JP2013207663A - 振動デバイス及び振動デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動素子が搭載される半導体基板の小型化を実現した振動デバイスを提供する。
【解決手段】半導体基板と、半導体基板の第１の面に備えられた第１の電極と、第１の面の端部を覆い第１の面に備えられた保護層と、振動部と振動部に位置する質量調整部と第２の電極とを含む振動素子とを有し、振動素子は、質量調整部が平面視で保護層と重なる領域に位置し、かつ、振動素子の一部が平面視で第１の面と重ならない位置に配置され、第１の電極と第２の電極とが接続されて第１の面に搭載されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイス及び振動デバイス製造方法に関するものである。

従来、加速度や角速度などをセンシングするセンサーデバイスとして、センサー素子としての振動素子と、その振動素子を駆動する機能を有する回路素子と、を備えた振動デバイスが知られている。
また、このような振動デバイスとして、振動素子としてのジャイロ振動片と、回路素子が設けられた半導体基板と、を備えたセンサーデバイスがパッケージに収納されたものが特許文献１に開示されている。
このような構成の振動デバイスでは、半導体基板に振動素子が重なる様に搭載され、振動素子の振動周波数の調整において、振動素子に備えられた質量調整部（電極等）を除去するためレーザー光が用いられている。

特開２０１１−１７９９４１号公報

しかしながら、このような構成の振動デバイスでは、振動素子を透過したレーザー光が半導体基板に照射された場合に半導体基板にダメージを与える虞があった。また、半導体基板に振動素子が搭載されているため、振動素子の表面積より半導体基板の表面積が大きくなるという課題もあった。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

（適用例１）本適用例に係る振動デバイスは、半導体基板と、半導体基板の第１の面に備えられた第１の電極と、第１の面の端部を覆い第１の面に備えられた保護層と、振動部と振動部に位置する質量調整部と第２の電極とを含む振動素子とを有し、振動素子は、質量調整部が平面視で保護層と重なる領域に位置し、かつ、振動素子の一部が平面視で第１の面と重ならない位置に配置され、第１の電極と第２の電極とが接続されて第１の面に搭載されていることを特徴とする。

このような振動デバイスによれば、振動デバイスを平面視した場合に半導体基板に搭載される振動素子は、半導体基板の端部に備える保護層に、質量調整部を重ねて搭載と、振動素子の一部を半導体基板と重ならない位置、即ち、半導体基板の端部からオーバーハングさせて搭載する。これにより、従来の半導体基板に振動素子が搭載された振動デバイスと比して振動素子がオーバーハングする表面積に該当する半導体基板の面積を小さくすることができる。
従って、振動素子の大きさを変更することなく、半導体基板の小型化を実現することができる。

（適用例２）上記適用例に係る振動デバイスにおいて、保護層は、半導体基板の端に向かって厚さが薄くなる様に形成されていることが好ましい。

このような振動デバイスによれば、半導体基板の端部を覆う保護層は、半導体基板の端部を断面視した場合に、半導体基板の端に向かって傾斜を有している。このことで、保護層が切断（切開）される際に生じる応力によって、半導体基板と保護層、及び保護層間の剥離を抑制することができる。従って、半導体基板の端部に剥離を抑制した保護層を半備えることができる。

（適用例３）上記適用例に係る振動デバイスにおいて、保護層は無電解メッキによって形成されていることが好ましい。

このような振動デバイスによれば、無電解メッキによって形成された保護層を備えることで、保護層の切断後に生じる熱膨張による応力等によって発生する半導体基板と保護層、及び保護層間の剥離を抑制した保護層を備えることができる。

（適用例４）本記適用例に係る振動デバイスの製造方法は、半導体基板の第１の面の端部を覆い、第１の面に備えられた保護層と、振動素子の振動部に位置する質量調整部が平面視で重なる領域に位置し、かつ、振動素子の一部が第１の面と重ならない位置に配置され、第１の面に備えられた第１の電極と、振動素子の第２の電極を接続し、第１の面に振動素子を搭載する工程と、振動素子を搭載する工程の後で、振動素子の質量調整部にレーザー光を照射することによって、振動素子の前記振動部の共振周波数が所望の値となるように質量調整部の質量を調整する周波数調整工程と、を含むことを特徴とする。

このような振動デバイスの製造方法によれば、振動デバイスは、半導体基板に振動素子を搭載する工程において、半導体基板の端部に備えられた保護層に、振動素子に備えられた質量調整部を重ねて搭載と、振動素子の一部を半導体基板と重ならない位置、即ち、半導体基板の端部からオーバーハングさせて振動素子を半導体基板に搭載する。これにより、周波数調整工程において振動素子に有する質量調整部に照射されるレーザー光が、振動素子を透過した場合でも半導体基板の端部に備えられた保護層でレーザー光を抑止することができる。よって、従来の半導体基板に振動素子が搭載された振動デバイスと比して振動素子がオーバーハングする表面積に該当する半導体基板の面積を小さくすることができる。

（適用例５）上記適用例に係る振動デバイスの製造方法において、保護層を形成する工程と、保護層をベベルカット法で切断する工程とを更に含むことが好ましい。

このような振動デバイスの製造方法によれば、半導体基板の端部を覆う保護層の切断をベベルカット法によって切断することで、半導体基板を断面視した場合に、保護層の端部が半導体基板の端に向かって傾斜を有する保護層を得ることができる。このことで、保護層の切断後に生じる応力等によって発生する半導体基板と保護層、及び保護層間の剥離を抑制することができる。従って、半導体基板の端部から保護層が剥離することを抑制できるため、半導体基板の端部に保護層を形成することができる。

