JP2009118034A - 直接接合用ウェハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハ120は、矩形環状の枠部21に画定されて形成されたキャビティ形成領域と、該キャビティ形成領域を取り囲む枠部21の表面であって鏡面処理が施された接合領域としての表側接合面21aおよび裏側接合面21bと、を有するキャビティ構成体としての水晶基板20が縦横に複数並べられて形成されている。一つの水晶基板20の表側接合面21aおよび裏側接合面21bと、隣接する水晶基板20の表側接合面21aおよび裏側接合面21bとのそれぞれは、溝部150により画定され各表側接合面21aおよび裏側接合面21bと同一平面に形成された連結部121aおよび連結部121bによりそれぞれ連結されている。
【選択図】図2
Description
また、珪素とは異なる元素の原子間的結合を利用した直接接合方法が、例えば特許文献2に示されている。特許文献2の直接接合方法では、まず、被接合材料を清浄化処理した後、真空雰囲気中で水分子を吹き付けて、被接合材料の表面に水分子と水酸基(OH基)とを吸着させて活性化させる。その後、プラズマ照射により表面の水分子を除去して、被接合材料の表面どうしを密着させ、一方の被接合材料の表面の水酸基と他方の被接合材料の表面の酸素原子との間で、直接水素結合させるという接合方法である。この水素結合による直接接合によれば、被接合材料どうしを当接させるだけで直接接合されるので、ほとんど加圧せずに接合することが可能である。
すなわち、一つのキャビティ構成体の接合領域と、隣接するキャビティ構成体の接合領域とが、接合領域と同一平面の連結部により連結されておらずに独立して形成されている場合には、各接合領域ごとに分子間結合が行われて直接接合用ウェハ全体の直接接合が連続して進み難く、一つ一つの接合領域ごとに押圧する必要があるなど、ウェハ全面の均一な直接接合がされ難いという課題があった。
また、一つのキャビティ構成体の接合領域と、隣接するキャビティ構成体の接合領域とが、それぞれの接合領域と同一平面全面で連結されている場合には、異物の挟み込みや気泡が発生する確率が高くなり、直接接合の接合信頼性が劣化する虞があるという課題があった。
また、隣接するキャビティ構成体の接合領域どうしが、各接合領域と同一平面に形成された連結部のみで連結されているので、隣接する接合領域が同一平面全面で連結されている場合に比して、相手側ウェハの接合面との接合不良の原因となる異物等の挟み込みが発生する確率が低減する。
さらに、接合領域と同一平面に形成された連結部とは異なる部分、即ち、接合領域および連結部よりも凹んだ部分に、接合時に接合領域および連結部に発生する気泡が排出されながら相手側ウェハの接合面と直接接合されるので、接合部への気泡の残留が抑えられる。
したがって、相手側ウェハとの直接接合において、ウェハ全体が均一に接合されるとともに、異物の挟み込みや気泡の残留による接合不良が抑制されることにより、接合信頼性の高い直接接合用ウェハを提供することができる。
図1は、直接接合用ウェハを用いて製造される圧電振動子としての水晶振動子の概略構成を示す構成図であり、(a)は、展開斜視図、(b)は、(a)のA−A線断面図である。図2は、直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハを説明するものであり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線断面図、(c)は(a)のC−C線断面図である。なお、図2(a)〜(c)においては、図1(a)、(b)に示す水晶基板20の詳細な構成について一部図示を省略している。
まず、直接接合用ウェハを用いて製造される圧電振動子としての水晶振動子について説明する。
図1に示すように、水晶振動子1は、圧電基板としての水晶基板20の上面および下面に、蓋部材としてのリッド10およびベース部材としてのパッケージ30がそれぞれ積層されて一体化された構造を有している。本実施形態では、リッド10、水晶基板20、パッケージ30は、ともに水晶の原石から同一カット角、例えばATカット角で切り出されたATカット水晶板から形成されている。そして、リッド10、水晶基板20、パッケージ30ともに、少なくとも各々が当接される面が所定の表面粗さにて鏡面処理されている。
振動片部22の一方の主面22aには励振電極23aが形成され、他方の主面22bには励振電極23bが形成されている。なお、枠部21の内枠側の断面形状は、断面の略中央を最も厚い頂部として、表(一方の主面22a側)裏(他方の主面22b側)両側にそれぞれ行くにしたがって厚みが薄くなるくさび形状を呈している。
励振電極23aは、腕部24a、枠部21の内側表斜面21c、内側裏斜面21dを経由して、枠部21の凹部21eに形成された接続電極25aに接続されている。また、励振電極23bは、腕部24b、枠部21の内側裏斜面21fを経由して、枠部21の凹部21gに形成された接続電極25bに接続されている。
