JP2014192644A - Piezoelectric device and process of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電デバイス及び圧電デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric device and a method for manufacturing a piezoelectric device.
水晶振動子などの圧電振動子(圧電デバイス)は、セラミックスなどのパッケージに水晶振動片(圧電振動片)を搭載し、気密封止あるいは真空封止されている。しかし、電子部品の小型化、低背化、そして低価格化の市場要求の高まりにより、セラミックパッケージの採用が困難になってきている。これらの要求に対応するために、ガラスパッケージを用いた圧電振動子が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。 A piezoelectric vibrator (piezoelectric device) such as a quartz vibrator has a crystal vibrating piece (piezoelectric vibrating piece) mounted on a ceramic package or the like, and is hermetically sealed or vacuum sealed. However, the adoption of ceramic packages has become difficult due to the increasing market demands for electronic components that are smaller, lower in profile, and lower in price. In order to meet these requirements, a piezoelectric vibrator using a glass package has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
ガラスパッケージの構造としては、互いに接合されるリッド及びベースのいずれか一方に形成された凹部に水晶振動片が搭載されたものや、枠部を有する水晶振動片の表面及び裏面にリッド及びベースが接合された構成などがある(例えば、特許文献3参照)。いずれの構造もウェハレベルで製造できるために、従来のセラミックパッケージに比べ、小型・低背化、さらには低価格化が実現される。 As for the structure of the glass package, a crystal vibrating piece is mounted in a recess formed in one of a lid and a base to be bonded to each other, and a lid and a base are provided on the front and back surfaces of the crystal vibrating piece having a frame portion. There exist the structure etc. which were joined (for example, refer patent document 3). Since any structure can be manufactured at the wafer level, it is possible to realize a smaller size, a lower height, and a lower price compared to a conventional ceramic package.
上記のような構造のガラスパッケージを製造するにあたり、ガラスウェハ同士、ないしはガラスと水晶ウェハの接合法として、直接接合法、陽極接合法、金属圧接接合法、低融点ガラス接合法、プラズマ活性化接合法、イオンビーム活性化接合法、などが提案されている。直接接合法は、十分な接合強度を得るために高温での熱処理が必要であり、水晶振動子の接合法として課題が残る。陽極接合法は、アルカリイオンを含むガラスウェハを使用する場合の接合方法であって、接合時にガス発生を伴うため、内部の真空度等の劣化が生じるという課題がある。 In manufacturing the glass package having the above structure, as a method for bonding glass wafers or between glass and a quartz wafer, a direct bonding method, an anodic bonding method, a metal pressure bonding method, a low melting point glass bonding method, a plasma activated bonding method, and the like. Proposal methods and ion beam activated bonding methods have been proposed. The direct bonding method requires heat treatment at a high temperature in order to obtain a sufficient bonding strength, and there remains a problem as a method for bonding a crystal resonator. The anodic bonding method is a bonding method in the case where a glass wafer containing alkali ions is used, and there is a problem that deterioration of the internal vacuum degree occurs because gas is generated during the bonding.
金属圧接接合法は、AuSn共晶金属等の金属を介して接合するため、密着層やバリア層の成膜、パターニングが必要となって製造コストが高いといった課題がある。低融点ガラス接合法は、接合時に低融点ガラスペーストからガス発生を伴うため、内部の真空度等の劣化が生じるという課題がある。プラズマ活性化接合法は、真空中での接合は難しいと考えられる。イオンビーム活性化接合法は、ウェハにアルゴンビーム等を照射することによってウェハ表面を清浄化し、その面同士を当接することで、常温において、様々な材料の接合が可能である。 In the metal pressure welding method, since bonding is performed via a metal such as AuSn eutectic metal, there is a problem in that film formation and patterning of an adhesion layer and a barrier layer are required and manufacturing cost is high. The low melting point glass bonding method involves the generation of gas from the low melting point glass paste at the time of bonding, so that there is a problem that the internal vacuum degree is deteriorated. In the plasma activated bonding method, bonding in a vacuum is considered difficult. In the ion beam activated bonding method, various materials can be bonded at room temperature by cleaning the wafer surface by irradiating the wafer with an argon beam or the like and bringing the surfaces into contact with each other.
このイオンビーム活性化接合法では、一般に、イオンビームの照射による活性化処理と、ウェハ同士の接合処理とが同一のチャンバー内で行われる。従って、活性化処理後、直ちにアルゴンの供給を止め、真空排気することによって、水晶振動子に求められる真空度を保った状態で接合が行うことができる。ただし、イオンビームの照射の際に、イオンソース本体の部材やチャンバー内壁が同時にスパッタされるために、ウェハ表面には、これらの構成材料(ステンレスやアルミニウム合金)である鉄(Fe)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)が付着する(例えば、特許文献4参照)。このように、イオンビーム活性化接合では、イオンビームの照射に伴い、ウェハ表面のスパッタリング作用によるエッチングと、鉄、クロム、アルミニウムの付着(堆積)が同時に起こることによって、ガラスや水晶ウェハ間で強固な接合が実現されている。 In this ion beam activated bonding method, generally, activation processing by ion beam irradiation and wafer bonding processing are performed in the same chamber. Therefore, immediately after the activation treatment, the supply of argon is stopped and evacuation is performed, so that bonding can be performed while maintaining the degree of vacuum required for the crystal resonator. However, since the member of the ion source body and the inner wall of the chamber are sputtered simultaneously during the ion beam irradiation, these constituent materials (stainless steel and aluminum alloy) such as iron (Fe), chromium ( Cr) and aluminum (Al) adhere (for example, refer to Patent Document 4). As described above, in ion beam activated bonding, the etching by the sputtering action of the wafer surface and the adhesion (deposition) of iron, chromium, and aluminum occur simultaneously with the irradiation of the ion beam, thereby strengthening between the glass and the quartz wafer. Is realized.
ところで、ガラスパッケージがリッド及びベースからなるタイプにおいては、貫通電極や接続電極などの各種配線がベースの表面等に形成されている。このベースに搭載される水晶振動片においても、励振電極や引出電極が形成されており、この引出電極がベースの接続電極と電気的に接続されている。また、枠部を有する水晶振動片の表面及び裏面にリッド及びベースが接合されるタイプにおいても、ベースには各種電極が形成されており、水晶振動片にも同様に励振電極や引出電極が形成されている。 By the way, in the type in which the glass package includes a lid and a base, various wirings such as a through electrode and a connection electrode are formed on the surface of the base. Also in the quartz crystal resonator element mounted on the base, an excitation electrode and an extraction electrode are formed, and the extraction electrode is electrically connected to the connection electrode of the base. Also, in the type in which the lid and base are joined to the front and back surfaces of the crystal vibrating piece having the frame portion, various electrodes are formed on the base, and the excitation electrode and the extraction electrode are similarly formed on the crystal vibrating piece. Has been.