（適用例６）上記適用例に係る振動デバイスの製造方法において、保護層は、半導体基板の端に向かって厚さが薄くなる様に形成されており、周波数調整工程は、レーザー光の照射によって除去される保護層の厚み以上の厚みを有する保護層が位置する半導体基板にガードリングが設けられ、平面視で半導体基板の端部とガードリングとの間の領域にレーザー光を照射することが好ましい。

このような振動デバイスの製造方法によれば、周波数調整工程においてレーザー光は、保護層の厚さがそのレーザー光で除去される保護層の厚みよりも薄い領域に位置する質量調整部に照射される場合がある。この際に、レーザー光が質量調整部を透過して保護層に照射され、その保護層が除去され、さらに半導体基板に到達した場合でも、ガードリングによってレーザー光から生じる熱などによる損傷から半導体基板の保護をすることができる。従って、保護層の厚さが薄くなる半導体基板の端部においても、半導体基板を損傷させることを抑制したレーザー光を用いる周波数調整工程を行うことができる。

本実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る振動デバイスの半導体基板の断面を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る振動素子の動作を説明する図。 本実施形態に係る振動デバイスの製造工程のフロー図。 本実施形態に係る振動デバイスのダイシング工程を説明する図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明をする。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。また、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照し、各部の位置関係について説明する。鉛直面内における所定方向をＸ軸方向、鉛直面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向をＺ軸方向とする。また、重力方向を基準として、重力方向を下方向、逆方向を上方向とする。

本願の振動デバイスは、振動デバイスの小型化を図るため、駆動回路素子が設けられた半導体基板の能動面である第１の面に振動素子が重ねて設けられているものである。以下、本願の振動デバイスの実施形態について説明をする。

図１および図２は、本実施形態にかかる振動デバイスの概略構成を模式的に示す図である。図１は、振動デバイスをＺ軸方向から平面視した場合の平面図である。図２は、図１に示した振動デバイスの断面を示すもので、図２（ａ）は、図１に示すＡ−Ａ’部をＹ軸方向からの断面視した場合の断面図である。また、図２（ｂ）は、Ｂ−Ｂ’部をＸ軸方向から断面視した場合の断面図である。また、図３は、半導体基板を断面視した拡大図であって、図３（ａ）は、図１に示す振動デバイスを構成する半導体基板の端部を模式的に拡大した拡大図である。また、図３（ｂ）は、半導体基板に設けられた保護層の断面を模式的に拡大した拡大図である。

本実施形態の振動デバイス１は、図１及び図２に示す様に、半導体基板１０と、振動素子２０と、ベース基板８０と、を備えている。

（振動素子の構造）
本実施形態の振動素子２０は、基材（主要部分を構成する材料）として圧電体材料である水晶を用いた例を説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、振動素子２０を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。本実施形態において振動素子２０は、水晶を用いたが他の圧電材料（例えば、タンタル酸リチウムやチタン酸ジルコン酸鉛等）を基材として用いても良い。

振動素子２０は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）によって形成されている。なお、振動素子２０は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。

本実施形態の振動素子２０は、Ｈ型と呼ばれる構成となっている。振動素子２０は、基材を加工することにより一体に形成された基部２１と、振動部としての駆動用振動腕２２ａ，２２ｂ、及び検出用振動腕２３ａ，２３ｂと、調整用振動腕２４ａ，２４ｂと、を有している。更に、基部２１から延出する第１連結部２５ａと、第１連結部２５ａに連結し半導体基板１０に固定される第２の電極としての第１固定部２５ｂと、によって第１支持部２５が形成されている。また、基部２１から延出する第２連結部２６ａと、第２連結部２６ａに連結し半導体基板１０に固定される第２の電極としての第２固定部２６ｂと、によって第２支持部２６が形成されている。

振動素子２０の調整用振動腕２４ａ，２４ｂには、質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂが形成されている。また、調整用電極１２４ａ，１２４ｂは、振動素子２０の周波数調整の際に利用される。周波数調整は、調整用振動腕２４ａ，２４ｂにレーザー光を照射する方法などにより、調整用電極１２４ａ，１２４ｂの一部を除去することによって質量を変化（減少）させ調整用振動腕２４ａ，２４ｂの周波数を変化（上昇）させて、所望の周波数に調整する（詳細は後述する）。

振動素子２０の検出用振動腕２３ａ，２３ｂには、図示しない検出電極が形成されている。また、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂには、図示しない駆動電極が形成されている。振動素子２０は、検出用振動腕２３ａ，２３ｂで、角速度等を検出する検出振動系を構成し、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂと、調整用振動腕２４ａ，２４ｂとで、振動素子２０を駆動する駆動振動系を構成している。

（半導体基板の構造）
図１から図２に示す様に、半導体基板１０は、半導体基板１０の第１の面としての能動面１０ａに、図示を省略するトランジスターやメモリー素子などの半導体素子、及び、回路配線を含んで構成される集積回路（駆動回路）などの能動素子（不図示）が形成される能動領域１２を有している。
また、図１においてドット（網掛け）を付して示す能動領域１２は、振動デバイス１を平面視した場合に、調整用振動腕２４ａ、２４ｂ及び調整用電極１２４ａ，１２４ｂと重ならない半導体基板１０の能動面１０ａに設けられている。
この能動領域１２に形成された能動素子には、振動素子２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度等が加わったときに振動素子２０に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。

