキャップ１４０は、接着剤１４１によって、台座１１２の裏面及び半導体基板１２０の裏面と接着されている。
【００９３】
なお、シールドキャップ１４０は、変換体モジュール１００の下面だけでなく、側面も覆ってもよい。図４は、実施の形態１の変換体モジュール１００の変形例である変換体モジュール１００ａの構成を示す断面図である。図４に示すように、変換体モジュール１００ａでは、接着剤１４１ａを介してシールドキャップ１４０ａが変換体１１０と半導体基板１２０との側面を覆っている。このように、シールドキャップ１４０ａは、台座１１２の裏面と側面とを保護している。
【００９４】
このような構成により、さらに変換体モジュール１００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。また、シールドキャップ１４０ａを金属で構成した場合、変換体モジュール１００と半導体基板１２０の熱を格段に放熱することができる。これにより、熱による変換体モジュール１００や半導体基板１２０の反り及び熱ノイズを軽減することができるので、ダイヤフラム１１１の振動を検知する精度を高めることができる。なお、接着剤１４１ａを、変換体１１０とシールドキャップ１４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板１３０とシールドキャップ１４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【００９５】
以上のように、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を形成することで、回路基板１３０の面積を変換体１１０と同等の面積にすることができる。これにより、変換体１１０と半導体基板１２０とを回路基板１３０上に並べて実装する従来構造に比べて、変換体モジュール１００の小型化が可能になる。
【００９６】
加えて、変換体１１０（図３の左側の台座１１２の厚さ）と半導体基板１２０とを合わせた厚さを、変換体１１０の厚さ（図３の右側の台座１１２の厚さ）とほぼ同等の厚さにすることができる。これにより、変換体１１０を半導体基板１２０に積層する従来構造よりも変換体モジュール１００の低背化が可能になる。そのため、変換体モジュール１００の厚さは、シールドキャップ１４０と変換体１１０と回路基板１３０との合計の厚さで決定されるため、変換体モジュール１００の低背化が可能となる。
【００９７】
また、実施の形態１の変換体モジュール１００では、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を接続することで、変換体１１０と半導体基板１２０とを合わせた厚さを、変換体１１０の厚さとほぼ同等の厚さにすることができる。これにより、変換体モジュール１００の厚さを薄くする必要がなく、変換体１１０の強度が損なわれることはない。
【００９８】
また、実施の形態１の変換体モジュール１００では、空洞部１１３の容積は、台座１１２の厚さと、台座１１２及び凹部１１８内に接続した半導体基板１２０によって囲まれた面積とで決定される。このため、半導体基板１２０を薄くすることで空洞部１１３の容積が減ることはなく、圧力変動の精度が損なわれることはない。
【００９９】
なお、上述したように、検出感度を向上させるには、（イ）ダイヤフラム１１１の面積を広くする、又は（ロ）空洞部１１３の容積を拡大するなどが必要である。（イ）の場合、ダイヤフラム１１１の面積を広くするには、変換体１１０を大型化する必要がある。実施の形態１の変換体モジュール１００では、台座１１２の凹部１１８内に半導体基板１２０を接続することで、半導体基板１２０の大きさを変えることなく、空洞部１１３の容積を大きくすることができる。むしろ、半導体基板１２０を小さくすればするほど空洞部１１３の容積を拡大することができる。
【０１００】
（ロ）の場合も（イ）の場合と同様である。つまり、半導体基板１２０を小さくすればするほど、空洞部１１３の容積を拡大することができるので、検出感度の向上、かつ、半導体基板１２０を限界まで小さくすることができる。そのため、ウエハ１枚当たりに製作される半導体基板１２０が増えるので、低コストで変換体モジュール１００を製作することができる。
【０１０１】
また、変換体モジュール１００を設計する際も、変換体モジュール１００の検出感度により、半導体基板１２０の大きさを考慮する必要がなく、設計の自由度が増える。
【０１０２】
つまり、実施の形態１において例示した変換体モジュール１００は、従来の変換体モジュールよりも、圧力検出感度を損なうことなく容易に小型化及び低背化を行うことができる。
【０１０３】
続いて、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法について図面を用いて説明する。
【０１０４】
始めに、電極領域１１４とダイヤフラム１１１と台座１１２とを有する変換体１１０が複数個形成された集合体であるウエハを準備する。なお、各変換体１１０は、公知の方法により形成される。
【０１０５】
次に、貫通電極１１５及び１１６を形成するために、台座１１２の表面から厚さ方向に窪んだ電極用凹部１５１及び１５２を形成する。具体的には、レジスト、ＳｉＯ2、金属膜などをマスクとし、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを行えばよい。ここで、電極用凹部１５１及び１５２は、深さが５０〜１００μｍ程度の深さである。また、電極用凹部１５１及び１５２は、台座１１２を完全に貫通してもよく、電極用凹部１５１及び１５２の直径などにより適宜選択すればよい。以上の工程により、図５（ａ）に示す構造が形成される。なお、図５では、ウエハに形成された複数の変換体のうち１つの変換体１１０のみについて示す。
【０１０６】
次に、空洞部１１３と、半導体基板１２０を形成するための凹部１１８とを形成する。空洞部１１３と凹部１１８とを別々に形成してもよいが、一括で形成するほうが製作精度及び工程数を削減することができるので好ましい。なお、空洞部１１３と凹部１１８とを一括で形成する場合、台座１１２のバルクＳｉをエッチングするためのウェットエッチング法とドライエッチング法とでは、保護膜の材質、堆積方法が一部異なる。
【０１０７】