いずれのタイプであっても、リッドの接合にイオンビーム活性化接合法を適用する場合は、水晶振動片やベースに形成された電極は、イオンビームの照射により、アルゴンのスパッタリング作用によるエッチングと、チャンバー内壁を構成する金属元素の堆積が起こる。水晶振動片の電極のエッチング量ならびに金属付着量は、ウェハ内における水晶振動片の搭載位置、あるいは水晶振動片の形成位置により異なる。この分布は、水晶振動片の共振周波数変動量のウェハ面内分布と等価になる。電極のエッチング量が金属付着量より大きい領域では周波数変動量はプラス側にシフトし、逆に電極のエッチング量が、金属付着量より小さい領域では周波数変動量はマイナスにシフトしてしまう。水晶振動子の製造に当たってはウェハ接合後に、このような周波数変動が生じてしまうことは、製造歩留まりを低下させることになり問題である。 In any type, when the ion beam activated bonding method is applied to the lid bonding, the electrode formed on the crystal vibrating piece or the base is etched by the ion beam irradiation, and the etching by the sputtering action of argon, Deposition of the metal elements that make up the inner wall of the chamber occurs. The etching amount of the crystal vibrating piece electrode and the metal adhesion amount differ depending on the mounting position of the quartz vibrating piece in the wafer or the formation position of the quartz vibrating piece. This distribution is equivalent to the in-wafer distribution of the resonance frequency variation of the quartz crystal resonator element. In the region where the electrode etching amount is larger than the metal deposition amount, the frequency variation amount shifts to the plus side. Conversely, in the region where the electrode etching amount is smaller than the metal deposition amount, the frequency variation amount shifts to the minus side. In the manufacture of a crystal resonator, the occurrence of such frequency fluctuation after wafer bonding is a problem because it decreases the manufacturing yield.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、圧電振動片に形成された電極を被覆することにより信頼性を向上させるとともに、リッドの接合にイオンビーム活性化接合法等を適用した場合でも電極の不用意なエッチングを防止して、圧電振動片の共振周波数の変動を抑制し、不良品の発生を防止して製造歩留まりの高い圧電デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and improves the reliability by covering the electrode formed on the piezoelectric vibrating piece and applies an ion beam activated bonding method or the like to the bonding of the lid. The purpose of the present invention is to provide a piezoelectric device having a high manufacturing yield and a manufacturing method thereof by preventing inadvertent etching of the electrode, suppressing fluctuations in the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, preventing occurrence of defective products, and the like. And
本発明では、電極が形成された圧電振動片を含む圧電デバイスであって、圧電振動片は、電極を被覆するキャップ層が形成され、キャップ層は、電極よりもスパッタ率が小さい金属が用いられるとともに、その表面に保護膜が形成され、この保護膜は、金属の酸化物の膜、金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、及び金属の酸化物と他の金属との積層膜のうち、いずれか一つである。 In the present invention, a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece on which an electrode is formed, the piezoelectric vibrating piece is formed with a cap layer covering the electrode, and a metal having a sputtering rate smaller than that of the electrode is used for the cap layer. In addition, a protective film is formed on the surface, and the protective film includes a metal oxide film, a film in which a metal oxide and another metal are mixed, and a laminated film of a metal oxide and another metal. One of them.
また、互いに接合されるリッド及びベースを含み、圧電振動片は、リッド及びベースの少なくとも一方に形成された凹部に配置され、リッドとベースとは直接接合されたものでもよい。また、圧電振動片は、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結するアンカー部とを有し、枠部の表面及び裏面にそれぞれ接合されるリッド及びベースを含み、枠部とリッドとは直接接合されたものでもよい。また、キャップ層に用いられる金属として、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)のうちのいずれかを適用可能である。 The piezoelectric vibrating piece may include a lid and a base that are bonded to each other. The piezoelectric vibrating piece may be disposed in a recess formed in at least one of the lid and the base, and the lid and the base may be directly bonded. The piezoelectric vibrating piece includes a vibrating portion, a frame portion surrounding the vibrating portion, and an anchor portion that connects the vibrating portion and the frame portion, and includes a lid and a base that are respectively joined to the front surface and the back surface of the frame portion. In addition, the frame portion and the lid may be directly joined. Moreover, as a metal used for a cap layer, aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), hafnium (Hf), tantalum (Ta), Any of tungsten (W) is applicable.
さらに、本発明では、電極が形成された圧電振動片を含む圧電デバイスの製造方法であって、圧電振動片の電極を被覆するように、電極よりもスパッタ率が小さい金属によってキャップ層を形成させるキャップ形成工程と、キャップ層の表面に保護膜を形成させる保護膜形成工程と、を含み、保護膜は、金属の酸化物の膜、金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、及び金属の酸化物と他の金属との積層膜のうち、いずれか一つである。 Furthermore, in the present invention, a method of manufacturing a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece on which an electrode is formed, wherein a cap layer is formed of a metal having a sputtering rate smaller than that of the electrode so as to cover the electrode of the piezoelectric vibrating piece. A cap forming step, and a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the cap layer, wherein the protective film is a metal oxide film, a film in which a metal oxide and another metal are mixed, and One of the laminated films of a metal oxide and another metal.
また、圧電振動片をベースに載置させる載置工程と、イオンビーム活性化接合を用いて、ベースにリッドを接合させるリッド接合工程と、を含むものでもよい。また、圧電振動片として、振動部と、振動部を囲む枠部と、振動部と枠部とを連結するアンカー部とを有するものが用いられ、枠部の裏面にベースを接合させるベース接合工程と、イオンビーム活性化接合を用いて、枠部の表面にリッドを接合させるリッド接合工程と、を含むものでもよい。また、リッド接合工程は、真空雰囲気下で行われるものでもよい。 Further, a mounting step of mounting the piezoelectric vibrating piece on the base and a lid bonding step of bonding the lid to the base using ion beam activated bonding may be included. Also, as the piezoelectric vibrating piece, a base joining step is used in which a vibrating part, a frame part surrounding the vibrating part, and an anchor part that connects the vibrating part and the frame part are used, and the base is joined to the back surface of the frame part. And a lid bonding step of bonding a lid to the surface of the frame portion using ion beam activated bonding. Further, the lid bonding step may be performed in a vacuum atmosphere.
本発明によれば、圧電振動片に形成された電極をキャップ層で被覆することにより電極の破損等を防止して信頼性を向上させることができる。さらに、リッドの接合にイオンビーム活性化接合法等を適用した場合でも電極が不用意にエッチングされることを防止し、圧電振動片の共振周波数の変動を抑制して不良品の発生を防止でき、製造歩留まりを向上させることができる。 According to the present invention, by covering the electrode formed on the piezoelectric vibrating piece with the cap layer, the electrode can be prevented from being damaged and the reliability can be improved. Furthermore, even when an ion beam activated bonding method or the like is applied to the bonding of the lid, it is possible to prevent the electrodes from being etched carelessly and to suppress the fluctuation of the resonance frequency of the piezoelectric vibrating piece, thereby preventing the occurrence of defective products. The production yield can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態では、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、XYZ座標系を用いて図中の方向を説明する。このXYZ座標系においては、圧電振動片の表面に平行な平面をXZ平面とする。このXZ平面において圧電振動片の長手方向をX方向と表記し、X方向に直交する方向をZ方向と表記する。XZ平面に垂直な方向(圧電振動片の厚さ方向)はY方向と表記する。X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が+方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this. Further, in the following embodiments, in order to describe the embodiments in the drawings, the scale is appropriately changed and expressed by partially enlarging or emphasizing the description. In the following drawings, directions in the drawings will be described using an XYZ coordinate system. In this XYZ coordinate system, a plane parallel to the surface of the piezoelectric vibrating piece is defined as an XZ plane. In this XZ plane, the longitudinal direction of the piezoelectric vibrating piece is denoted as the X direction, and the direction orthogonal to the X direction is denoted as the Z direction. A direction perpendicular to the XZ plane (thickness direction of the piezoelectric vibrating piece) is expressed as a Y direction. In each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, the direction of the arrow in the figure is the + direction, and the direction opposite to the arrow direction is the − direction.