また、半導体基板１０の能動面１０ａ側の端部は、保護領域１１を有している。保護領域１１は、半導体基板１０の外周縁（端）と能動領域１２との間の領域の一部である端部を含んでいる。図１においてハッチング（斜線）を付して示す保護領域１１は、振動デバイス１を平面視した場合に、調整用電極１２４ａ，１２４ｂと重なる半導体基板１０の能動面１０ａ側に半導体基板１０の端部を含んで有する。保護領域１１には、保護層１１０が設けられる。保護層１１０は、半導体基板１０の端部を含んで保護領域１１と略同じ範囲に設けられている。
保護層１１０は、調整用電極１２４ａ，１２４ｂにレーザー光を照射して周波数調整を行う際に、レーザー光が振動素子２０を透過して能動面１０ａに到達したときに、保護層１１０が消失する（除去される）ことで半導体基板１０を保護することができる。この様に、保護層１１０が設けられることによって、能動領域１２に設けられた能動素子にダメージを抑制することができる。

また、熱膨張（収縮）によって、半導体基板１０と振動素子２０との間に生じる応力を緩和する応力緩和層１０１（図１及び図２において図示省略）が能動面１０ａに設けられている。

（保護層の構造）
保護層１１０について図３を用いて説明をする。図３（ａ）は、図２（ｂ）の破線で囲む符号Ｃの部分を模式的に拡大して示したものである。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す半導体基板１０の端部付近（符号Ｃ’の部分）を模式的にさらに拡大して示すものである。
保護層１１０は、半導体基板１０の第１の面としての能動面１０ａの端部に設けられている。保護層１１０は、金属を材料とする複数の膜で構成されている。図３（ａ）に示す様に保護層１１０は、半導体基板１０の端部を覆う様に設けられている。また、前述の通り、振動デバイス１を平面視した場合に、調整用電極１２４ａ，１２４ｂと重なる様に設けられている。

図３（ｂ）に示す様に保護層１１０には、複数の保護層（膜）を有し、本実施形態では第１保護層１１１と、第２保護層１１２と、第３保護層１１３と、第４保護層１１４とを有する。
第１保護層１１１は、半導体基板１０、もしくは半導体基板１０に設けられた応力緩和層１０１の表面（図３に示すＺ軸方向）に設けられる。次に、第２保護層１１２は、第１保護層１１１の表面（図３に示すＺ軸方向）に設けられ、第３保護層１１３は、第２保護層の表面（図３に示すＺ軸方向）に設けられ、第４保護層１１４は、第３保護層１１３の表面（図３に示すＺ軸方向）に設けられている。

本実施形態の第１保護層１１１は、概ね厚さ０．３マイクロメートルの厚さのチタンタンタングステン（ＴｉＷ）を材料とする層（膜）である。

本実施形態の第２保護層１１２は、概ね厚さ０．２マイクロメートルの厚さの銅（Ｃｕ）を材料とする層（膜）である。

本実施形態の第３保護層１１３は、概ね厚さ８マイクロメートルの厚さの銅（Ｃｕ）を材料とする層（膜）である。

本実施形態の第４保護層１１４は、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）を材料とする層（膜）が順番に第３保護層１１３の表面に設けられる。このとき、ニッケル層は０．２５〜０．３マイクロメートル程度、パラジウム層は０．０５〜０．３５マイクロメートル程度、金層は０．０２マイクロメートル以上の厚さで形成されていてもよい。

なお、上述した保護層１１０の構成は一例であり、周波数調整工程Ｓ６００で用いられるレーザー光の照射条件などによって構成及び形成材料を適宜変更して良い。

（電極の構成）
半導体基板１０には、能動面１０ａ側に設けられた第１の電極１３を有している。第１の電極１３は、半導体基板１０に設けられた集積回路に直接導通して形成されたものである。また、能動面１０ａ上には、パッシベーション膜となる第１絶縁膜が形成されており（不図示）、この第１絶縁膜には、第１の電極１３上に開口部（不図示）が形成されている。このような構成によって第１の電極１３は、開口部内にて外側に露出した状態となっている。

半導体基板１０に設けられた第１の電極１３は、図３（ａ）に示す様に、第１絶縁膜（不図示）及び応力緩和層１０１の開口部（不図示）内に露出し、第１の電極１３上には、外部接続端子１３ａが設けられている。この外部接続端子１３ａは、例えば、Ａｕスタッドバンプで形成された突起電極となっている。なお、外部接続端子１３ａは、Ａｕスタッドバンプの他に銅、アルミやはんだボールなど他の導電性材料にて形成することもできる。また、外部接続端子１３ａは、銀粉や銅粉などの導電性フィラーと合成樹脂等とを混合した導電性接着剤によっても形成することができる。
このような構成のもとに半導体基板１０と振動素子２０とは、半導体基板１０に形成された第１の電極１３および外部接続端子１３ａを介して振動素子２０に設けられた第２の電極としての第１固定部２５ｂと、第２固定部２６ｂと電気的に接続される様になっている。
この際、振動デバイス１は、外部接続端子１３ａが突起電極となっていることから、半導体基板１０と振動素子２０との間に隙間が設けられる。

また、半導体基板１０に設けられた集積回路には、第１の電極１３以外に図示しない他の電極が形成されている。この他の電極には図示しない配線が接続され、その配線を介して、配線用端子１４と接続されている。配線用端子１４は、電気的、あるいは機械的な接続を成すためのパッド状のものであって、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属が用いられたボンディングワイヤー等のワイヤー３１によって、ベース基板８０と接続される。なお、本例では、配線用端子１４とベース基板８０との接続にワイヤー３１を用いる構成で説明したが、ワイヤー３１に替えてフレキシブル配線基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を用いて接続することもできる。

（ガードリング）
半導体基板１０には、図３（ｂ）に示す様にガードリング４０が設けられている。
ガードリング４０は、能動領域１２を囲む様に半導体基板１０の端部と能動領域１２との間に設けられている。ガードリング４０は、後述する周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光が保護層１１０に照射された際に、保護層１１０が溶解（消失）、及び半導体基板１０へレーザー光が到達した際に生じる熱等が能動素子へ伝わることを抑制することができる。また、ガードリング４０は、半導体基板１０の外部から能動素子へ水分が伝わることを抑制し、半導体基板１０の耐湿性を向上させることができる。
本実施形態においてガードリング４０は、金属材料を用いて形成することが好ましい。ガードリング４０は、例えば、アルミニウム（ＡＬ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）等の金属の他にポリシリコンなどを用いることができる。