まず、以下では、ウェットエッチング法を用いて空洞部１１３と凹部１１８とを一括で形成する方法について説明する。
【０１０８】
始めに、台座１１２の裏面にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又は反応性スパッタリング法を用いて、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）を堆積する。このとき、ＳｉＮ膜の代わりにＳｉＯ2膜を堆積してもよい。
【０１０９】
なお、熱酸化を用いてＳｉＯ2膜を堆積することも可能であるが、ダイヤフラム１１１のＰｏｌｙ−Ｓｉも酸化され、ダイヤフラム１１１の一部がＳｉＯ2となり、変換体モジュール１００の完成後のダイヤフラム１１１が薄くなり脆くなる可能性がある。このため、ＣＶＤ法又は反応性スパッタリングを用いた方が好ましい。
【０１１０】
ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）上に感光性レジストをスピンコートで塗布後、空洞部１１３及び凹部１１８を開口するようにレジストのパターニングを行う。その後、レジストをマスクとして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）又はウェットエッチングを用いて、ＳｉＮ膜を空洞部１１３が形成される領域の台座１１２の裏面が露出するように開口する。そして、レジストを除去すると、図５（ｂ）に示す構造が形成される。
【０１１１】
次に、ウェットエッチング法を用いて、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）を保護膜として、凹部１１８の深さ５０〜１００μｍ程度エッチングを行う。このとき、ウェットエッチングに用いるエッチャントは、電極領域１１４に負荷を与えず、かつ、Ｓｉを結晶方位に沿って高精度に異方性エッチングが可能なＴＭＡＨ水溶液（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を使用することが好ましい。そして、ＳｉＮ膜（第１保護膜１５３）をリン酸系の溶液などを用いて取り除くことで、図５（ｃ）に示す構造が形成される。
【０１１２】
次に、台座１１２の裏面にＣＶＤ法又は反応性スパッタリング法を用いて、ＳｉＯ2膜又はＳｉＮ膜（第２保護膜１５４）を堆積する。これにより、図５（ｄ）に示す構造が形成される。なお、このとき、図５（ｃ）に示す過程で形成された段差の影響で、第２保護膜１５４が切断されてしまわないように充分な厚さの第２保護膜１５４を堆積させることが望ましい。
【０１１３】
その後、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）上に感光性レジストをスピンコートで塗布後、空洞部１１３及び凹部１１８を開口するようにレジストのパターニングを行う。その後、レジストをマスクとして、ＲＩＥ又はウェットエッチングを用いて、ＳｉＯ2膜を空洞部１１３及び凹部１１８のパターンに開口する。そして、レジストを除去すると、図５（ｅ）に示す構造が形成される。
【０１１４】
次に、ウェットエッチング法を用いて、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）を保護膜として、台座１１２の裏面からバルクＳｉをダイヤフラム１１１の直下部を貫通するまでエッチングすることで、空洞部１１３及び凹部１１８を形成する。これにより、台座１１２に形成した電極用凹部１５１及び１５２（深さ５０〜１００μｍ）を貫通することができる。そして、ＳｉＯ2膜（第２保護膜１５４）をフッ酸系の溶液などを用いて取り除くことで、図５（ｆ）に示す構造が形成される。
【０１１５】
以上のようにして、台座１１２の裏面側から台座１１２をエッチングすることで、ダイヤフラム１１１の直下の第１領域に空洞部１１３を形成し、当該第１領域とは異なる第２領域に凹部１１８を形成する。
【０１１６】
次に、台座１１２に形成された凹部１１８に半導体基板１２０を接着する。具体的には、凹部１１８のエッチング面は表面が粗いので、凹部１１８と半導体基板１２０の表面に絶縁ペースト１２２を介して接着する方が好ましい。
【０１１７】
ここで、半導体基板１２０は、凹部１１８内に組み込まれるので、予め凹部１１８のエッチング面から台座１１２の底面までの高さと同等又はそれ以下の厚さに、研削している方が好ましい。すなわち、台座１１２の凹部１１８が形成されていない領域の厚さ（図３の左側）と、台座１１２の凹部１１８が形成されている領域（図３の右側）及び半導体基板１２０の厚さの和とが等しくなることが好ましい。
【０１１８】
加えて、半導体基板１２０の表面には台座１１２に形成している電極用凹部１５１及び１５２を開口した絶縁膜１２１が形成されている。なお、絶縁膜１２１と絶縁ペースト１２２とのうち、いずれか一方だけが形成されていてもよい。以上の工程により、図５（ｇ）に示す構造が形成される。
【０１１９】
次に、台座１１２、絶縁ペースト１２２及び絶縁膜１２１に形成された電極用凹部１５１及び１５２に、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する。なお、貫通電極１１５及び貫通電極１１６は、製作工程数の削減から一括で形成することが好ましい。具体的には、ＣＶＤ法又は絶縁ペーストの印刷充填法などを用いて、変換体１１０の表面と、電極用凹部１５１及び１５２の内部にＳｉＯ2などの絶縁膜を形成する。
【０１２０】
続いて、再度ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、電極領域１１４と電極用凹部１５１及び１５２の底部である半導体基板１２０とに形成された絶縁膜を除去する。そして、例えば、スパッタリング法などを用いて、変換体１１０の表面の全面に金属薄膜を形成する。金属薄膜には、主にＴｉ、Ｔｉ−Ｗ、Ｃｒ、Ｃｕなどを用いる。
【０１２１】