<第1実施形態>
(圧電デバイス100の構成)
第1実施形態に係る圧電デバイス100について図1及び図2を用いて説明する。図1(a)に示すように、圧電デバイス100は、リッド110と、ベース120と、圧電振動片130とで構成される圧電振動子である。リッド110及びベース120は、ホウケイ酸ガラスが用いられるが、これに限定されず、例えば、ソーダ石灰ガラスや、無アルカリガラス、石英などのガラスの他に、シリコンや、セラミックス等のアルミ化合物、もしくは、これらを主成分として各種材料が添加された材料などが用いられる。また、リッド110及びベース120は同一の材料が用いられることに代えて、異なる材料が用いられてもよい。ただし、同一の材料を用いる場合は、熱膨張係数が等しくなり、温度変化によって応力の発生を抑制できる。
<First Embodiment>
(Configuration of the piezoelectric device 100)
A
リッド110は、平面視では矩形状の板状部材であり、図1(a)に示すように、裏面側(−Y側の面)の中央部分には凹部111が設けられている。この凹部111を囲むように、後述するベース120との接合面110aが形成されている。接合面110aは、イオンビーム活性化接合による接合に適した十分な平坦性(典型的には、平均ラフネスRaが1nm程度)を有している。
The
ベース120は、リッド110と同様に平面視で矩形状の板状部材である。図1(b)に示すように、ベース120の表面(+Y側の面)120aにリッド110の接合面110aを接合させることにより、後述する圧電振動片130を収容するキャビティ(収容空間)140が形成される。なお、表面120aのうちリッド110の接合面110aと接合する部分は、接合面110aと同様に、イオンビーム活性化接合による接合に適した十分な平坦性(典型的には、平均ラフネスRaが1nm程度)を有している。
The
ベース120の表面120aの−X側には、Z方向に並んだ矩形状の接続電極122、123が形成されている。ベース120の裏面(−Y側の面)には、四隅のそれぞれに矩形状の外部電極124、及びダミー電極124a、124bが形成されている。なお、図1(a)では、−X側かつ−Z側の外部電極は、圧電振動片130の影に隠れた状態となっている。外部電極124は、基板に実装される際の一対の実装端子として用いられる。なお、ダミー電極124a、124bは、他の電極と電気的な接続はない。
On the −X side of the
接続電極122、123に対応する箇所には、それぞれベース120をY方向に貫通する貫通孔125が形成される。この貫通孔125のそれぞれには、貫通電極126が形成される。貫通電極126によって、接続電極122と外部電極124とが電気的に接続される。なお、接続電極123も同様に、不図示の貫通電極を介して外部電極と電気的に接続されている。
Through
接続電極122、123及び外部電極124は、導電性の金属膜が用いられる。金属膜としては、例えば、下地層としてクロム(Cr)や、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、あるいはニッケルクロム(NiCr)や、ニッケルチタン(NiTi)、ニッケルタングステン(NiW)合金を成膜し、その上に金(Au)や銀(Ag)を成膜した積層構造が採用される。貫通電極126は、ベース120の貫通孔125を銅メッキ等により充填して形成される。
The
圧電振動片130は、図2(a)に示すように、X方向に長辺、Z方向に短辺を有する矩形の板状の部材から形成されている。圧電振動片130には、例えばATカットの水晶振動片が用いられている。ATカットは、水晶振動子や水晶発振器等の圧電デバイスが常温付近で使用されるにあたって良好な周波数特性が得られる等の利点があり、人工水晶の3つの結晶軸である電気軸、機械軸及び光学軸のうち、光学軸に対して結晶軸周りに35°15′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。
As shown in FIG. 2A, the piezoelectric vibrating
圧電振動片130の表面(+Y側の面)には、矩形状の励振電極131が形成され、裏面(−Y側の面)には、同じく矩形状の励振電極132が形成される。励振電極131、132は、圧電振動片130をY方向に挟んで対向した状態で配置され、ほぼ同一の大きさに形成されている。これら励振電極131、132に所定の交流電圧が印加されることにより、圧電振動片130は所定の振動数で振動する。なお、圧電振動片130の表面及び裏面の少なくとも一方に、周辺部より中層部分を厚肉としたメサが形成されてもよく、このメサが形成された場合は、励振電極131、132はメサに対応して形成される。
A
圧電振動片130の表面及び裏面には、励振電極131、132とそれぞれ電気的に接続する引出電極133、134が形成される。引出電極133は、圧電振動片130の表面において励振電極131から−X方向に引き出されて形成される。引出電極134は、圧電振動片130の裏面において励振電極132から−X方向に引き出されて形成される。なお、引出電極133と引出電極134とは、電気的に接続されない。また、引出電極133は、圧電振動片130の−X側の端部等から裏面側に回り込むように引き出されてもよい。
Lead
励振電極131、132及び引出電極133、134は、導電性の金属膜により形成される。この金属膜としては、図2(b)に示すように、水晶材との密着性を高めるためにクロム(Cr)や、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、あるいはニッケルクロム(NiCr)や、ニッケルチタン(NiTi)、ニッケルタングステン(NiW)合金などからなる下地層131a、132aと、金(Au)や銀(Ag)などからなる主電極層131b、132bとの2層構造が採用される。
また、励振電極131、132上には、図2(b)に示すように、それぞれの励振電極131、132を被覆するようにキャップ層141、142が形成される。キャップ層141、142は、励振電極131、132とほぼ同一の大きさで形成されるが、これら励振電極131、132の側面を含めて覆うように、やや大きめの領域に形成されてもよい。さらに、キャップ層141、142は、引出電極133、134上に形成されてもよい。この場合、引出電極133、134のうち、後述する導電性接着剤150、151が塗布される領域にはキャップ層141、142は形成されない。また、キャップ層141、142の膜厚に特に制限はないが、数nm〜数10nmに設定される。
Further, as shown in FIG. 2B, cap layers 141 and 142 are formed on the
キャップ層141、142は、図2(b)に示すように、金属層141a、142aと、これら金属層141a、142a上に形成された保護膜141b、142bとで構成される。金属層141a、142aには、励振電極131、132の主電極層131b、132bで用いられた金属よりもスパッタ率が小さい金属が用いられる。金属層141a、142aに用いられる金属としては、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)である。
As shown in FIG. 2B, the cap layers 141 and 142 include
アルゴンイオンビーム(アルゴンビーム)の照射によるスパッタエッチング作用は次のとおりである。イオンビームを鉛直方向から照射させた場合、銀のスパッタ率を1とすると、金のそれは0.71であり、アルミニウムは0.36、チタンは0.17、バナジウムは0.21、ジルコニウムは0.22、ニオブは0.19、モリブデンは0.19、ハフニウムは0.24、タンタルは0.18、タングステンは0.18である。いずれの金属も主電極層131b、132bの金や銀よりスパッタ率が小さい。なお、励振電極131、132のスパッタによる周波数変動量は、スパッタによりエッチングされた質量に比例するので、例えば、密度が小さいアルミニウムやチタンのように、スパッタ率と密度の積が小さい金属を金属層141a、142aとして用いることにより、周波数変動量をより小さくできるといった利点がある。
The sputter etching action by irradiation with an argon ion beam (argon beam) is as follows. When the ion beam is irradiated from the vertical direction, assuming that the sputtering rate of silver is 1, that of gold is 0.71, aluminum is 0.36, titanium is 0.17, vanadium is 0.21, and zirconium is 0. .22, niobium is 0.19, molybdenum is 0.19, hafnium is 0.24, tantalum is 0.18, and tungsten is 0.18. Both metals have a sputtering rate smaller than that of gold or silver of the main electrode layers 131b and 132b. Since the frequency fluctuation amount due to sputtering of the
