JP2015050761A - 圧電振動片、圧電デバイス、圧電振動片の製造方法、及び圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１枚のウエハからとれる圧電振動片の個数を増やし、製造コストが下げられた圧電振動片及び圧電振動片の製造方法を提供する。【解決手段】基部１１０と、基部上に形成される第１腕部１２０と、第１腕部上に形成される第２腕部１３０と、を有し、第１腕部の一方の端が基部及び第２腕部の一方の端に連結されている圧電振動片１００の製造方法は、第１保護膜層を形成する第１保護膜層形成工程と、第１腕部を構成する第１シリコン層を形成する第１シリコン層形成工程と、第１圧電体素子１４０を形成する第１圧電体素子形成工程と、第２保護膜層を形成する第２保護膜層形成工程と、第１腕部を構成する第２シリコン層を形成する第２シリコン層形成工程と、第２圧電体素子１５０を形成する第２圧電体素子形成工程と、第１保護膜層及び第２保護膜層の全てをエッチングにより除去する保護膜層除去工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、腕部が上下に重なるように形成された圧電振動片、圧電デバイス、圧電振動片の製造方法、及び圧電デバイスの製造方法に関する。

複数の腕部と、腕部の一端が連結される基部と、腕部の一面上に形成される圧電体素子と、を有する音叉型振動子が知られている。圧電体素子は、圧電体膜と圧電体膜を挟むように形成される一対の電極とにより構成される。例えば、特許文献１には、３本及び５本の腕部が形成された音叉型振動子が示されている。このような音叉型振動子では、小型化に伴う温度特性の低下が抑制され、腕部の本数を奇数とし隣接する腕部を互い違いに上下振動させることによりＱ値が高められる。

特開２００９−５０２３号公報

しかし、特許文献１では、圧電振動片の複数の腕部が横方向に並んで形成されるため圧電振動片の平面の面積が大きくなり、１枚のウエハからとれる圧電振動片の個数が少なくなって製造コストが増えるという問題がある。

本発明では、圧電振動片の平面の面積を小さくすることで１枚のウエハからとれる圧電振動片の個数を増やし、製造コストが下げられた圧電振動片、圧電デバイス、圧電振動片の製造方法、及び圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

第１観点の圧電振動片の製造方法は、平面状に形成される基部と、基部上に形成され第１方向に伸びる第１腕部と、第１腕部上に形成され第１方向に伸びる第２腕部と、を有し、第１腕部の一方の端が基部及び第２腕部の一方の端に連結されている圧電振動片の製造方法である。圧電振動片の製造方法では、複数の基部が形成される基板ウエハ上に第１保護膜層を形成する第１保護膜層形成工程と、第１保護膜層上に第１腕部を構成する第１シリコン層を形成する第１シリコン層形成工程と、第１シリコン層上に形成される第１下部電極膜、第１下部電極膜上に形成される第１圧電体膜、及び第１圧電体膜上に形成される第１上部電極膜により構成される第１圧電体素子を形成する第１圧電体素子形成工程と、第１圧電体素子上に第２保護膜層を形成する第２保護膜層形成工程と、第２保護膜層上に、第２腕部を構成する第２シリコン層を形成する第２シリコン層形成工程と、第２シリコン層上に形成される第２下部電極膜、第２下部電極膜上に形成される第２圧電体膜、及び第２圧電体膜上に形成される第２上部電極膜により構成される第２圧電体素子を形成する第２圧電体素子形成工程と、第１保護膜層及び第２保護膜層の全てをエッチングにより除去する保護膜層除去工程と、を有する。

第２観点の圧電振動片の製造方法は、第１観点において、各圧電振動片に形成される第１圧電体素子と第２圧電体素子とが同じ面積、同じ形状に形成され、互いに上下方向に全体が重なるように形成される。