続いて、ドライフィルム貼り付け又はスピンコートによる感光性の液状レジスト塗布を行った後、フォトリソグラフィ技術を用いて、露光及び現像により貫通電極１１５と貫通電極１１６に合わせてレジストをパターニングする。なお、レジストの厚さは、最終的に形成したい貫通電極１１５と貫通電極１１６の厚さに応じて決定すればよい。一般には、５〜３０μｍ程度とする。そして、電解めっき法を用いて、Ｃｕなどの金属で貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する。このとき、貫通電極１１６と外部電極１３２との電気的な接続を容易にするために、電極領域１１７も同様にして形成する。最後に、レジストを除去することにより、図５（ｈ）に示す構造が形成される。
【０１２２】
なお、電極用凹部１５１及び１５２が貫通電極１１５と貫通電極１１６とで充填されていない場合、電極用凹部１５１及び１５２に、図示していない充填層を形成してもよい。充填する材料としては、樹脂又は金属を用いることができる。
【０１２３】
例えば、金属を充填する場合は、電解めっき法を用いて金属めっきを充填するか、又は、印刷充填法、ディッピングなどを用いて主に金属ペーストを充填すればよい。
【０１２４】
電解めっき法によって充填する場合は、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成する際に、一括で行なうことが望ましい。この際、充填層は電極用凹部１５１及び１５２を完全に埋め込むように充填する。また、充填層と貫通電極１１５と貫通電極１１６とを別々に形成する場合は、例えば、貫通電極１１５と貫通電極１１６とを形成した後に、電極用凹部１５１及び１５２の部分に開口を持つマスクを形成し、電解めっき法を用いて電極用凹部１５１及び１５２に充填層を形成する。
【０１２５】
また、樹脂材料を充填する場合は、液状の光硬化型又は熱硬化型の樹脂をスピンコートにより充填するか、又は、樹脂ペーストを印刷充填法、ディッピングなどにより充填すればよい。
【０１２６】
次に、回路基板１３０を厚さ方向に貫通する音孔１３３を形成する。音孔１３３の大きさは、空洞部１１３の大きさとほぼ同じである。なお、回路基板１３０に電気配線を設ける場合は、音孔１３３が形成されない領域のみに電気配線を形成する。
【０１２７】
また、電極領域１１７（又は貫通電極１１６）に、フラックスを用いた半田ボール搭載法、半田ペースト印刷法又は電解めっき法により、外部電極１３２を形成する。その後、音孔１３３に開口を有する絶縁シート１３１を介して、変換体１１０及び半導体基板１２０と回路基板１３０とを仮止めしておく。
【０１２８】
次に、圧力をかけながら絶縁シート１３１と外部電極１３２とを加熱することで、変換体１１０及び半導体基板１２０が絶縁シート内に沈み込んで、回路基板１３０と外部電極１３２とを電気的に接合することができる。
【０１２９】
最後に、外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから変換体モジュール１００を保護するため、シールドキャップ１４０を接着剤１４１を介して変換体１１０と半導体基板１２０との裏面を覆うように接着する。また、接着剤１４１を使用せずにシールドキャップ１４０を変換体１１０と半導体基板１２０との裏面に超音波熱圧着法を用いて接着してもよい。以上の工程により、図１及び図３に示す構造が形成される。
【０１３０】
なお、半導体基板１２０を１つ１つ凹部１１８内に接着してもよいが、図６のように複数の半導体基板１２０を複数の変換体１１０の凹部１１８にそれぞれ対応するように接着する方が、製作工数を削減できるので好ましい。
【０１３１】
つまり、複数の変換体１１０が形成された集合体における複数の変換体１１０のそれぞれに、隣接する２つの変換体１１０の凹部１１８が隣接するように、空洞部１１３と凹部１１８とを形成する。実施の形態１では、複数の変換体１１０が形成された集合体であるウエハを用いて、一括で複数の変換体モジュール１００を作成する。このときに、２つの変換体１１０の凹部１１８が形成される領域が互いに隣接するように、変換体１１０をウエハに配置する。これにより、図６に示すように２つの変換体１１０に、２つの半導体基板１２０を一括で接着することができる。
【０１３２】
なお、簡単のため、図５では、エッチングされたときの台座１１２の内壁（すなわち、空洞部１１３及び凹部１１８の側面）を鉛直方向の面としている。上述のようにウェットエッチング法を用いた場合には、図３に示すように、台座１１２の内壁は、斜め方向に傾いている。
【０１３３】
最後に、図７に示すように、例えば、ダイシングソー、レーザダイシングなどの切削部材１６０を用いて、ウエハを切削することで、複数の変換体モジュール１００に分離されるように個片化する。
【０１３４】
以上のようにして、図１〜図３に示すような実施の形態１の変換体モジュール１００を製造することができる。
【０１３５】
なお、空洞部１１３及び凹部１１８は、上述したように２段階のエッチングにより形成される。具体的には、ダイヤフラム１１１直下の空洞部１１３を形成すべき第１領域を、裏面側からエッチングし、さらに、空洞部１１３を形成すべき第１領域と、凹部１１８を形成すべき第２領域とを裏面側から一括でエッチングする。このとき、１回目のエッチングでは、空洞部１１３を形成すべき第１領域に、半導体基板１２０の厚さの台座部分が残るように台座１１２を裏面側からエッチングする。そして、２回目のエッチングでは、少なくとも半導体基板１２０の厚さだけ台座１１２を裏面側からエッチングする。以上のようにして、空洞部１１３と凹部１１８とが形成される。
【０１３６】
なお、複数の変換体１１０及び複数の半導体基板１２０を個片化した後に、変換体１１０及び複数の半導体基板１２０をそれぞれピックアップし、回路基板１３０に貼り付けても構わない。
【０１３７】
また、図示しないが、外部電極１３２と絶縁シート１３１とが、異方性導電フィルムでも構わない。例えば、回路基板１３０上に音孔１３３の部分を開口した異方性導電フィルムを貼り、この異方性導電フィルム上に変換体１１０及び半導体基板１２０を仮止めする。このとき、異方性導電フィルムは予め貫通電極１１６及び電極領域１１７に接着する部分が導電パターンとなっている。その後、加圧及び加熱することで完全に接着する。
【０１３８】
また、予め絶縁ペースト１２２は、台座１１２に形成している電極用凹部１５１及び１５２のパターンを開口してから、台座１１２と半導体基板１２０とを接着してもよい。加えて、絶縁ペースト１２２を介して、半導体基板１２０の表面と台座１１２の凹部１１８の裏面とを接着するだけでなく、図１に示すように、半導体基板１２０の側面と台座１１２の側面とも接着する方が好ましい。