保護膜141b、142bは、金属層141a、142aに用いられる金属の酸化物の膜、または、この金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、または、この金属の酸化物と他の金属との積層膜である。他の金属とは、例えば、鉄(Fe)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)であり、後述するイオンビーム活性化接合装置10のイオンソース本体の部材や接合チャンバーの構成材料として用いられている。酸化物の膜等は、主電極層131b、132bで用いられた金属(金や銀)よりもスパッタ率が小さく、さらに、キャップ層141、142で用いられた金属よりもスパッタ率が小さい。なお、酸化物の膜は、例えば、金属層141a、142aの金属が大気中の酸素により酸化して形成された自然酸化膜である。
The
この圧電振動片130は、図1に示すように、導電性接着剤150、151によりベース120の表面120aに支持される。この導電性接着剤150を介して引出電極134と接続電極122とが電気的に接続され、導電性接着剤151を介して引出電極133と接続電極123とが電気的に接続される。そして、リッド110とベース120とが接合されることにより、圧電振動片130は、キャビティ140に収容された状態となる。キャビティ140内は、真空雰囲気または窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で密封される。なお、リッド110の接合面110aとベース120の表面120aとは、接合材等を介さずに直接接合されている。
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating
このように、圧電デバイス100によれば、励振電極131、132上にキャップ層141、142が形成されるため、励振電極131、132はスパッタ率が小さなキャップ層141、142に被覆されることにより破損等が防止され、信頼性を向上させることができる。
Thus, according to the
(圧電デバイス100の製造方法)
次に、圧電デバイス100の製造方法について、図3を用いて説明する。この圧電デバイス100は、いわゆるウェハレベルパッケージングの手法で製造される。圧電振動片130の製造に際しては、圧電ウェハAW1から個々を切り出す多面取りが行われる。先ず、図3(a)に示すように、圧電ウェハAW1が用意される。圧電ウェハAW1は、水晶結晶体からATカットにより切り出される。
(Method for Manufacturing Piezoelectric Device 100)
Next, a method for manufacturing the
次に、圧電ウェハAW1は、エッチングや切削等により厚さ(Y軸方向の幅)が薄くなるように形成され、所望の周波数特性を備えるように調整される。なお、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により、周辺部に対して中央部分を厚肉としたメサが形成されてもよい。次に、圧電ウェハAW1(圧電振動片130)の表面及び裏面に励振電極131、132が形成される。
Next, the piezoelectric wafer AW1 is formed so as to have a small thickness (width in the Y-axis direction) by etching, cutting, or the like, and is adjusted to have a desired frequency characteristic. Note that a mesa having a thick central portion with respect to the peripheral portion may be formed by photolithography, etching, or the like. Next,
励振電極131、132は、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等によりニッケルクロム等の下地層131a、132aが成膜され、次いで金等の主電極層131b、132bが成膜されて形成される。なお、メタルマスク等を用いることに代えて、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により励振電極131、132がパターニングされてもよい。引出電極133、134は、励振電極131、132と同時に形成されるが、励振電極131、132とは別に形成されてもよい。
次に、励振電極131、132上にキャップ層141、142が形成される。キャップ層141、142は、先ず、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着や、フォトリソグラフィ法及びエッチング等によりアルミニウム等の金属層141a、142aを形成させ(キャップ形成工程)、次いで、この金属層141a、142aの成膜面を大気に曝すことにより自然酸化膜を形成させる。この自然酸化膜は保護膜141b、142bとなる(保護膜形成工程)。なお、保護膜141b等は、大気に曝して形成させることに限定されず、蒸着等により形成させてもよい。このキャップ層141、142の形成後、圧電ウェハAW1をスクライブラインに沿ってダイシングすることにより、個々の圧電振動片130が完成する。
Next, cap layers 141 and 142 are formed on the
リッド110及びベース120は、圧電振動片130と同様に、リッドウェハLW1及びベースウェハBW1から個々を切り出す多面取りが行われる。これらリッドウェハLW1及びベースウェハBW1としては、例えば、ホウケイ酸ガラスが用いられる。リッドウェハLW1は、キャビティ140を形成するための凹部111が、サンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。一方、ベースウェハBW1には、貫通孔125等がサンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。
Similarly to the piezoelectric vibrating
ベースウェハBW1は、例えば銅めっき等により貫通孔125等を充填して貫通電極126等が形成される。この貫通電極126等と電気的に接続するように、ベースウェハBW1の表面に接続電極122、123が形成され、裏面に外部電極124が形成される。同時にダミー電極124a、124bも形成される。接続電極122、123及び外部電極124は、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により、ニッケルタングステン等の下地層の上に金や銀が成膜されて形成される。
The base wafer BW1 is filled with the through
次に、ベースウェハBW1上には、個々の圧電振動片130が導電性接着剤150、151により搭載される(載置工程)。この導電性接着剤150、151によって、圧電振動片130の励振電極131、132と外部電極124とが電気的に接続される。次に、リッドウェハLW1は、イオンビーム活性化接合によりベースウェハBW1に接合される(リッド接合工程)。具体的な接合方法について以下に説明する。
Next, the individual piezoelectric vibrating
イオンビーム活性化接合は、図4に示すように、イオンビーム活性化接合装置10が用いられる。イオンビーム活性化接合装置10は、図4に示すように、真空チャンバー20と、ウェハホルダを持つアライメントステージ30と、ウェハホルダを持つ加圧機構40と、接合面に向かってイオンビームを照射するように配置されたイオン源50と、中性化電子源60と、を備えている。真空チャンバー20は、図示しない真空排気ポンプ(例えばターボ分子ポンプ)により排気されて、真空雰囲気に設定される。イオン源50と中性化電子源60には、それぞれマスフローメータを介してアルゴンガスが供給される。
In the ion beam activated bonding, an ion beam activated
リッドウェハLW1は、静電チャック等により加圧機構40のウェハホルダに保持され、ベースウェハBW1は、アライメントステージ30のウェハホルダに保持される。これにより、リッドウェハLW1とベースウェハBW1とは、互いの接合面が相対するように配置される。次に、チャンバー20内が所定の真空度になるまで真空排気された後、両ウェハに向かって、イオン源50からアルゴンビーム(イオンビーム)IBが照射される。なお、アルゴンビームIBは、中性化電子源60により中性化されている。
The lid wafer LW1 is held on the wafer holder of the
このアルゴンビームIBによって、リッドウェハLW1及びベースウェハBW1の表面はスパッタエッチングされて表面が清浄化される。このとき、イオン源50を構成するアノード等の部材は、アルゴンプラズマに曝されるためにスパッタされ、イオン源50から照射されるアルゴンビームIB中には、イオン源50の構成部材であるステンレスの成分である鉄やクロムが含まれる。また、イオン源50から照射されたアルゴンビームIBは大きな広がり角を有するため、リッドウェハLW1等のみならず、真空チャンバー20内壁のステンレスやアルミニウム合金製の部品をスパッタする。これにより、リッドウェハLW1等上には、鉄、クロム、アルミニウムなどが堆積する。すなわち、リッドウェハLW1及びベースウェハBW1の表面では、エッチング作用とデポジション作用が同時に進行することになる。従って、保護膜141b、142bは、金属層141a、142aに用いられた金属の酸化物の膜の他に、この酸化物と鉄、クロム、アルミニウム等が混合した膜や、この酸化物と鉄、クロム、アルミニウム等との積層膜といった形態となる。