（ベース基板）
図１及び図２に戻り、振動デバイス１を構成するベース基板８０について説明をする。図１及び図２に示すベース基板８０は、半導体基板１０の能動面１０ａと対向する面側（非能動面１０ｂ側）と、ベース基板８０の底面８３とが図示しない接着剤などの接合部材により接合（接続）されている。
ベース基板８０は、例えば、セラミックのような絶縁性材料で形成されている。半導体基板１０と接合されるベース基板８０の底面８３には、接続部８２が形成され、この接続部８２には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属被膜が形成されている。また、ベース基板８０の接続部８２と、半導体基板１０に設けられた配線用端子１４とがワイヤー３１によって接続されている。なお、接続部８２は、図示を省略する配線によってベース基板８０に設けられた外部端子と接続されている。

ベース基板８０は、周囲に側壁８１を有し、中央部が凹形状のパッケージ（収納容器）を用いることができる。ベース基板８０（パッケージ内）に収納された半導体基板１０や振動素子２０などは、パッケージの側壁８１に開口面に接合される蓋体８５としての金属製リッドなどを用いてシールリング８４を介して気密的に封止される。

（振動素子の配置）
振動素子２０は、振動デバイス１を平面視した場合において、半導体基板１０と重なる様に半導体基板１０の能動面１０ａ側に配置されている。また、調整用振動腕２４ａ，２４ｂに設けられた調整用電極１２４ａ，１２４ｂが能動面１０ａに配置された保護層１１０と重なる位置に配置されている。

振動素子２０は、前述の通り、半導体基板１０に設けられた第１の電極１３と、外部接続端子１３ａとを介して、振動素子２０に第２の電極として設けられた第１固定部２５ｂと第２固定部２６ｂと接続され半導体基板１０に搭載される。

なお、調整用電極１２４ａ，１２４ｂが半導体基板１０と重ならない部分に渡って設けられている場合、後述する周波数調整工程Ｓ６００において、調整用振動腕２４ａ，２４ｂを透過したレーザー光は、ベース基板８０の底面８３に照射されることになる。本実施形態の振動デバイス１のベース基板８０は、前述の通りセラミックなどの材料で形成されており、レーザー光が照射されることによって溶融される虞が半導体基板１０に照射された場合と比して少ない。従って、調整用電極１２４ａ，１２４ｂと半導体基板１０とが重なる領域に保護層１１０が設けられている。

（振動素子の動作）
ここで、振動デバイス１に搭載される振動素子２０の動作について説明する。図４は、振動デバイス１を構成する振動素子２０の動作を示す図である。
まず、半導体基板１０に設けられた駆動回路から振動素子２０へ励振駆動信号が印加される。所定の励振駆動信号が印加された駆動用振動腕２２ａ，２２ｂを振動させた状態で、振動素子２０にＺ軸回りの角速度ωが加わることによって、検出用振動腕２３ａ，２３ｂにはコリオリ力による振動が生じる。この検出用振動腕２３ａ，２３ｂの振動によって調整用振動腕２４ａ，２４ｂが励振される。そして、振動デバイス１は、検出用振動腕２３ａ，２３ｂに設けられた検出電極（図１において不図示）が、振動により発生した振動素子２０の基材である水晶（圧電材料）の歪を検出することで角速度が求められる。

（センサーデバイスの製造方法）
ここで、本実施形態の振動デバイス１の製造方法について説明する。
なお、本実施形態では、図１に示す振動デバイス１において、ベース基板８０として凹部を有するパッケージを用いて、そのパッケージ内に振動デバイス１を接合し蓋体８５により封止する態様の振動デバイス１の製造方法を説明する。
図５は、振動デバイス１の製造工程を示すフロー図（フローチャート）である。

図５に示す様に、振動デバイス１の製造方法は、ベース基板準備工程Ｓ１００と、半導体基板形成工程Ｓ２００と、半導体基板接続工程Ｓ３００と、振動素子形成工程Ｓ４００と、振動素子接続工程Ｓ５００と、周波数調整工程Ｓ６００と、封止工程Ｓ７００と、ベーキング工程Ｓ８００と、特性検査工程Ｓ９００とを含む。

［ベース基板準備工程］
ベース基板準備工程Ｓ１００は、ベース基板８０を準備する工程である。ベース基板準備工程Ｓ１００は、セラミックなどで形成されたベース基板８０を準備する。なお、ベース基板８０の一面である底面８３には、半導体基板１０との電気的接続を行うための接続部８２が形成されている。

［半導体基板形成工程］
半導体基板形成工程Ｓ２００は、振動素子２０が搭載される半導体基板１０を形成する工程である。半導体基板形成工程Ｓ２００は、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０と、ダイシング工程Ｓ２２０とを含む。
シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、半導体製造プロセスを用いて能動素子を備える半導体基板１０をシリコンウエハーに複数一括して形成する。この工程において、シリコンウエハーに形成される各半導体基板１０の能動面１０ａ上の、集積回路の導電部となる位置に、第１の電極１３、配線用端子１４、及び図示しない他の電極を形成する。また、半導体基板１０の能動面１０ａ側に応力緩和層１０１や保護層１１０を形成する。

シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、半導体基板１０上に応力緩和層１０１と図示しない第１絶縁膜を形成する。ついで、フォトリソグラフィー法及びエッチング法によって応力緩和層１０１と、第１絶縁膜との一部を除去し、開口部を形成する。これにより、これら開口部内に第１の電極１３、他の電極、および配線用端子１４を露出させる。
配線用端子１４には、その表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）メッキを施すことにより、ワイヤーボンディングの際の接合性を高めておく。なお、ハンダメッキ、ハンダプリコートなどの表面処理を施したものとしてもよい。

シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、保護層１１０も形成する。本実施形態の保護層１１０は、第１保護層１１１から第４保護層１１４の４層で構成されている。第１保護層１１１は、スパッタリング法によって、概ね厚さ０．１マイクロメートルの厚さのチタンタングステン（Ｔｉｗ）の層（膜）が形成される。第１保護層１１１は、第２保護層１１２に選択される成膜材料と、半導体基板１０及び応力緩和層１０１に選択される材料との密着性等の条件によって、用いる成膜材料及び厚さを適宜変更して良い。

次に、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、第２保護層１１２を形成する。第２保護層１１２は、第１保護層１１１と同様にスパッタリング法によって、概ね厚さ０．３マイクロメートルの厚さの銅（Ｃｕ）の層（膜）が形成される。第２保護層１１２は、第１保護層１１１に選択される成膜材料と、第３保護層１１３に選択される材料との密着性等の条件によって、用いる成膜材料及び厚さを適宜変更して良い。

次に、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、第３保護層１１３を形成する。第３保護層１１３は、フォトリソグラフィー法によって、その第３保護層１１３が形成される保護領域１１以外の部分にレジスト膜を形成する。第３保護層１１３は、電解メッキ法によって、レジスト膜が形成されていない領域、即ち、保護領域１１であって、第２保護層１１２が露出している部分に選択に概ね厚さ８マイクロメートルの厚さの銅（Ｃｕ）のメッキ層（膜）が形成される。第３保護層１１３は、周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光の強さ、照射時間等によってレーザー光が保護層１１０に到達した際に消失する保護層１１０の厚さによって、保護層１１０を形成する成膜材料及び厚さを適宜変更して良い。

次に、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、第４保護層１１４を形成する。第４保護層１１４の形成は、無電解メッキ法によって、ニッケル（Ｎｉ）・パラジウム（Ｐｄ）・金（Ａｕ）の順番に層（膜）が形成される。本実施形態において、第４保護層１１４の形成に無電解メッキ法を用いて、ニッケル層は０．２５〜０．３マイクロメートル程度、パラジウム層は０．０５〜０．３５マイクロメートル程度、金層は０．０２マイクロメートル以上の厚さで形成される。なお、第４保護層１１４は、その第４保護層１１４上に形成される電極（不図示）に金（Ａｕ）を用いるためニッケル・パラジウム・金の構成としたが、形成される電極によって成膜材料を適宜変更して良い。また、第４保護層１１４を無電解メッキ法を用いて形成する形態について説明したが、第４保護層１１４は電解メッキで形成してもよい。

また、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０では、ガードリング４０を形成する。ガードリング４０は、上述の能動素子と同様に形成され、能動素子が配置される能動領域１２を囲む様に設けられる。ガードリング４０は、後述する周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光が保護層１１０に照射され、保護層１１０が消失した際に生じる熱から能動素子を保護するために設けられる。
また、半導体基板１０の端部に設けられている保護層１１０は、後述するダイシング工程Ｓ２２０によってベベルカット法で切断（切開）されるため傾斜を有することとなる。そのため傾斜を有している部分の保護層１１０は他の部分と比して薄くなっている。この薄くなっている保護層１１０にレーザー光が照射され、保護層１１０が消失し、半導体基板１０まで到達した場合に生じる熱から能動素子を保護するために設けられている。
このため、ガードリング４０は、周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光が調整用振動腕２４ａ，２４ｂ（振動素子２０）を透過して保護層１１０に照射され、保護層１１０が消失されても半導体基板１０が露出しない領域に設けられる。具体的には、例えば、周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光が保護層１１０に照射され２マイクロメートルの厚みの保護層１１０が消失する場合には、保護層１１０が２マイクロメートル以上の厚みを有する領域、かつ、半導体基板１０の端部と能動素子とが形成される能動領域１２との間に設けられる。

また、シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０は、第１の電極１３上に、Ａｕスタッドバンプで形成された外部接続端子１３ａを形成する。なお、外部接続端子１３ａは、Ａｕスタッドバンプの他に銅、アルミニウム（Ａｌ）やはんだボール、はんだペーストなど他の導電性材料にて形成することもできる。

ダイシング工程Ｓ２２０は、シリコンウエハーに複数個取りされて形成された半導体基板１０を個片化する工程である。図６に半導体基板１０の端部を模式的に拡大した拡大図を示す。図６（ａ）は、ベベルカット法で保護層１１０の切断（切開）される状態を模式的に示す図である。ダイシング工程Ｓ２２０は、先ずベベルカット法によって、保護層１１０の切断及び半導体基板１０の一部の切断（ハーフカット）を行う。次いで、回転刃１２００によって、半導体基板１０の切断を行う。