【０１３９】
また、凹部１１８を形成した後に、半導体基板１２０を貼付け、貫通電極１１５及び１１６を形成した後に、空洞部１１３を形成してもよい。これにより、空洞部１１３ができるまでダイヤフラム１１１の全面が台座１１２に支持されているので、ダイヤフラム１１１に対するプロセス負荷（半導体基板１２０の貼付け応力、貫通電極１１５及び１１６を形成時のめっき応力、ウエハハンドリングなど）を低減することができる。
【０１４０】
また、空洞部１１３及び凹部１１８の形成は、ドライエッチング法を用いて行ってもよい。以下では、ドライエッチング法を用いた空洞部１１３及び凹部１１８の形成について説明する。
【０１４１】
まず、図５（ａ）と同様にして、電極領域１１４とダイヤフラム１１１と台座１１２とを有する変換体１１０に、電極用凹部１５１及び１５２を形成する。これにより、図８（ａ）に示す構造が形成される。
【０１４２】
次に、台座１１２の裏面にレジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又は金属薄膜などの第１保護膜１７１を堆積する。その後、空洞部１１３及び凹部１１８のパターンに開口する。このときの開口は、ウェットエッチング及びドライエッチング法（ＲＩＥ）のいずれを用いてもよい。これにより、図８（ｂ）に示す構造が形成される。
【０１４３】
次に、前工程で堆積した薄膜（第１保護膜１７１）と異なるエッチング耐性を持つ、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2又は金属薄膜などの第２保護膜１７２を堆積する。これにより、図８（ｃ）に示す構造が形成される。そして、上記のウェットエッチングと同様に、空洞部１１３のパターンに開口する。これにより、図８（ｄ）に示す構造が形成される。
【０１４４】
その後、ドライエッチング法（ＲＩＥ）を用いて、台座１１２の凹部１１８の深さ５０〜１００μｍ程度、台座１１２の裏面からエッチングする。例えば、フッ素系ガスを用いたドライエッチング法により、台座１１２をエッチングする。次に、台座１１２の裏面に形成している２番目に堆積した膜（第２保護膜１７２）を除去する。これにより、図８（ｅ）に示す構造が形成される。
【０１４５】
最後に、ドライエッチング法を用いて、台座１１２の裏面からダイヤフラム１１１の直下部を貫通するまでエッチングすることで、空洞部１１３及び凹部１１８を形成する。これにより、台座１１２に形成した電極用凹部１５１及び１５２（深さ５０〜１００μｍ）を貫通することができる。そして、第１保護膜１７１を取り除くことで、図８（ｆ）に示す構造が形成される。
【０１４６】
以降の処理は、ウェットエッチング法を用いた場合と同様である（図８（ｇ）及び図８（ｈ）参照）。
【０１４７】
以上のようにして、ドライエッチング法を用いた場合でも空洞部１１３及び凹部１１８を形成することができる。なお、図８で示す例では、第１保護膜１７１と第２保護膜１７２とをほぼ均一な面に堆積させることができるので、台座１１２をより良く保護することができる。
【０１４８】
なおこのとき、第１保護膜１７１と第２保護膜１７２とは異なる材料で形成されていることが好ましい。例えば、第１保護膜１７１がＳｉＮ膜であり、第２保護膜１７２がＳｉＯ2膜であるとする。ここで、ウェットエッチングでは、ＳｉＮ膜とＳｉＯ2膜とのエッチャントは異なる。例えば、ＳｉＮ膜のウェットエッチングには、リン酸系の溶液が用いられ、ＳｉＯ2膜のウェットエッチングには、フッ酸系の溶液が用いられる。したがって、先に堆積したＳｉＮ膜は、ＳｉＯ2膜をエッチングする際に、ほとんどエッチングされない。このため、保護膜のエッチングには、ウェットエッチングを行う方が好ましい。
【０１４９】
なお、保護膜の堆積の方法は、上述の説明には限られない。例えば、図８のように２つの保護膜を堆積させてからウェットエッチング法を用いて、台座１１２をエッチングしてもよい。
【０１５０】
（実施の形態２）
実施の形態２の変換体モジュールは、台座の表面から裏面にかけて貫通する貫通領域が形成されており、この貫通領域に半導体基板が形成されることを特徴とする。
【０１５１】
以下、実施の形態２の変換体モジュールについて説明する。図９は、実施の形態２の変換体モジュール２００の斜視図である。図１０は、実施の形態２の変換体モジュール２００の平面図である。図１１は、実施の形態２の変換体モジュール２００の断面Ｂ−Ｂでの断面図である。
【０１５２】
図９〜図１１に示すように、変換体モジュール２００は、図１〜図３に示した実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、台座１１２と台座２１２とで、その形状が異なる。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており、詳しい説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【０１５３】
図１１に示すように、実施の形態２の変換体モジュール２００において、台座２１２には、第１主面である表面から第２主面である裏面まで貫通している貫通領域２１８（実施の形態１の凹部１１８に相当する）が形成され、この貫通領域２１８に半導体基板２２０が形成される。さらに、台座２１２の裏面と半導体基板２２０の裏面とは、１つの平面を形成する。すなわち、台座２１２の厚さと、半導体基板２２０、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を合わせた厚さとがほぼ等しくなる。
【０１５４】
以上のように、半導体基板２２０の上部には台座２１２が形成されていないので、貫通電極１１５と貫通電極１１６とは、ダイヤフラム２１１、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２のみを貫通している構造となっている。そのため、変換体モジュール２００は、実施の形態１において説明した効果に加えて、貫通電極１１５及び貫通電極１１６を短くできるので、実施の形態１の変換体モジュール１００よりも電極部分で生じる寄生抵抗を低減することができる。
【０１５５】