励振電極23a,23bはクロム(Cr)スパッタおよび金(Au)スパッタ、接続電極25a,25bは、クロムスパッタ、金スパッタで一部にニッケル(Ni)メッキ、金メッキが施されて形成されている。
なお、水晶基板20は、枠部21の厚みが約100μm程度、振動片部22の厚みが所定の発振周波数に応じて数μm〜数十μmの範囲で適宜形成される。
水晶振動子1は、水晶基板20の枠部21の表側接合面21aにリッド10の接合面11が直接接合により接合され、水晶基板20の枠部21の裏側接合面21bにパッケージ30の接合面31が直接接合により接合される。
次に、上述した水晶振動子1の製造に用いられる直接接合用ウェハであって、水晶基板20が縦および横方向に等間隔で複数配置された直接接合用ウェハである水晶基板ウェハ120について説明する。
図2において、水晶基板ウェハ120は、ATカットされた大判の水晶ウェハ111に、矩形環状の枠部21と、この枠部21内のキャビティ形成領域に片持ち支持されるように一体に形成された振動片部22とを有する水晶基板20が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。本実施形態の水晶基板ウェハ120には、縦横それぞれ3個ずつの水晶基板20が形成されている。なお、水晶ウェハ111の両主面は、後述する各ウェハの直接接合において接合面として良好な接合ができるように鏡面研磨加工が施されている。この鏡面研磨加工は、良好な直接接合を実現するために、各接合面の表面粗さが100nm程度になるように行うのが好ましい。
次に、本実施形態の水晶振動子1を製造する工程について、特に、水晶基板20とリッド10およびパッケージ30との表面活性化処理による表面親水化のもとでの直接接合方法を中心に図面を参照しながら説明する。図3(a)は、本実施形態で接合方法として用いる表面活性化接合の要領を概念的に示す説明図、同図(b)は、ウェハ積層体を示す概略斜視図である。
図2(a)〜(c)に示す水晶基板ウェハ120において、水晶基板ウェハ120の表面側にリッドウェハ110を直接接合する際には、複数の水晶基板20のリッドウェハ110と接合される側の接合領域である表側接合面21aと、隣接する水晶基板20の表側接合面21aとを連結する連結部121aのそれぞれの表面が活性化されていて接合に寄与する。すなわち、互いに隣接する水晶基板20の表側接合面21aどうしが該表側接合面21aと同一平面に形成された連結部121aで連結されているので、隣接する表側接合面21aの直接接合が連結部121aによって連続して進み、水晶基板ウェハ120の表面側とリッドウェハ110とが全体に渡り均一に接合される。特に、上述したウェハの一部を加圧して接合のきっかけを与えるような直接接合の場合には、互いに隣接する表側接合面21aが連結部121aによって接続されずに独立して形成されている場合のように各表側接合面21aごとに押圧することなく、ウェハどうしを直接接合することができる。
次に、封止部材34a,34bにYAG(Yittrium Aluminium Garnet)レーザを照射したり、ウェハ積層体100を所定温度に設定されたリフロー炉に所定時間投入することなどによって封止部材34a,34bを溶融させてから、常温まで冷却して固化させることにより貫通孔を封止する。
なお、水晶振動子1の個片化を行う工程の前に、ウェハ積層体100の状態で周波数の測定や調整を行うこと、若しくは所望の試験を実行することも可能である。
上記実施形態の水晶基板ウェハ120によれば、一つの水晶基板20の接合領域である表側接合面21aまたは裏側接合面21bと、隣接する水晶基板20の接合領域である表側接合面21aまたは裏側接合面21bとが、それぞれ各接合領域と同一平面に形成された連結部121aまたは連結部121bによりそれぞれ連結されている。これにより、隣接する水晶基板20の表面活性化接合が連結部121a,121bによって連続して進んでいくので、水晶基板ウェハ120の各水晶基板20ごとに押圧することなくウェハどうしを均一に直接接合することが可能な水晶基板ウェハ120(直接接合用ウェハ)を提供することができる。
したがって、相手側ウェハとの直接接合において、水晶基板ウェハ120全体が均一に接合されるとともに、異物の挟み込みや気泡の残留による接合不良が抑制されることにより、接合信頼性の高い水晶基板ウェハ120(直接接合用ウェハ)を提供することができる。
図4は、水晶基板ウェハの変形例を説明する平面図である。なお、本変形例では、水晶基板ウェハにおいて、一つの水晶基板と隣接する水晶基板とを連結する連結部の配置以外の構成は上記実施形態の水晶基板ウェハ120と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。
水晶基板ウェハ220において、水晶基板ウェハ220の表面側には、一つの水晶基板20の枠部21の外形の四つの辺と平行にそれぞれ独立されて形成された複数の溝部250を有している。すなわち、一つの水晶基板と隣接する水晶基板20と各辺の間に、それぞれ独立した溝部250が形成されている。そして、一つの水晶基板20の枠部の各コーナー部分から延出されて形成された連結部221aが、隣接する水晶基板20の枠部21の各コーナー部分から延出されて形成された連結部221aと互いに連結されている。この連結部221aは、枠部21の接合領域である表側接合面21aと同一平面に形成されている。