By this argon beam IB, the surfaces of the lid wafer LW1 and the base wafer BW1 are sputter-etched to clean the surfaces. At this time, a member such as an anode constituting the
上記したように、圧電振動片130の励振電極131、132上に形成されたキャップ層141、142(保護膜141b、142b)は、励振電極131等に用いられた金や銀に比べスパッタ率が小さい。従って、励振電極131、132は、キャップ層141、142(保護膜141b、142b)によって被覆されるため、アルゴンビームIBの照射によって不用意にエッチングされることはない。
As described above, the cap layers 141 and 142 (
次に、所定の時間、アルゴンビームIBの照射を行った後、リッドウェハLW1とベースウェハBW1とのアライメントを行ってから、加圧機構40により、所定の荷重と圧接時間条件で、両ウェハを接合する。その後、接合されたウェハをイオンビーム活性化接合装置10から取り出し、スクライブラインに沿ってダイシングされることにより個々の圧電デバイス100が完成する。なお、リッドウェハLW1とベースウェハBW1との接合後にベースウェハBW1裏面の外部電極124等が形成されてもよい。
Next, after irradiating the argon beam IB for a predetermined time, the lid wafer LW1 and the base wafer BW1 are aligned, and then the two wafers are bonded by the
ところで、主電極材料である金や銀は、密度が大きく、かつスパッタ率が大きな金属であるため、イオンビーム活性化接合の際に、イオンビームが照射されてスパッタされると、圧電振動片130の周波数はプラス側に非常に大きくシフトする(共振周波数が高くなる)。しかも、エッチング量は、ウェハ面内のビーム強度に敏感であるため、ウェハ面内の周波数シフト量には大きな分布が生じることになる。一方、イオン源50の部材や真空チャンバー20の内壁がスパッタされることによって、これらの構成材料である鉄、クロム、アルミニウム等が励振電極131等上に堆積するが、これらの金属の密度は、金や銀に比べ小さく、かつ、膜厚は数ナノメートルであるため、圧電振動片130の周波数はマイナス側にわずかにシフトする(共振周波数が低くなる)。
By the way, since gold or silver as the main electrode material is a metal having a high density and a high sputtering rate, when the ion beam is irradiated and sputtered during the ion beam activated bonding, the piezoelectric vibrating
一方、キャップ層141等(保護膜141b等)は、スパッタ率が小さいことに加えて、図4に示すように、アルゴンビームIBの照射方向がリッドウェハLW等の鉛直方向からほぼ90°傾いた方向であるため、実質的なスパッタ率は著しく小さくなる。この結果、キャップ層141、142(保護膜141b、142b)は殆どエッチングされることなく、キャップ層141等上には、鉄、クロム、アルミニウムなどの金属堆積のみが生じることになる。
On the other hand, the
この金属付着量は、膜厚として数nmと小さく、かつ照射条件を適正化することによって、ウェハ面内で分布を持たず一定にすることができるため、接合後の圧電デバイス100の共振周波数は、ウェハ面内で均一にマイナス側への変動となる。この変動分を見込んで、接合前に行われる周波数調整工程において共振周波数を調整しておけば、接合後に、所望の共振周波数を有する圧電デバイス100を、ガラスによるウェハレベルパッケージングの手法によって高歩留まりで製造可能となる。
Since this metal adhesion amount is as small as several nm as a film thickness and can be made constant without having a distribution in the wafer surface by optimizing the irradiation conditions, the resonance frequency of the
このように、圧電デバイス100の製造方法によれば、圧電振動片130の励振電極131等が不用意にエッチングされることを防止し、圧電振動片130の共振周波数の変動を抑制して不良品の発生を防止できる。さらに、キャップ層141等の保護膜141b等が自然酸化膜である場合は、製造工程中に大気に曝すだけで形成されるため、特別な工程を追加する必要はない。
Thus, according to the method for manufacturing the
<第2実施形態>
続いて、第2実施形態について説明する。以下の説明において、第1実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図5は、第2実施形態に係る圧電デバイス200を示している。また、図5は、図1のA−A線に相当する線に沿った断面図を示している。この圧電デバイス200は、第1実施形態と同様の圧電振動片130が用いられている。
Second Embodiment
Next, the second embodiment will be described. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified. FIG. 5 shows a
圧電デバイス200は、リッド210及びベース220を有している。リッド210は、平面視では矩形状の板状部材であり、図5に示すように、裏面(−Y側の面)210aのうち、ベース220との接合部分は、イオンビーム活性化接合による接合に適した十分な平坦性(典型的には、平均ラフネスRaが1nm程度)を有している。
The
ベース220は、平面視で矩形状の板状部材であり、図5に示すように、表面側(+Y側の面)の中央部分には凹部221が設けられている。この凹部221を囲むように、リッド210との接合面220aが形成されている。これらリッド210及びベース220を接合させることにより、圧電振動片130を収容するキャビティ(収容空間)240が形成される。なお、接合面220aは、イオンビーム活性化接合による接合に適した十分な平坦性(典型的には、平均ラフネスRaが1nm程度)を有している。
The
ベース220の凹部221内には、接続電極222が形成され、ベース220の裏面には、外部電極224が形成される。ベース220をY方向に貫通する貫通孔225が設けられるとともに、この貫通孔225には、接続電極222と外部電極224とを電気的に接続する貫通電極226が形成される。また、ベース220の裏面には、ダミー電極224aが形成される。なお、接続電極222や外部電極224、貫通電極226は、第1実施形態の圧電デバイス100とほぼ同様である。
A
このように、圧電デバイス200によれば、第1実施形態と同様に圧電振動片130が用いられるため、励振電極131、132はキャップ層141、142に被覆されることにより破損等が防止され、信頼性を向上させることができる。また、圧電デバイス200の製造方法は、リッド210に凹部が形成されない点や、ベース220に凹部221が形成される点を除いて圧電デバイス100の製造方法とほぼ同様であり、励振電極131等が不用意にエッチングされることを防止して、圧電振動片130の共振周波数の変動を抑制して不良品の発生を防止できる。
As described above, according to the
<第3実施形態>
(圧電デバイス300の構成)
第3実施形態に係る圧電デバイス300について図6及び図7を用いて説明する。この圧電デバイス300は、図6(a)に示すように、圧電振動片330を挟むように、圧電振動片330の+Y側にリッド310が接合され、また、−Y側にベース320が接合される。リッド310及びベース320は、第1及び第2実施形態と同様に、例えばホウケイ酸ガラス等が用いられる。
<Third Embodiment>
(Configuration of piezoelectric device 300)
A
リッド310は、図6(a)及び(b)に示すように、矩形の板状に形成されており、裏面(−Y側の面)に形成された凹部311と、凹部311を囲む接合面310aとを有している。接合面310aは、後述する圧電振動片330の枠部332の表面(+Y側の面)332aに接合される。接合面310aと表面332aとは直接接合されている。なお、接合面310aと表面332aとは、イオンビーム活性化接合による接合に適した十分な平坦性(典型的には、平均ラフネスRaが1nm程度)を有している。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
ベース320は、同じく矩形の板状に形成されており、表面(+Y側の面)に形成された凹部321と、凹部321を囲む接合面320aとを有している。接合面320aは、圧電振動片330の枠部332の裏面(−Y側の面)332bと対向する。ベース320は、図8に示すように、接合面122と枠部132の裏面132bとの間に配置された接合材150により、圧電振動片130の裏面側(−Y側の面側)に接合される。接合面320aと表面332bとは直接接合される他に、低融点ガラスやポリイミド等の接合材が用いられてもよい。
The