なお、シールドキャップ１４０は、変換体モジュール２００の下面だけでなく、側面も覆ってもよい。図１２は、実施の形態２の変換体モジュール２００の変形例である変換体モジュール２００ａの構成を示す断面図である。図１２に示すように、変換体モジュール２００ａでは、接着剤２４１を介して、シールドキャップ２４０が変換体２１０と半導体基板２２０との側面を覆っている。
【０１５６】
このような構成により、さらに変換体モジュール２００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤２４１を変換体２１０とシールドキャップ２４０とが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板１３０とシールドキャップ２４０とが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１５７】
次に、実施の形態２の変換体モジュール２００の製造方法について、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法との相違点を説明する。
【０１５８】
変換体モジュール２００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、台座１１２と台座２１２とでその形状が異なる。具体的には、変換体モジュール２００では、半導体基板２２０を形成すべき領域が台座２１２を貫通している。すなわち、この貫通領域２１８を空洞部１１３と同じ工程で形成することができる。
【０１５９】
したがって、例えば、図８（ｂ）に示すように、台座２１２の裏面に、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を堆積し、空洞部１１３及び貫通領域２１８（実施の形態１の凹部１１８に相当する）を開口するように、堆積した保護膜をパターニングする。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、台座２１２を裏面から表面に向かって貫通するまでエッチングすればよい。
【０１６０】
これにより、空洞部１１３と貫通領域２１８とを形成するための２段階のリソグラフィー及びエッチング工程を必要とせず、製造工程数を削減することができるので、低コストで変換体モジュール２００を製造することができる。
【０１６１】
（実施の形態３）
実施の形態３の変換体モジュールは、台座の表面又はダイヤフラムの上方に、音孔を有するシールドキャップが配置されており、外部に電気信号を伝送するための回路基板が台座の裏面に設けられていることを特徴とする。
【０１６２】
以下、実施の形態３の変換体モジュールについて説明する。図１３は、実施の形態３の変換体モジュール３００の斜視図である。図１４は、実施の形態３の変換体モジュール３００の平面図である。図１５は、実施の形態３の変換体モジュール３００の断面Ｃ−Ｃでの断面図である。
【０１６３】
図１３〜図１５に示すように、変換体モジュール３００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、シールドキャップ３４０が台座１１２の表面に配置され、回路基板３３０が台座１１２の裏面に配置されている点が異なっている。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており、詳しい説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【０１６４】
図１３及び図１５に示すように、シールドキャップ３４０が、変換体１１０の表面及びダイヤフラム１１１の上方に配置される。具体的には、シールドキャップ３４０は、接着剤３４１によって、台座１１２の表面、ダイヤフラム１１１及び電極領域１１４と接着されている。
【０１６５】
また、シールドキャップ３４０は、厚さ方向に貫通する音孔３４２が形成された保護層の一例である。このとき、音孔３４２の直下に空洞部１１３の開口が位置するように、シールドキャップ３４０は、ダイヤフラム１１１の上方に配置されている。
【０１６６】
また、回路基板３３０は、台座１１２の裏面に配置される。具体的には、回路基板３３０は、絶縁シート３３１によって台座１１２の裏面及び半導体基板３２０の裏面に接着されている。また、回路基板３３０には、例えば、半導体基板３２０によって処理された電気信号を外部に取り出すための電気配線が形成される。
【０１６７】
また、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通した貫通孔内部に、貫通電極１１５と電気的に接続し、かつ、半導体基板３２０の裏面の一部まで延びる貫通電極３２３が形成される。貫通電極３２３は、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通し、半導体基板３２０と回路基板３３０内の電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極の一例である。具体的には、貫通電極３２３は、半導体基板３２０によって処理された電気信号を外部に伝送するために、回路基板３３０に形成された電気配線と電気的に接続する。貫通電極３２３は、例えば、Ｔｉ、Ｃｕなどの金属から構成される。
【０１６８】
なお、絶縁シート３３１には、貫通電極３２３と回路基板３３０とを電気的に接続する外部電極３３２が形成されている。ここで、外部電極３３２は、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ組成の鉛フリー半田材料から構成される。
【０１６９】
以上のように、回路基板３３０と台座１１２及び凹部１１８内に接続した半導体基板３２０とによって囲まれた部分に空洞部１１３が形成されるので、実施の形態３の変換体モジュール３００は、実施の形態１において説明した効果を得ることができる。
【０１７０】
なお、シールドキャップ３４０は、変換体モジュール３００の上面だけでなく、側面も覆ってもよい。図１６は、実施の形態３の変換体モジュール３００の変形例である変換体モジュール３００ａの構成を示す断面図である。図１６に示すように、変換体モジュール３００ａでは、接着剤３４１ａを介して、シールドキャップ３４０ａが変換体１１０と半導体基板１２０との側面を覆っている。このように、保護層の一例であるシールドキャップ３４０ａは、台座１１２の裏面と側面とを保護している。