保護層１１０を切断（切開）するベベルカットは、Ｖ字形状の刃物１１００を被切断物である保護層１１０と半導体基板１０に押し当てることで、保護層１１０と半導体基板１０とを刃物１１００と同じＶ字形状に切開する。
この際に、保護層１１０を構成する第１保護層１１１から第４保護層１１４間には、刃物１１００が押し当てられる力に応じた熱膨張が生じ、刃物１１００と接し、保護層１１０が切断（せん断）される部分には応力が集中する。応力は、せん断される保護層１１０の厚みに応じて生じ、切断される保護層１１０の厚みが薄くなると小さくなる。例えば、第３保護層１１３において、第３保護層１１３の厚みがＸ１の部分と、Ｘ２の部分とでは、切断の際に生じる熱膨張は、同程度である。しかし、第３保護層１１３を切断するときに生じる応力は、図６（ａ）に示すＰ点に集中する。応力が集中するＰ点は、第２保護層１１２との界面でもあり、第３保護層１１３が最も剥離しやすくなる。そこで、ベベルカット法による切断を用いることで、切断する第３保護層１１３の厚みが薄くなるにつれて熱膨張による応力が減少し、第２保護層１１２との界面、かつ、応力が集中するＰ点の剥離を抑制することができる。ベベルカット法によって保護層１１０を切断することで、上述した第３保護層１１３と同様に、第１保護層１１１から第４保護層１１４の切断によって生じる剥離を抑制することができる。また、第１保護層１１１を無電解メッキによって形成することで、第２保護層１１２との密着性を高め、一方の面が開放され最も剥離しやすい第１保護層１１１の剥離を抑制することができる。更に、保護層１１０をベベルカット法によって切断することで、切断後に生じる熱応力等によって、半導体基板１０の端部から、当該シリコンウエハー製造工程Ｓ２１０で形成した保護層１１０の剥離を抑制することができる。

次にダイシング工程Ｓ２２０は、ベベルカット法によって保護層１１０と半導体基板１０の一部とを切り開いて切断し、半導体基板１０が表れた部分に回転刃１２００を挿入し、半導体基板１０の切断を行う。図６（ｂ）は、回転刃１２００を半導体基板１０に当接させて半導体基板１０を切断する状態を模式的に示す図である。半導体基板１０の切断を行う際、回転刃１２００は、切断対象である半導体基板１０に直接接触することが可能であり、保護層１１０に接触することを抑制することができる。よって、回転刃１２００と保護層１１０との接触や摩擦等によって保護層１１０の切断や剥離を抑制することができる。よって、半導体基板１０の端部において保護層１１０が剥がれることを抑制できる。

［半導体基板接続工程］
半導体基板接続工程Ｓ３００は、半導体基板１０の非能動面１０ｂ側を、ベース基板８０の底面８３に接着剤などの接合部材（図示せず）を介して接合する工程である。また、半導体基板接続工程Ｓ３００は、半導体基板１０の配線用端子１４とベース基板８０の接続部８２とを、ワイヤーボンディング法によりボンディングワイヤー４５を用いて接続する。

［振動素子形成工程］
振動素子形成工程Ｓ４００は、振動素子２０を形成する工程である。振動素子形成工程Ｓ４００は、外形形成工程Ｓ４１０と、電極形成工程Ｓ４２０と、離調周波数調整工程Ｓ４３０と、ブレイク工程Ｓ４４０とを有する。
振動素子２０は、図示しない振動素子用ウェハーを用いて多数個取りにて形成することができる。
先ず、外形形成工程Ｓ４１０は、振動素子用ウェハーにフォトリソグラフィー技術を用いたエッチングにより複数の振動素子２０の外形を形成する工程である。
次に、電極形成工程Ｓ４２０は、フォトリソグラフィー技術を用いたスパッタリングや蒸着により、振動素子２０に、駆動電極や検出電極等の電極や配線を形成する工程である。この電極形成工程Ｓ４２０において、調整用振動腕２４ａ，２４ｂに質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂや、検出用振動腕２３ａ，２３ｂに図示を省略する検出電極や、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂに図示を省略する駆動電極が形成される。

［離調周波数調整工程］
離調周波数調整工程Ｓ４３０は、レーザー光を用いて振動素子２０の離調周波数調整を行う工程である。
離調周波数調整工程Ｓ４３０では、調整用振動腕２４ａ，２４ｂと、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂとの屈曲振動周波数の差をみて、その差を補正するバランス調整（チューニング）を行うものであり、振動素子用ウェハーの状態で行うことができる。換言すると、後述するブレイク工程Ｓ４４０の前に行うことができる。
チューニングは、調整用振動腕２４ａ，２４ｂに設けられた調整用電極１２４ａ，１２４ｂに、集光されたレーザー光を照射して行う。レーザー光が照射された調整用電極１２４ａ，１２４ｂは、レーザー光のエネルギーによりその一部が溶融、蒸発する。この調整用電極１２４ａ，１２４ｂの溶融、蒸発により、調整用振動腕２４ａ，２４ｂの質量が変化する。これによって、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂと調整用振動腕２４ａ，２４ｂとの共振周波数が変化するので、各振動腕のバランス調整（チューニング）を行うことができる。チューニングは、振動素子２０が半導体基板１０に搭載されてから周波数調整工程Ｓ６００によって再度行われる。

［振動素子ブレイク工程］
ブレイク工程Ｓ４４０は、振動素子用ウェハーをブレイク（切断）して個片の振動素子２０を得る個片化を行う工程である。個片化は、外形形成工程Ｓ４１０にて振動素子用ウェハーの振動素子２０の外形の一部の連結部分にミシン目や溝を形成しておくことにより、そのミシン目や溝に沿ってブレイクすることによって行うことができる。

［振動素子接続工程］
振動素子接続工程Ｓ５００は、振動素子２０を半導体基板１０に載置し、半導体基板１０の第１の電極１３と、振動素子２０の第１固定部２５ｂ，第２固定部２６ｂとを外部接続端子１３ａを介して接続する工程である。