図6に示すように、ベース320の表面の−X側の領域には、接続電極322、323が形成され、ベース320の裏面の−X側の領域には、外部電極324、325が形成される。また、ベース320には、Y方向に貫通する貫通電極326、327が形成される。貫通電極326によって接続電極322と外部電極324とが電気的に接続され、貫通電極327によって接続電極323と外部電極325とが電気的に接続される。なお、図6(b)に示すように、ベース320の裏面の+X側の領域には、ダミー電極324aが形成される。
As shown in FIG. 6,
これら接続電極322等や、外部電極324等、貫通電極326等は、第1及び第2実施形態と同様の金属が用いられる。また、接続電極322、323と外部電極324、325との接続として貫通電極326、327を用いることに限定されない。例えば、ベース320の角部や辺部に切り欠き(キャスタレーション)を形成させ、この切り欠きに電極を形成して接続電極322、323と外部電極324、325とを接続させてもよい。
The
圧電振動片330は、第1及び第2実施形態と同様に、例えばATカットの水晶材が用いられている。圧電振動片330は、図7(a)に示すように、所定の振動数で振動する振動部331と、振動部331を囲んだ枠部332と、振動部331と枠部332とを連結するアンカー部333とにより構成されている。振動部331と枠部332との間には、アンカー部333を除いて、Y軸方向に貫通する貫通穴334が形成されている。
For example, an AT-cut quartz material is used for the piezoelectric vibrating
振動部331は、矩形状に形成され、Y軸方向の厚さが枠部332と同一であるが、枠部332より薄く形成されてもよい。また、振動部331の周辺部に対して中央部分を厚肉としたメサが形成されてもよい。枠部332は、振動部331を囲んだ矩形状に形成され、表面332a及び裏面332bは、それぞれ、リッド310の接合面310a及びベース320の接合面320aと接合される。
The
振動部331の表面には励振電極335が形成され、この励振電極335から−X方向に向けてアンカー部333及び枠部332の表面まで引出電極337が形成される。さらに、引出電極337は、枠部332をY方向に貫通する貫通電極339を介して枠部332の裏面の引出電極337aに接続される。振動部331の裏面には励振電極336が形成され、この励振電極336から−X方向に向けてアンカー部333及び枠部332の裏面まで引出電極338が形成される。
An
励振電極335、336及び引出電極337、338等は、図7(b)に示すように、水晶材との密着性を高めるためにニッケルタングステン等の下地層335a、336aと、金等の主電極層335b、336bとの2層構造が採用される。下地層335a等や主電極層335b等に用いられる金属としては、第1及び第2実施形態と同様である。
As shown in FIG. 7B, the
励振電極335、336上には、図7(b)に示すように、それぞれの励振電極335、336を被覆するようにキャップ層341、342が形成される。キャップ層341、342は、励振電極335、336とほぼ同一の大きさで形成されるが、これら励振電極335、336の側面を含めて覆うように、やや大きめの領域に形成されてもよい。さらに、キャップ層341、342は、引出電極337、338上に形成されてもよい。この場合、引出電極337、338のうち、ベース320の接続電極322、323と接続される領域にはキャップ層341、342は形成されない。また、キャップ層341、342の膜厚に特に制限はないが、数nm〜数10nmに設定される。
As shown in FIG. 7B, cap layers 341 and 342 are formed on the
キャップ層341、342は、図7(b)に示すように、金属層341a、342aと、これら金属層341a、342a上に形成された保護膜341b、342bとで構成される。金属層341a、342aには、励振電極335、336の主電極層335b、336bで用いられた金属よりもスパッタ率が小さい金属が用いられる。金属層341a、342aに用いられる金属としては、例えば、アルミニウムなど第1及び第2実施形態と同様のものが用いられる。
As shown in FIG. 7B, the cap layers 341 and 342 include
保護膜341b、342bは、金属層341a、342aに用いられる金属の酸化物の膜、または、この金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、または、この金属の酸化物と他の金属との積層膜である。この保護膜341b、342bは、第1及び第2実施形態と同様のため説明を省略する。
The
この圧電振動片330は、図6に示すように、圧電振動片330の枠部332の表面332aにリッド310の接続面310aが直接接合されている。また、圧電振動片330の枠部332の裏面332bには、ベース320の接続面320aが接合されている。裏面332bと接続面320aとの接合は、直接接合の他に、接合材が用いられてもよい。圧電振動片330とベース320とが接合されることにより、引出電極337a、338と接続電極322、323とが電気的に接続される。なお、引出電極337a、338と接続電極322、323との間に導電性接着剤を介在させてもよい。そして、リッド310及びベース320が圧電振動片330に接合されることにより、圧電振動片330の振動部331は、キャビティ340に収容された状態となる。キャビティ340内は、真空雰囲気または窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で密封される。
As shown in FIG. 6, the
このように、圧電デバイス300によれば、励振電極335、336上にキャップ層341、342が形成されるため、励振電極335、336はスパッタ率が小さなキャップ層341、342に被覆されることにより破損等が防止され、信頼性を向上させることができる。
Thus, according to the
(圧電デバイス300の製造方法)
次に、圧電デバイス300の製造方法について、図8を用いて説明する。この圧電デバイス300は、上記した圧電デバイス100と同様に、ウェハレベルパッケージングの手法で製造される。リッド310、ベース320、及び圧電振動片330のいずれも各ウェハから個々を切り出す多面取りが行われる。リッドウェハLW2及びベースウェハBW2としては、例えば、ホウケイ酸ガラスが用いられる。圧電ウェハAW2は、水晶結晶体からATカットにより切り出された水晶片が用いられる。
(Method for Manufacturing Piezoelectric Device 300)
Next, a method for manufacturing the
リッドウェハLW2は、サンドブラストまたはウェットエッチングによって凹部311が形成される。一方、ベースウェハBW2は、サンドブラストまたはウェットエッチングによって凹部321が形成されるとともに貫通孔が形成される。ベースウェハBW2は、例えば銅めっき等により貫通電極326、327が形成される。この貫通電極326、327と電気的に接続するように、ベースウェハBW2の表面に接続電極322、323が形成され、裏面に外部電極324、325が形成される。同時にダミー電極324aも形成される。接続電極322、323及び外部電極324、325は、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により、ニッケルタングステン等の下地層の上に金や銀が成膜されて形成される。
The lid wafer LW2 has a
圧電ウェハAW2は、エッチングや切削等により厚さ(Y軸方向の幅)が薄くなるように調整される。なお、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により、振動部331の周辺部に対して中央部分を厚肉としたメサが形成されてもよい。次に、振動部331の表面及び裏面に励振電極335、336が形成される。励振電極335、336は、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等によりニッケルクロム等の下地層335a、336aが成膜され、次いで金等の主電極層335b、336bが成膜されて形成される。なお、メタルマスク等を用いることに代えて、フォトリソグラフィ法及びエッチング等により励振電極335、336がパターニングされてもよい。
The piezoelectric wafer AW2 is adjusted so that the thickness (width in the Y-axis direction) is reduced by etching, cutting, or the like. Note that a mesa having a thick central portion with respect to the peripheral portion of the
引出電極337、337a、338は、励振電極335、336と同時に形成される。貫通電極339は引出電極337、337a、338の形成に先だって、銅メッキ等により充填されて形成される。ただし、貫通電極339として充填されることに限定されず、貫通孔の壁面に導電性の金属膜が形成されたものでもよい。
The
次に、励振電極335、336上にキャップ層341、342が形成される。キャップ層341、342は、第1実施形態と同様に、先ず、アルミニウム等の金属層341a、342aを形成させ(キャップ形成工程)、次いで、この金属層341a、342aの成膜面を大気に曝すことにより自然酸化膜を形成させる。この自然酸化膜は保護膜341b、342bとなる(保護膜形成工程)。なお、保護膜341b等は、大気に曝して形成させることに限定されず、蒸着等により形成させてもよい。