【０１７１】
このような構成により、さらに変換体モジュール３００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤３４１ａを変換体１１０とシールドキャップ３４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板３３０とシールドキャップ３４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１７２】
次に、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法について、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法との相違点を説明する。
【０１７３】
変換体モジュール３００は、実施の形態１の変換体モジュール１００と比較すると、シールドキャップ３４０が台座１１２の表面に配置され、回路基板３３０が台座１１２の裏面に配置されている点が異なっている。また、回路基板３３０の位置が異なることに伴い、貫通電極１１６の代わりに貫通電極３２３が半導体基板１２０に形成されていることが異なる。したがって、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法は、実施の形態１の変換体モジュール１００の製造方法と比べて、貫通電極の形成工程と、シールドキャップ及び回路基板の接着工程とが異なっている。具体的には、以下の通りである。
【０１７４】
台座１１２には、図８（ａ）に示すような電極用凹部１５１及び１５２を形成する工程で、貫通電極１１５を形成するための電極用凹部１５１のみを形成する。そして、半導体基板３２０を台座１１２に接着した後に、半導体基板３２０を厚さ方向に貫通する貫通孔を形成し、形成した貫通孔に貫通電極３２３を形成する。
【０１７５】
具体的には、半導体基板３２０の裏面に電極領域３２４を形成しておく。次に、半導体基板３２０の裏面より、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を、電極領域３２４の直下を貫通するようにパターニングし、ドライエッチング、ウェットエッチングなどを用いてエッチングする。これにより、半導体基板３２０に貫通孔が形成される。その後、貫通電極１１５と同様の方法を用いて貫通電極３２３を形成する。
【０１７６】
以降、シールドキャップ３４０に音孔３４２を形成し、シールドキャップ３４０を台座１１２及びダイヤフラム１１１の上方に接着剤３４１を用いて接着する。また、回路基板３３０を、台座１１２及び半導体基板３２０の裏面に絶縁シート３３１を介して接着する。このとき、絶縁シート３３１には、実施の形態１と同様にして、外部電極３３２を形成する。また、絶縁シート３３１は、空洞部１１３の容積を大きくするために、開口していることが望ましいが、必ずしも、絶縁シート３３１は空洞部１１３のパターンに開口する必要はない。
【０１７７】
以上のように、実施の形態３の変換体モジュール３００では、回路基板３３０には孔が形成されていないため、設計の自由度を向上させることができる。すなわち、実施の形態１及び２では、回路基板１３０に形成する電気配線が音孔１３３によって切断されないようにしなければならなかったが、実施の形態３の変換体モジュール３００では、この点を考慮する必要がない。
【０１７８】
（実施の形態４）
実施の形態４の変換体モジュールは、台座の表面から裏面にかけて貫通する貫通領域が形成されており、この貫通領域に半導体基板が形成されることを特徴とする。また、実施の形態３と同様に、台座の表面又はダイヤフラムの上方に、音孔を有するシールドキャップが配置されており、外部に電気信号を伝送するための回路基板が台座の裏面に設けられている。
【０１７９】
以下、実施の形態４の変換体モジュールについて説明する。図１７は、実施の形態４の変換体モジュール４００の斜視図である。図１８は、実施の形態４の変換体モジュール４００の平面図である。図１９は、実施の形態４の変換体モジュール４００の断面Ｄ−Ｄでの断面図である。
【０１８０】
図１７〜図１９に示すように、変換体モジュール４００は、図１３〜図１５に示した実施の形態３の変換体モジュール３００と比較すると、台座１１２と台座２１２とで、その形状が異なる。以下では、同じ構成には同じ符号を用いており詳しい説明は省略し、異なる構成を中心にする。
【０１８１】
図１９に示すように、実施の形態４の変換体モジュール４００において、台座２１２には、第１主面である表面から第２主面である裏面まで貫通している貫通領域２１８（実施の形態３の凹部１１８に相当する）が形成され、この貫通領域２１８に半導体基板４２０が形成される。さらに、台座２１２の裏面と半導体基板４２０の裏面とは、１つの平面を形成する。すなわち、台座２１２の厚さと、半導体基板４２０、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２を合わせた厚さとがほぼ等しくなる。
【０１８２】
以上のように、半導体基板４２０の上部には台座２１２が形成されていないので、貫通電極１１５は、ダイヤフラム２１１、絶縁膜１２１及び絶縁ペースト１２２のみを貫通している構造となっている。そのため、変換体モジュール４００は、実施の形態３において説明した効果に加えて、貫通電極１１５を短くできるので、実施の形態３の変換体モジュール３００よりも貫通電極１１５部分で生じる寄生抵抗を低減することができる。
【０１８３】
なお、シールドキャップ３４０は、変換体モジュール４００の上面だけでなく、側面も覆ってもよい。図２０は、実施の形態４の変換体モジュール４００の変形例である変換体モジュール４００ａの構成を示す断面図である。図２０に示すように、変換体モジュール４００ａでは、接着剤３４１ａを介して、シールドキャップ３４０ａが変換体２１０と半導体基板４２０との側面を覆っている。
【０１８４】
このような構成により、さらに変換体モジュール４００ａを外部からの衝撃、又は、電磁波などのノイズから守ることができる。なお、接着剤３４１ａを変換体２１０とシールドキャップ３４０ａとが接する全面に塗布してもよい。あるいは、回路基板３３０とシールドキャップ３４０ａとが接する部分のみに塗布してもよく、適宜選択すればよい。