第３観点の圧電振動片の製造方法は、第１観点において、第１腕部が第２腕部よりも第１方向に長く形成される。

第４観点の圧電振動片の製造方法は、第１観点から第３観点において、圧電振動片が基板ウエハに連結部を介して連結された状態で形成され、保護膜層除去工程の後に連結部を折ることにより圧電振動片を基板ウエハから切り離して圧電振動片を個片化する圧電振動片切り離し工程を有する。

第５観点の圧電デバイスの製造方法では、圧電振動片が、基部、第１腕部、及び第２腕部を含んで構成される振動部と、振動部の周囲を囲むように形成される枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部と、により構成され、圧電振動片がベース板及びリッド板に挟まれて形成される。また、圧電デバイスの製造方法は、第１観点から第３観点おいて、基板ウエハ上に圧電振動片が形成された後に基板ウエハとベース板が形成されたベース板ウエハとを接合するベース板ウエハ接合工程と、基板ウエハとリッド板が形成されたリッド板ウエハとを接合するリッド板ウエハ接合工程と、基板ウエハ、ベース板ウエハ、及びリッド板ウエハを切断する切断工程と、を有する。

第６観点の圧電振動片は、平面状に形成される基部と、第１方向に伸びるように形成され、一方の端が基部上に固定され、他方の端が固定されていない自由端の第１腕部と、第１方向に伸びるように形成され、一方の端が第１腕部の一方の端上に固定され、他方の端が固定されていない自由端の第２腕部と、第１腕部の一方の面上に形成される第１下部電極膜、第１下部電極膜上に形成される第１圧電体膜、及び第１圧電体膜上に形成される第１上部電極膜により構成される第１圧電体素子と、第２腕部の一方の面上に形成される第２下部電極膜、第２下部電極膜上に形成される第２圧電体膜、及び第２圧電体膜上に形成される第２上部電極膜により構成される第２圧電体素子と、を含んで形成される。

第７観点の圧電振動片は、第６観点において、第１圧電体素子と第２圧電体素子とが同じ面積、同じ形状に形成され、互いに上下方向に全体が重なるように形成される。

第８観点の圧電振動片は、第６観点において、第１腕部が第２腕部よりも第１方向に長く形成される。

第９観点の圧電振動片は、第６観点から第８観点において、基部と、第１腕部と、第２腕部と、第１圧電体素子と、第２圧電体素子と、を含んで形成される振動部と、振動部の周囲を囲むように形成される枠部と、振動部と枠部とを連結する連結部と、を有する。

第１０観点の圧電デバイスは、第９観点の圧電振動片と、枠部の一方の面に接合されるベース板と、枠部の他方の面に接合されるリッド板と、を有する。

本発明の圧電振動片及び圧電振動片の製造方法によれば、圧電振動片の平面の面積を小さくすることで１枚のウエハからとれる圧電振動片の個数を増やし、製造コストを下げることができる。

（ａ）は、圧電振動片１００の斜視図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 圧電振動片１００が形成されたウエハＷ１００の平面図である。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。 圧電デバイス２００の分解斜視図である。 （ａ）は、圧電振動片２３０の平面図である。 （ｂ）は、図９のＣ−Ｃ断面図である。 圧電デバイス２００の製造方法を説明したフローチャートである。 基板ウエハＷ２３０の平面図である。 ベース板ウエハＷ２２０の平面図である。 リッド板ウエハＷ２１０の平面図である。 （ａ）は、圧電振動片３００の斜視図である。 （ｂ）は、図１５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（第１実施形態）
＜圧電振動片１００の構成＞
図１（ａ）は、圧電振動片１００の斜視図である。圧電振動片１００は、基部１１０と、一方の端が基部１００上に固定される第１腕部１２０と、一方の端が第１腕部１２０上に固定される第２腕部１３０と、第１腕部１２０上に形成される第１圧電体素子１４０と、第２腕部１３０上に形成される第２圧電体素子１５０と、により形成されている。以下の説明では、第１腕部１２０及び第２腕部１３０が伸びる方向をＹ軸方向、基部１１０、第１腕部１２０、及び第２腕部１３０が重なる方向をＺ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。