Next, cap layers 341 and 342 are formed on the
次に、圧電ウェハAW2の裏面にベースウェハBW2が接合される。このとき、後に圧電振動片330の枠部332となる部分の裏面側に、ベース320の接合面320aが接合された状態となっている(ベース接合工程)。なお、両者の接合は、図4に示すイオンビーム活性化接合装置10を用いたイオンビーム活性化接合によって接合する他に、低融点ガラスやポリイミド等の接合材を用いた接合など、各種の接合方法が用いられる。圧電ウェハAW2にベースウェハBW2が接合された際に、引出電極337a、338と接続電極322、323とが電気的に接続される。
Next, the base wafer BW2 is bonded to the back surface of the piezoelectric wafer AW2. At this time, the joining
次に、ウェットエッチング等により、圧電ウェハAW2の一部をY方向に貫通させて貫通穴334を形成させる。これにより、圧電ウェハAW2には、振動部331と、振動部331を囲んだ枠部332と、振動部331と枠部332とを連結するアンカー部333とを備えた圧電振動片330が形成される。なお、貫通穴334の形成をベースウェハBW2の接合後に行っているが、接合前に行ってもよい。
Next, a through
次に、リッドウェハLW2は、イオンビーム活性化接合により圧電ウェハAW2の表面に接合される(リッド接合工程)。イオンビーム活性化接合は、第1実施形態と同様に図4に示すイオンビーム活性化接合装置10が用いられる。リッドウェハLW2は、加圧機構40のウェハホルダに保持され、圧電ウェハAW2(裏面にはベースウェハBW2が接合済み)は、アライメントステージ30のウェハホルダに保持される。リッドウェハLW2と圧電ウェハAW2とは、互いに相対した状態となっている。次に、チャンバー20内が真空排気された後、両ウェハに向かってイオン源50からアルゴンビームIBが照射される。
Next, the lid wafer LW2 is bonded to the surface of the piezoelectric wafer AW2 by ion beam activated bonding (lid bonding step). As in the first embodiment, ion beam activated
アルゴンビームIBによって、リッドウェハLW2及び圧電ウェハAW2の表面はスパッタエッチングされて表面が清浄化される。なお、圧電ウェハAW2等上には、鉄、クロム、アルミニウムなどが堆積する点は第1実施形態と同様である。従って、保護膜341b、342bは、金属層341a、342aに用いられた金属の酸化物の膜の他に、この酸化物と鉄、クロム、アルミニウム等が混合した膜や、この酸化物と鉄、クロム、アルミニウム等との積層膜といった形態となる。また、第1実施形態と同様に、キャップ層341、342(保護膜341b、342b)は、励振電極335等と比較してスパッタ率が小さいので、励振電極335、336は、アルゴンビームIBの照射によって不用意にエッチングされることはない。
The surfaces of the lid wafer LW2 and the piezoelectric wafer AW2 are sputter etched by the argon beam IB to clean the surfaces. Note that iron, chromium, aluminum, and the like are deposited on the piezoelectric wafer AW2 and the like as in the first embodiment. Therefore, the
次に、所定の時間、アルゴンビームIBの照射を行った後、リッドウェハLW2と圧電ウェハAW2とのアライメントを行ってから、加圧機構40により、所定の荷重と圧接時間条件で、両ウェハを接合する。その後、接合されたウェハをイオンビーム活性化接合装置10から取り出し、スクライブラインに沿ってダイシングされることにより個々の圧電デバイス300が完成する。
Next, after irradiating the argon beam IB for a predetermined time, the lid wafer LW2 and the piezoelectric wafer AW2 are aligned, and then both wafers are bonded by the
このように、圧電デバイス300の製造方法によれば、第1実施形態と同様に、励振電極335等が不用意にエッチングされることを防止し、圧電振動片330の共振周波数の変動を抑制して不良品の発生を防止できる。また、第1実施形態と同様に、イオンビーム活性化接合に際して金属付着量を見込んで共振周波数を調整しておけば、接合後に、所望の共振周波数を有する圧電デバイス300を、ガラスによるウェハレベルパッケージングの手法によって高歩留まりで製造可能となる。
As described above, according to the method for manufacturing the
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、圧電振動片130等に代えて音叉型の圧電振動片(水晶振動片)が用いられてもよい。また、圧電振動片130等として水晶振動片に限定されるものではなく、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムなど、他の圧電材料が用いられてもよい。また、圧電振動片130等に代えて、シリコンウェハを用いたMEMS(Micro
Electro Mechanical Systems)デバイスなどが用いられてもよい。また、圧電デバイスとして圧電振動子(水晶振動子)であることに限定されず、発振器であってもよい。発振器の場合は、IC等が搭載され、圧電振動片130等と電気的に接続される。さらに、リッドウェハLW1、LW2やベースウェハBW1、BW2としてATカット等の水晶片が用いられてもよい。
The embodiment has been described above, but the present invention is not limited to the above description, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece (crystal vibrating piece) may be used instead of the piezoelectric vibrating
Electro Mechanical Systems) devices may be used. Further, the piezoelectric device is not limited to a piezoelectric vibrator (quartz crystal vibrator), and may be an oscillator. In the case of an oscillator, an IC or the like is mounted and electrically connected to the piezoelectric vibrating
以下、実施例について説明する。実施例として、図1(b)に示すガラスパッケージ構造を有する26MHzの水晶振動子(圧電デバイス100)を用いた。圧電振動片としてATカットの水晶振動片が用いられ、励振電極131、132は、下地層131a、132aとしてクロム:30nm、主電極層131b、132bとして銀:150nm、で形成した。キャップ層141、142は、金属層141a、142aとしてアルミニウム:3nmで形成した。この水晶振動片を、図3に示すように、導電性ペーストにより6インチベースウェハBW1に搭載させた後、このベースウェハBW1と6インチリッドウェハLW1とを、図4に示すイオンビーム活性化接合装置10にて接合して、26MHz水晶振動子を作製した。なお、キャップ層141、142の保護膜141b等は、アルミニウムの成膜後に大気中に曝されることにより酸化膜として形成されている。
Examples will be described below. As an example, a 26 MHz crystal resonator (piezoelectric device 100) having the glass package structure shown in FIG. 1B was used. An AT-cut quartz crystal vibrating piece was used as the piezoelectric vibrating piece, and the
比較例として、キャップ層のない、クロム:30nm(下地層)/銀:150nm(主電極層)よりなる励振電極を持った26MHzのATカット水晶振動子についても、実施例と同じ工程を経て作製した。なお、電極材料は、電子ビーム蒸着法により成膜した。 As a comparative example, a 26 MHz AT-cut quartz crystal resonator having an excitation electrode made of chromium: 30 nm (underlayer) / silver: 150 nm (main electrode layer) without a cap layer is manufactured through the same process as the embodiment. did. The electrode material was formed by electron beam evaporation.