【０１８５】
次に、実施の形態４の変換体モジュール４００の製造方法について、実施の形態３の変換体モジュール３００の製造方法との相違点を説明する。
【０１８６】
変換体モジュール４００は、実施の形態３の変換体モジュール３００と比較すると、台座１１２と台座２１２とでその形状が異なる。具体的には、変換体モジュール４００では、半導体基板４２０を形成すべき領域が台座２１２を貫通している。すなわち、この貫通領域２１８を空洞部１１３と同じ工程で形成することができる。
【０１８７】
したがって、例えば、図８（ｂ）に示すように、台座２１２の裏面に、レジスト、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、金属膜などの保護膜を堆積し、空洞部１１３及び貫通領域２１８（実施の形態１及び３の凹部１１８に相当する）を開口するように、堆積した保護膜をパターニングする。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングなどを用いて、台座２１２を裏面から表面に向かって貫通するまでエッチングすればよい。
【０１８８】
これにより、空洞部１１３と貫通領域２１８とを形成するための２段階のリソグラフィー及びエッチング工程を必要とせず、製造工程数を削減することができるので、低コストで変換体モジュール４００を製造することができる。
【０１８９】
以上、本発明の変換体モジュール及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１９０】
例えば、各実施の形態では、台座の裏面からエッチングした凹部又は貫通領域に半導体基板を形成したため、半導体基板の裏面と台座の裏面とが１つの平面を形成するように構成されている。これに対して、半導体基板は、台座の一部として形成されていれば、どのような位置に位置していてもよい。例えば、台座の表面に露出していてもよく、又は、台座の内部に形成されていてもよい。ただしこのとき、半導体基板の影響で変換体の厚さが台座の厚さ以上とならないようにするのが好ましい。
【０１９１】
また、各実施の形態では、空洞部と凹部とをエッチングにより形成したが、予め空洞部が形成された変換体を用いて、凹部のみを形成してもよい。
【０１９２】
なお、本発明の変換体モジュールは、音圧センサ、圧力センサ又は流量センサとして用いることができるが、流量センサとして用いる場合、例えば、音孔が形成された回路基板又はシールドキャップの上方に気体の流れる経路を形成することで、音孔に気体を誘導する。これにより、誘導された気体によってダイヤフラムが振動し、この振動を検知することで、本発明の変換体モジュールを流量センサとして用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９３】
本発明の変換体モジュールは、圧力検出感度を損なうことなく、小型化及び低背化を容易に行えるという効果を奏し、音圧センサ、圧力センサ、流量センサなどの各種センサに特に好適である。
【符号の説明】
【０１９４】
１００、１００ａ、２００、２００ａ、３００、３００ａ、４００、４００ａ、５００  変換体モジュール
１１０、２１０、５０１  変換体
１１１、２１１、５０２  ダイヤフラム
１１２、２１２  台座
１１３、５０７  空洞部
１１４、１１７、３２４  電極領域
１１５、１１６、３２３  貫通電極
１１８  凹部
１２０、２２０、３２０、４２０、５０３  半導体基板
１２１  絶縁膜
１２２  絶縁ペースト
１３０、３３０、５０４  回路基板
１３１、３３１  絶縁シート
１３２、３３２  外部電極
１３３、３４２、５０６  音孔
１４０、１４０ａ、２４０、３４０、３４０ａ、５０５  シールドキャップ
１４１、１４１ａ、２４１、３４１、３４１ａ  接着剤
１５１、１５２  電極用凹部
１５３、１７１  第１保護膜
１５４、１７２  第２保護膜
１６０  切削部材
２１８  貫通領域
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、
前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備え、
前記変換体は、
第１主面に開口を有する空洞部が形成された台座と、
前記第１主面上に前記空洞部の開口を覆うように備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、
前記半導体基板は、前記台座の一部として形成される
変換体モジュール。
【請求項２】
前記半導体基板の側面の一部は、前記空洞部に面している
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項３】
前記台座の側面の一部と前記半導体基板の側面の一部とは、１つの平面を形成する
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項４】
前記台座は、前記第１主面に対向する第２主面に開口を有する凹部を有し、
前記半導体基板は、前記凹部に形成されている
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項５】
前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成する
請求項４記載の変換体モジュール。
【請求項６】
前記台座は、前記第１主面から当該第１主面と対向する第２主面へ貫通する貫通領域を有し、
前記半導体基板は、前記貫通領域に形成されている
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項７】
前記台座の前記第２主面と、前記半導体基板の主面とは、１つの平面を形成する
請求項６記載の変換体モジュール。
【請求項８】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記半導体基板と前記台座との間に形成された第１絶縁層と、
前記台座と前記第１絶縁層とを厚さ方向に貫通し、前記ダイヤフラムと前記半導体基板とを電気的に接続する第１貫通電極とを備える
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項９】