基部１１０は、Ｙ軸方向に伸びた平面状に形成されており、基部１１０の−Ｚ軸側の面には外部電極１７１及び外部電極１７２が形成されている。また、第１腕部１２０は−Ｙ軸側の端が基部１１０上に固定され、＋Ｙ軸側の端が固定されない自由端となっている。第２腕部１３０は、−Ｙ軸側の端が第１腕部１２０上に固定され、＋Ｙ軸側の端が固定されない自由端となっている。第１腕部１２０の＋Ｚ軸側の面には第１圧電体素子１４０が形成され、第２腕部１３０の＋Ｚ軸側の面には第２圧電体素子１５０が形成されており、第１圧電体素子１４０及び第２圧電体素子１５０からはそれぞれ一対の電極が引き出され、基部１１０、第１腕部１２０、及び第２腕部１３０を貫通する貫通電極１６１及び貫通電極１６２を介して外部電極１７１（図１（ｂ）参照）及び外部電極１７２に電気的に接続されている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。第１圧電体素子１４０は、第１腕部１２０上に形成される第１下部電極膜１４１と、第１下部電極膜１４１上に形成される第１圧電体膜１４２と、第１圧電体膜１４２上に形成される第１上部電極膜１４３と、により構成されている。また、第２圧電体素子１５０は、第２腕部１３０上に形成される第２下部電極膜１５１と、第２下部電極膜１５１上に形成される第２圧電体膜１５２と、第２圧電体膜１５２上に形成される第２上部電極膜１５３と、により構成されている。圧電振動片１００では、第１上部電極膜１４３と第２下部電極膜１５１とが貫通電極１６１を介して電気的に接続され、さらに基板１１０の−Ｚ軸側の面の−Ｙ軸側に形成される外部電極１７１に電気的に接続される。また、第１下部電極膜１４１と第２上部電極膜１５３とが貫通電極１６２を介して電気的に接続され、さらに基板１１０の−Ｚ軸側の面の＋Ｙ軸側に形成される外部電極１７２に電気的に接続される。貫通電極１６２と外部電極１７２とは、貫通電極１６２が基板１１０の−Ｚ軸側の面に引き出され、さらに基板１１０の−Ｚ軸側の面を−Ｙ軸側から＋Ｙ軸側に引き出されることにより接続される。図１（ｂ）では、後述されるＳｉＮ膜１８４（図３（ｃ）参照）が省略されて示されている。

圧電振動片１００は、外部電極１７１と外部電極１７２とに交番電圧が印加されることにより、第１腕部１２０及び第２腕部１３０がＺ軸方向の上下に振動する。第１圧電体素子１４０と第２圧電体素子１５０とでは上部電極と下部電極との電位が逆になるため、第１腕部１２０と第２腕部１３０との振動方向が逆になる。すなわち、第１腕部１２０が＋Ｚ軸側に振動した場合には第２腕部１３０が−Ｚ軸方向に振動し、第１腕部１２０が−Ｚ軸側に振動した場合には第２腕部１３０が＋Ｚ軸方向に振動する。

＜圧電振動片１００の製造方法＞
図２は、圧電振動片１００が形成された基板ウエハＷ１１０の平面図である。基板ウエハＷ１１０には複数の圧電振動片１００がＸ軸方向及びＹ軸方向に並んで形成されている。各圧電振動片１００の周りには貫通溝１８１が形成されている。また、各圧電振動片１００は各圧電振動片１００の−Ｙ軸側に形成される連結部１８２により基板ウエハＷ１１０に連結されている。

図３から図８は、圧電振動片１００の製造工程が示されたフローチャートである。図３から図７では各ステップの右側に基板ウエハＷ１１０の部分断面図が示されている。この部分断面図は、図２のＢ−Ｂ断面を含む断面図である。また、一部のステップでは、ウエハＷ１００の部分断面図と共に、図２の基板ウエハＷ１１０の点線１９０の拡大平面図が示されている。