ベースウェハBW1とリッドウェハLW1の接合を行う前後での周波数変動量を測定し、周波数変動量の面内分布を実施例、比較例について比較した。なお、いずれも、水晶振動片をベースウェハBW1に搭載した段階で周波数調整を行ない、面内の周波数を26MHzに揃えてある。図9は、実施例、比較例について、6インチウェハ内で、イオン源50の中心軸に平行な方向に沿って周波数変動量の変化をプロットした図である。図9において、横軸のプラス方向がイオン源50側になる。
The amount of frequency fluctuation before and after bonding the base wafer BW1 and the lid wafer LW1 was measured, and the in-plane distribution of the frequency fluctuation amount was compared between the example and the comparative example. In both cases, the frequency is adjusted when the crystal vibrating piece is mounted on the base wafer BW1, and the in-plane frequency is set to 26 MHz. FIG. 9 is a diagram in which changes in the amount of frequency fluctuation are plotted in the 6-inch wafer along the direction parallel to the central axis of the
実施例は、ウェハ面内位置で約−30ppmと一定の周波数変動であるのに対し、比較例は、横軸のプラス方向(イオン源50に近い側)で、周波数変動量は+250ppmと大きく、中心に向かって減少し、ウェハ中心からイオン源50と反対方向の端に向かって、−30ppmに漸近してゆく。イオン源50に近い側では、金属付着よりはアルゴンビームによるエッチングが強いため、銀のエッチングが進む。銀は、スパッタ率が大きく、かつ密度が大きいため、周波数変動が顕著である。イオン源50から遠ざかるに従って(図9では、横軸のマイナス側に向かって)、エッチングの寄与が徐々に減り、金属付着による周波数変動の寄与が見えるようになる。
The embodiment has a constant frequency fluctuation of about −30 ppm at the wafer in-plane position, while the comparative example has a large frequency fluctuation amount of +250 ppm in the positive direction of the horizontal axis (side closer to the ion source 50). It decreases toward the center and gradually approaches −30 ppm from the wafer center toward the end opposite to the
本実施例では、アルミニウムのキャップ層141等のおかげで、銀の主電極層131b等のみならず、キャップ層141等に対するエッチング作用が極めて小さいため、6インチウェハ全体にわたって、金属付着に由来する周波数変動しか観測されない。本実施例においては、リッドウェハLW1とベースウェハBW1の接合前の周波数調整工程で、目標周波数の+30ppmに調整しておけば、接合後に26MHzの周波数を持つ水晶振動子を製造することができることになる。なお、本実施例では、キャップ層141等としてアルミニウムを用いたが、チタン、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステンについても同様の結果が得られた。
In this embodiment, thanks to the
10…イオンビーム活性化接合装置
100、200、300…圧電デバイス
110、210、310…リッド
120、220、320…ベース
130、330…圧電振動片
131、132、335、336…励振電極(電極)
141、142、341、342…キャップ層
141a、142a、341a、342a…金属層
141b、142b、341b、342b…保護層
331…振動部
332…枠部
333…アンカー部
DESCRIPTION OF
141, 142, 341, 342 ...
Claims (8)
前記圧電振動片は、前記電極を被覆するキャップ層が形成され、
前記キャップ層は、前記電極よりもスパッタ率が小さい金属が用いられるとともに、その表面に保護膜が形成され、
前記保護膜は、前記金属の酸化物の膜、前記金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、及び前記金属の酸化物と他の金属との積層膜のうち、いずれか一つである圧電デバイス。 A piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece on which an electrode is formed,
The piezoelectric vibrating piece has a cap layer that covers the electrode,
As the cap layer, a metal having a smaller sputtering rate than the electrode is used, and a protective film is formed on the surface thereof.
The protective film is any one of a film of the metal oxide, a film in which the metal oxide is mixed with another metal, and a laminated film of the metal oxide and another metal. A piezoelectric device.
前記圧電振動片は、前記リッド及び前記ベースの少なくとも一方に形成された凹部に配置され、
前記リッドと前記ベースとは直接接合される請求項1記載の圧電デバイス。 Including a lid and a base joined together,
The piezoelectric vibrating piece is disposed in a recess formed in at least one of the lid and the base,
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the lid and the base are directly bonded.
前記枠部の表面及び裏面にそれぞれ接合されるリッド及びベースを含み、
前記枠部と前記リッドとは直接接合される請求項1記載の圧電デバイス。 The piezoelectric vibrating piece includes a vibrating portion, a frame portion surrounding the vibrating portion, and an anchor portion that connects the vibrating portion and the frame portion,
Including a lid and a base respectively joined to the front surface and the back surface of the frame portion;
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the frame portion and the lid are directly joined.
前記圧電振動片の前記電極を被覆するように、前記電極よりもスパッタ率が小さい金属によってキャップ層を形成させるキャップ形成工程と、
キャップ層の表面に保護膜を形成させる保護膜形成工程と、を含み、
前記保護膜は、前記金属の酸化物の膜、前記金属の酸化物と他の金属とが混合した膜、及び前記金属の酸化物と他の金属との積層膜のうち、いずれか一つである圧電デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric device including a piezoelectric vibrating piece having electrodes formed thereon,
A cap forming step of forming a cap layer with a metal having a smaller sputtering rate than the electrode so as to cover the electrode of the piezoelectric vibrating piece;
A protective film forming step of forming a protective film on the surface of the cap layer,
The protective film is any one of a film of the metal oxide, a film in which the metal oxide is mixed with another metal, and a laminated film of the metal oxide and another metal. A method of manufacturing a piezoelectric device.
イオンビーム活性化接合を用いて、前記ベースにリッドを接合させるリッド接合工程と、を含む請求項5記載の圧電デバイスの製造方法。 A placing step of placing the piezoelectric vibrating piece on a base;
6. A method of manufacturing a piezoelectric device according to claim 5, further comprising a lid bonding step of bonding a lid to the base using ion beam activated bonding.
前記枠部の裏面にベースを接合させるベース接合工程と、
イオンビーム活性化接合を用いて、前記枠部の表面にリッドを接合させるリッド接合工程と、を含む請求項5記載の圧電デバイスの製造方法。 As the piezoelectric vibrating piece, one having a vibrating part, a frame part surrounding the vibrating part, and an anchor part that connects the vibrating part and the frame part is used,
A base joining step for joining a base to the back surface of the frame part;
A method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 5, further comprising: a lid bonding step of bonding a lid to the surface of the frame portion using ion beam activated bonding.
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