前記変換体モジュールは、さらに、
厚さ方向に貫通する孔が形成された保護層を備え、
前記保護層は、前記孔の直下に前記空洞部の開口が位置するように、前記ダイヤフラムの上方に配置される
請求項１記載の変換体モジュール。
【請求項１０】
前記保護層には、前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送するための電気配線が形成され、
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第２貫通電極を備える
請求項９記載の変換体モジュール。
【請求項１１】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座の前記第１主面又は前記ダイヤフラムと前記保護層との間に形成された第２絶縁層と、
前記第２絶縁層を貫通し、前記第２貫通電極と前記電気配線とを電気的に接続する外部電極とを備える
請求項１０記載の変換体モジュール。
【請求項１２】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記台座の前記第１主面に対向する第２主面と前記台座の側面とを保護するシールドキャップを備える
請求項１０記載の変換体モジュール。
【請求項１３】
前記変換体モジュールは、さらに、
前記半導体基板によって処理された電気信号を外部に伝送する電気配線を有し、前記台座の前記第１主面に対向する第２主面に形成された回路基板と、
前記半導体基板を厚さ方向に貫通し、前記半導体基板と前記電気配線とを電気的に接続する第３貫通電極とを備える
請求項９記載の変換体モジュール。
【請求項１４】
前記保護層は、前記台座の側面をさらに覆うことで、前記台座の側面を保護するシールドキャップである
請求項１３記載の変換体モジュール。
【請求項１５】
ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する変換体と、前記変換体によって変換された電気信号を処理する半導体基板とを備える変換体モジュールの製造方法であって、
前記変換体は、
台座と、
前記台座の第１主面上に備えられ、前記振動を前記電気信号に変換する前記ダイヤフラムとを有し、
前記変換体モジュールの製造方法は、
前記台座の前記第１主面に対向する第２主面側から前記台座をエッチングすることで、前記ダイヤフラムの直下の第１領域に前記台座を厚さ方向に貫通する空洞部と、前記第１領域とは異なる第２領域に凹部とを形成するエッチングステップと、
前記エッチングステップで形成された凹部に、前記半導体基板を接着する半導体基板接着ステップとを含む
変換体モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記エッチングステップでは、前記台座と前記ダイヤフラムとをそれぞれ有する複数の前記変換体が形成された集合体における前記複数の変換体のそれぞれに、前記空洞部と前記凹部とを、隣接する２つの前記変換体ではそれぞれの前記凹部が隣接するように形成し、
前記半導体基板接着ステップでは、前記エッチングステップで形成された隣接する凹部に、２つの前記半導体基板を一括で接着し、
前記変換体モジュールの製造方法は、さらに、
前記集合体が前記複数の変換体のそれぞれに分離されるように、前記集合体を個片化する個片化ステップを含む
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記エッチングステップは、
前記ダイヤフラムの直下の前記第１領域を、前記第２主面側からエッチングする第１エッチングステップと、
前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを前記第２主面側から一括でエッチングすることで、前記第１領域に前記空洞部と前記第２領域に前記凹部とを形成する第２エッチングステップとを含む
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第１エッチングステップでは、前記ダイヤフラムの直下に少なくとも前記半導体基板の厚さの台座が残るように、前記第１領域をエッチングし、
前記第２エッチングステップでは、前記第１エッチングステップでエッチングした第１領域と前記第２領域とを、少なくとも前記半導体基板の厚さだけエッチングする
請求項１７記載の変換体モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記エッチングステップでは、前記凹部が前記台座を厚さ方向に貫通するように、前記空洞部と一括で前記凹部を形成する
請求項１５記載の変換体モジュールの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010119600.tif 000034
【図２】
2010119600.tif 000035
【図３】
2010119600.tif 000036
【図４】
2010119600.tif 000037
【図５】
2010119600.tif 000038
【図６】
2010119600.tif 000039
【図７】
2010119600.tif 000040
【図８】
2010119600.tif 000041
【図９】
2010119600.tif 000042
【図１０】
2010119600.tif 000043
【図１１】
2010119600.tif 000044
【図１２】
2010119600.tif 000045
【図１３】
2010119600.tif 000046
【図１４】
2010119600.tif 000047
【図１５】
2010119600.tif 000048
【図１６】
2010119600.tif 000049
【図１７】
2010119600.tif 000050
【図１８】
2010119600.tif 000051
【図１９】
2010119600.tif 000052
【図２０】
2010119600.tif 000053
【図２１】
2010119600.tif 000054
【国際調査報告】
2010119600.tif 000055
2010119600.tif 000056
2010119600.tif 000057
2010119600.tif 000058