図３のステップＳ１０１では、基板ウエハＷ１１０に貫通溝１８１及び貫通溝１８３が形成される。図３（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面の一部に含まれる基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。図３（ｂ）は、図２の点線１９０における基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。基板ウエハＷ１１０は基板１１０を構成するウエハであり、多結晶シリコンで形成されている。ステップＳ１０１ではこの基板ウエハＷ１１０に、貫通溝１８１と、貫通電極１６１及び貫通電極１６２を形成するための貫通溝１８３と、がエッチングにより形成される。

ステップＳ１０２では、基板ウエハＷ１１０に窒化ケイ素（ＳｉＮ）膜１８４が形成される。図３（ｃ）は、ＳｉＮ膜１８４が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。基板ウエハＷ１１０上には様々な膜が形成されるが、これらの膜の形成過程で基板ウエハＷ１１０が損傷等を受けないように、基板ウエハＷ１１０を覆うようにＳｉＮ膜１８４を形成する。ＳｉＮ膜１８４の形成は、例えばＳｉＮを基板ウエハＷ１１０にスパッタすることにより成膜する。ステップＳ１０２は、ＳｉＮ膜形成工程である。

ステップＳ１０３では、基板ウエハＷ１１０に第１保護膜層１８５が形成される。図３（ｄ）は、第１保護膜層１８５が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第１保護膜層１８５は、例えばＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）を基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面にスパッタすることにより成膜される。ステップＳ１０３は第１保護膜層形成工程である。

ステップＳ１０４では、第１保護膜層１８５がエッチングされる。図３（ｅ）は、第１保護膜層１８５がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。また、図３（ｆ）は、第１保護膜層１８５がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。ステップＳ１０４では、基板ウエハＷ１１０の圧電振動片１００が形成される領域以外の領域及び圧電振動片１００が形成される領域において第１腕部１２０と基板１１０とが接触する領域の第１保護膜層１８５がエッチングされることにより除去される。ステップＳ１０４におけるエッチングは、例えば第１保護膜層１８５の表面にフォトレジスト（不図示）を塗布し、所定のマスク（不図示）を介してフォトレジストを露光及び現像し、フォトレジストから露出した領域の第１保護膜層１８５をフッ化水素の水溶液であるフッ酸でエッチングすることにより行う。ステップＳ１０４は、第１保護膜層エッチング工程である。

図４のステップＳ１０５では、第１シリコン層１８６が形成される。図４（ａ）は、第１シリコン層１８６が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第１シリコン層１８６は、シリコンをＬＰＣＶＤ（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面の全体に成膜することにより形成される。ステップＳ１０５は、第１シリコン層形成工程である。

ステップＳ１０６では、第１シリコン層１８６がエッチングされる。図４（ｂ）は、第１シリコン層１８６がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。また、図４（ｃ）は、第１シリコン層１８６がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。第１シリコン層１８６は、貫通溝１８１、貫通溝１８３、及び基板ウエハＷ１１０の圧電振動片１００が形成されない領域がエッチングされる。ステップＳ１０６のエッチングは、例えば第１シリコン層１８６の表面にフォトレジストを塗布し、所定のマスクを介してフォトレジストを露光及び現像し、フォトレジストから露出した領域の第１シリコン層１８６をＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等の弱アルカリのエッチング液でエッチングすることにより行う。これにより、第１腕部１２０が形成される。ステップＳ１０６は、第１シリコン層エッチング工程である。

ステップＳ１０７では、基板ウエハＷ１１０に第１金属膜１８７が形成される。図４（ｄ）は、第１金属膜１８７が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第１金属膜１８７は、例えばモリブデン（Ｍｏ）により構成される。また、第１金属膜１８７は、例えばスパッタリングにより基板ウエハＷ１１０の全面に形成される。ステップＳ１０７は、第１金属膜形成工程である。