［周波数調整工程］
周波数調整工程Ｓ６００は、レーザー光を用いて振動素子２０の周波数調整（バランスチューニング）を行う工程である。バランスチューニングは、振動素子２０の調整用振動腕２４ａ，２４ｂに設けられた調整用電極１２４ａ，１２４ｂに、前述した離調周波数調整工程Ｓ４３０と同様に、集光されたレーザー光を照射して行う。レーザー光が照射された調整用電極１２４ａ，１２４ｂは、レーザー光のエネルギーにより溶融、蒸発し、その質量変化により調整用振動腕２４ａ，２４ｂの共振周波数が変化させることによって、駆動用振動腕２２ａ，２２ｂのバランス調整（チューニング）を行うことができる。具体的には、振動デバイス１（振動素子２０）に加速度が加わっていない状態において駆動用振動腕２２ａ，２２ｂを励振して振動させたときに、検出用振動腕２３ａ，２３ｂが振動しない様に調整用振動腕２４ａ，２４ｂに設けられた質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂの質量調整によって周波数調整を行う。

このとき、調整用電極１２４ａ，１２４ｂを溶融、蒸発させたレーザー光が、振動素子２０を透過することがあるが、本例の構成では、半導体基板１０の能動面１０ａにおいて、調整用電極１２４ａ，１２４ｂと、保護層１１０が形成された保護領域１１とは平面視で重なる様に振動素子２０が搭載されている。これによって、レーザー光が調整用振動腕２４ａ，２４ｂ（振動素子２０）を透過した場合には、そのレーザー光は、保護層１１０に照射され、保護層１１０が溶融することで能動素子や配線などを含んで構成される集積回路が溶融して特性が損なわれることを回避することができる。

また、周波数調整工程Ｓ６００で用いるレーザー光は、保護層１１０の厚さがそのレーザー光で除去される保護層１１０の厚みよりも薄い領域に位置する調整用電極１２４ａ，１２４ｂに照射される場合がある。
この際に、レーザー光が調整用電極１２４ａ，１２４ｂが設けられた振動素子２０を透過して保護層１１０に照射され、その保護層１１０が除去され、さらに半導体基板１０に到達した場合でも、ガードリング４０によってレーザー光から生じる熱などによる損傷から半導体基板１０に設けられた能動素子を保護することができる。

［封止工程］
封止工程Ｓ７００は、ベース基板（パッケージ）８０上に蓋体８５としてのリッドを接合することにより、半導体基板１０および振動素子２０が接合されたベース基板８０の凹部を封止する工程である。封止工程Ｓ７００は、例えば、金属製のリッド（蓋体８５）を、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等からなるシールリング８４を介してシーム溶接することにより接合することができる。このとき、必要に応じて、ベース基板８０の凹部とリッドとにより形成されるキャビティーを減圧空間、または不活性ガス雰囲気にして密閉・封止することができる。また、別のリッド（蓋体８５）接合方法としては、リッドをハンダ等の金属ロウ材を介してベース基板８０上に接合したり、または、ガラス製のリッド（蓋体８５）を用いて、低融点ガラス等でベース基板８０上に接合することもできる。

［ベーキング工程、特性検査工程］
ベーキング工程Ｓ８００は、振動デバイス１を、所定温度のオーブンに所定時間投入し、振動デバイス１に含まれる水分を排湿するベーキングを行う工程である。
また、特性検査工程Ｓ９００は、電気特性検査や外観検査などの特性検査を行って、規格外の不良品を取り除く工程である。
特性検査工程Ｓ９００が完了すれば、一連の振動デバイス１の製造工程が終了する。

上述した本実施形態によれば以下の効果が得られる。
このような振動デバイス１によれば、振動デバイス１を平面視した場合に半導体基板１０に搭載される振動素子２０は、半導体基板１０の端部に備える保護層１１０に、質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂを重ねて搭載することができる。また、振動素子２０の一部を半導体基板１０と重ならない位置、即ち、半導体基板１０の端部から調整用振動腕２４ａ，２５ｂや検出用振動腕２３ａ，２３ｂ等をオーバーハングさせて（はみ出させて）搭載する。これにより、従来の半導体基板１０に振動素子２０が搭載された振動デバイス１と比して振動素子２０がオーバーハングする表面積に該当する半導体基板１０の面積を小さくすることができる。

また、このような振動デバイス１によれば、半導体基板１０の端部を覆う保護層１１０は、半導体基板１０の端部を断面視した場合に、半導体基板１０の端に向かって厚さが薄くなるように形成されている。このことで、保護層１１０が切断（切開）される際に生じる応力によって、半導体基板１０と保護層１１０、及び保護層１１０間の剥離を抑制することができる。また、保護層１１０（第４保護層１１４）は、無電解メッキによって形成されていることで、保護層１１０の切断後に生じる熱膨張による応力によって、半導体基板１０と保護層１１０、及び保護層１１０間の剥離を抑制した保護層１１０を備えることができる。このことで、保護層１１０を半導体基板１０の端部に設けた場合においても、保護層１１０が剥離されることを抑制し、レーザー光の照射から半導体基板１０に備える能動素子を保護することができる。
従って、振動デバイス１は、振動素子の大きさを変更することなく、半導体基板の小型化を実現することができる。また、半導体基板１０の小型化によって、１枚のシリコンウエハーから得られる半導体基板１０の個数が多くなり、生産性を高めた振動デバイス１が実現できる。

このような振動デバイス１の製造方法によれば、振動デバイス１は、半導体基板１０に振動素子２０を搭載する振動素子接続工程Ｓ５００において、半導体基板１０の端部に備えられた保護層１１０に、振動素子２０に備えられた質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂを重ねて搭載する。また、振動素子２０の一部を半導体基板１０と重ならない位置、即ち、半導体基板１０の端部からオーバーハングさせて（はみ出させて）振動素子２０を半導体基板１０に搭載する。これにより、周波数調整工程Ｓ６００において振動素子２０に有する質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂに照射されるレーザー光が、振動素子２０を透過した場合でも半導体基板１０の端部に備えられた保護層１１０でレーザー光を受容することができる。
従って、従来の半導体基板に振動素子が搭載された振動デバイス１と比して振動素子２０がオーバーハングする表面積に該当する半導体基板の面積を小さくすることができる。