図5は、上記実施形態および変形例1とは異なる配置の連結部を有する水晶基板ウェハを説明する平面図である。なお、本変形例についても、水晶基板ウェハにおいて、一つの水晶基板と隣接する水晶基板とを連結する連結部の配置以外の構成は、上記実施形態および変形例1の水晶基板ウェハ120,220と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。
水晶基板ウェハ320において、水晶基板ウェハ320の表面側には、一つの水晶基板20と隣接する水晶基板20との間に溝部350が形成されている。溝部350は、枠部21の四辺のうち一方の対向する二辺側の略中央を除いて枠部21を囲むように形成されていて、この枠部21の一方の対向する二辺側から延出された連結部321aにより、一つの水晶基板20の枠部21と隣接する水晶基板20の枠部21とが互いに連結されている。この連結部321aは、枠部21の接合領域である表側接合面21aと同一平面に形成されている。
上記実施形態では、水晶基板20とこの上下に重ねて配置されるリッド10およびパッケージ30とが直接接合された三層構造の圧電デバイスとしての水晶振動子1を形成するための直接接合用ウェハとしての水晶基板ウェハ120について説明した。これに限らず、直接接合用ウェハは、二層構造の圧電デバイスを形成する場合にも良好な接合を実現することが可能である。
図6は、二層構造の圧電デバイスを模式的に説明するものであり、(a)は圧電デバイスの模式平面図、(b)は、(a)のD−D線断面図である。また、図7は、図6の圧電デバイスの製造に用いられる直接接合用ウェハを説明する平面図である。なお、図6(a)では、圧電デバイスの内部の構造を説明する便宜上、上部に配置されるリッド410の一部を切り欠いて図示している。
水晶基板420の凹部421cの凹底部分に備えられた電子素子430は、例えば、凹部421cの凹底部分に形成されたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造体を含むMEMS素子や、凹部421cの凹底部分に形成された図示しない接続電極にICチップが実装された半導体回路素子など、目的に応じた種々の電子素子を適用することが可能である。そして、電子素子430は、水晶基板420の外底部に形成された図示しない実装端子にスルーホールなどの接続配線によって接続されるとともに、水晶基板420上にリッド410が直接接合されることにより水晶基板420内部に気密に封止されている。
図7に示す水晶基板ウェハ520は、大判の水晶ウェハ511に、矩形環状の枠部421と、この枠部421内に形成された凹部421cと、この凹部421c内に備えた電子素子430とを有する水晶基板420が、縦および横方向に等間隔で複数形成されている。水晶ウェハ511の少なくとも表面側(リッド410が接合される側)の主面は、直接接合による接合面として良好な接合ができるように鏡面研磨加工されている。
さらに、ウェハの材料は圧電基板材料に限定されず、シリコンやガラスなどの直接接合が可能な他の材料を用いることも可能である。また、圧電振動子以外では、シリコンウエハを用いたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスなどにも適用可能である。
Claims (5)
- キャビティ形成領域と、該キャビティ形成領域を取り囲み表面が鏡面処理された接合領域と、を有するキャビティ構成体が縦横に複数並べられて形成され、
前記接合領域と、少なくとも一の相手側ウェハの接合領域とを表面活性化接合法によって直接接合することにより前記キャビティ形成領域にキャビティを形成するための直接接合用ウェハであって、
隣接する前記接合領域が連結部で連結され、前記接合領域と前記連結部が同一平面に形成されていることを特徴とする直接接合用ウェハ。 - 請求項1に記載の直接接合用ウェハであって、
前記キャビティ構成体が、前記キャビティ形成領域内に圧電振動片が形成されているとともに、両主面に前記接合領域および前記連結部が形成された圧電基板であることを特徴とする直接接合用ウェハ。 - 請求項1または2に記載の直接接合用ウェハであって、
一つの前記キャビティ構成体と、隣接する前記キャビティ構成体のすべての前記接合領域が前記連結部により連結されていることを特徴とする直接接合用ウェハ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の直接接合用ウェハであって、
水晶からなることを特徴とする直接接合用ウェハ。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の直接接合用ウェハであって、
ガラス材料またはシリコンからなることを特徴とする直接接合用ウェハ。
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