また、このような振動デバイス１の製造方法によれば、半導体基板形成工程Ｓ２００は、半導体基板１０の端部を覆う保護層１１０の切断（切開）をベベルカット法によって切断することで、半導体基板１０を断面視した場合に、保護層１１０の端部が半導体基板１０の端に向かって厚さが薄くなる保護層１１０を得ることができる。これにより、保護層１１０を切断する際に生じる応力によって、半導体基板１０と保護層１１０、及び保護層１１０間の剥離を抑制することができる。よって、半導体基板１０の端部から保護層１１０が剥離することを抑制できるため、半導体基板１０の端部に保護層１１０を形成することができる。また、半導体基板形成工程Ｓ２００は、ベベルカット法によって保護層１１０の切断と、半導体基板１０の一部を切断するため、半導体基板１０を切断する回転刃１２００が切断された保護層１１０と接触することを抑制することができる。従って、回転刃１２００によって半導体基板１０を切断するダイシング工程Ｓ２２０は、保護層１１０の剥離と、保護層１１０を構成する金属が付着し再飛散することとを抑制することができる。

また、このような振動デバイス１の製造方法によれば、周波数調整工程Ｓ６００においてレーザー光は、保護層１１０の厚さがそのレーザー光で除去される保護層１１０の厚みよりも薄い領域に位置する質量調整部としての調整用電極１２４ａ，１２４ｂに照射される場合がある。この際に、レーザー光が調整用電極１２４ａ，１２４ｂを透過して保護層１１０に照射され、さらに保護層１１０が除去され半導体基板１０に到達した場合でも、ガードリング４０によってレーザー光から生じる熱などの損傷から半導体基板１０に設けられた能動素子の保護をすることができる。
従って、振動デバイス１の製造方法は、保護層１１０の厚さが薄くなる半導体基板１０の端部においても、半導体基板１０を損傷させることを抑制したレーザー光を用いる周波数調整工程Ｓ６００を行うことができる。また、振動デバイス１の製造方法は、半導体基板１０の端部に保護層１１０が備えられていることで、半導体基板１０からはみ出して搭載された振動素子２０の周波数調整工程Ｓ６００を行うことができる。

１…振動デバイス、１０…半導体基板、１０ａ…能動面、１０ｂ…非能動面、１１…保護領域、１２…能動領域、１３…第１の電極、１３ａ…外部接続端子、１４…配線用端子、２０…振動素子、２１…基部、２２ａ，２２ｂ…駆動用振動腕、２３ａ，２３ｂ…検出用振動腕、２４ａ、２４ｂ…調整用振動腕、２５…第１支持部、２５ａ…第１連結部、２５ｂ…第１固定部、２６…第２支持部、２６ａ…第２連結部、２６ｂ…第２固定部、３１…ワイヤー、４０…ガードリング、８０…ベース基板、８１…側壁、８２…接続部、８３…底面、８４…シールリング、８５…蓋体、１０１…応力緩和層、１１０…保護層、１１１…第１保護層、１１２…第２保護層、１１３…第３保護層、１１４…第４保護層、１２４ａ、１２４ｂ…調整用電極、１１００…刃物、１２００…回転刃、Ｓ１００…ベース基板準備工程、Ｓ２００…半導体基板形成工程、Ｓ３００…半導体基板接続工程、Ｓ４００…振動素子形成工程、Ｓ５００…振動素子接続工程、Ｓ６００…周波数調整工程、Ｓ７００…封止工程Ｓ、Ｓ８００…ベーキング工程、Ｓ９００…特性検査工程。

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の面に備えられた第１の電極と、
   前記第１の面の端部を覆い、前記第１の面に備えられた保護層と、
   振動部と前記振動部に位置する質量調整部と第２の電極とを含む振動素子と、を有し、
   前記振動素子は、
   前記質量調整部が平面視で前記保護層と重なる領域に位置し、かつ、前記振動素子の一部が平面視で前記第１の面と重ならない位置に配置され、前記第１の電極と前記第２の電極とが接続されて前記第１の面に搭載されていることを特徴とする振動デバイス。
2. 請求項１に記載の振動デバイスにおいて、
   前記保護層は、前記半導体基板の端に向かって厚さが薄くなるように形成されていることを特徴とする振動デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の振動デバイスにおいて、
   前記保護層は、無電解メッキによって形成されていることを特徴する振動デバイス。
4. 半導体基板の第１の面の端部を覆い、前記第１の面に備えられた保護層と、振動素子の振動部に位置する質量調整部が平面視で重なる領域に位置し、かつ、前記振動素子の一部が前記第１の面と重ならない位置に配置され、前記第１の面に備えられた第１の電極と、前記振動素子の第２の電極を接続し、前記第１の面に前記振動素子を搭載する工程と、
   前記振動素子を搭載する工程の後で、前記振動素子の質量調整部にレーザー光を照射することによって、前記振動素子の前記振動部の共振周波数が所望の値となるように前記質量調整部の質量を調整する周波数調整工程と、を含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。
5. 請求項４に記載の振動デバイスの製造方法において、
   前記保護層を形成する工程と、
   前記保護層をベベルカット法で切断する工程と、
   を更に含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。
6. 請求項４に記載の振動デバイスの製造方法において、
   前記保護層は、前記半導体基板の端に向かって厚さが薄くなるように形成されており、
   前記周波数調整工程は、前記レーザー光の照射によって除去される前記保護層の厚み以上の厚みを有する前記保護層が、位置する前記半導体基板にガードリングが設けられ、
   平面視で前記半導体基板の端と前記ガードリングとの間の領域に前記レーザー光を照射することを特徴とする振動デバイスの製造方法。

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