図５のステップＳ１０８では、第１金属膜１８７がエッチングされる。図５（ａ）は、第１金属膜１８７がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。図５（ｂ）は、第１金属膜１８７がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。第１金属膜１８７は、例えば第１金属膜１８７の表面にフォトレジストを塗布し、所定のマスクを介してフォトレジストを露光及び現像してフォトレジストから露出した領域が、硝酸とリン酸との混合液等によりエッチングされる。これにより、基板ウエハＷ１１０に第１下部電極１４１、外部電極１７１、１７２、及び貫通電極１６１、１６２の一部が形成される。図５（ａ）及び図５（ｂ）では、図１（ｂ）に合わせて第１金属膜１８７のハッチングを変えて表示している。ステップＳ１０７は、第１金属膜エッチング工程である。

ステップＳ１０９では、圧電体膜１８８が形成される。図５（ｃ）は、圧電体膜１８８が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。圧電体膜１８８は、例えばＺｎＯ、ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ_３、又はＫＮｂＯ_３により構成される。また、圧電体膜１８８は、例えばスパッタリングにより基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面に形成される。ステップＳ１０９は、圧電体膜形成工程である。

ステップＳ１１０では、圧電体膜１８８がエッチングされる。図５（ｄ）は、圧電体膜１８８がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。図５（ｅ）は、圧電体膜１８８がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。圧電体膜１８８は、例えば圧電体膜１８８の表面にフォトレジストを塗布し、所定のマスクを介してフォトレジストを露光及び現像してフォトレジストから露出した領域が、エッチングされる。また、圧電体膜１８８にＡｌＮが使用される場合には、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）をエッチング液として用いることができる。これにより、基板ウエハＷ１１０に第１圧電体膜１４２が形成される。ステップＳ１１０は圧電体膜エッチング工程である。

図６のステップＳ１１１では、第２金属膜１８９が形成される。図６（ａ）は、第２金属膜１８９が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第２金属膜１８９は、第１金属膜１８７と同じように、例えばモリブデン（Ｍｏ）により構成される。また、第２金属膜１８９は、スパッタリングにより基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面に形成される。ステップＳ１１１は、第２金属膜形成工程である。

ステップＳ１１２では、第２金属膜１８９がエッチングされる。図６（ｂ）は、第２金属膜１８９がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。図６（ｃ）は、第２金属膜１８９がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。第２金属膜１８９は、例えば第２金属膜１８９の表面にフォトレジストを塗布し、所定のマスクを介してフォトレジストを露光及び現像してフォトレジストから露出した領域が、硝酸とリン酸との混合液等によりエッチングされる。これにより、基板ウエハＷ１１０に第１上部電極１４３が形成される。ステップＳ１１２は、第２金属膜エッチング工程である。また、ステップＳ１０７からステップＳ１１２は、第１圧電体素子１４０を形成する第１圧電体素子形成工程である。

ステップＳ１１３では、第２保護膜層１９１が形成される。図６（ｄ）は、第２保護膜層１９１が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第２保護膜層１９１は、第１保護膜層形成工程（ステップＳ１０３参照）と同様に、ＰＳＧを基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面にスパッタすることにより成膜される。ステップＳ１１３は第２保護膜形成工程である。

ステップＳ１１４では、第２保護膜層１９１がエッチングされる。図６（ｅ）は、第２保護膜層１９１がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。ステップＳ１１４におけるエッチングは、例えば第２保護膜層１９１の表面にフォトレジスト（不図示）を塗布し、所定のマスク（不図示）を介してフォトレジストを露光及び現像し、フォトレジストから露出した領域の第２保護膜層１９１をフッ化水素の水溶液であるフッ酸でエッチングすることにより行う。ステップＳ１１４は、第２保護膜層エッチング工程である。

図７のステップＳ１１５では、第２シリコン層１９２が形成される。図７（ａ）は、第２シリコン層１９２が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第２シリコン層１９２は、シリコンをＬＰＣＶＤにより基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面の全体に成膜することにより形成される。ステップＳ１１５は、第２シリコン層形成工程である。

ステップＳ１１６では、第２シリコン層１９２がエッチングされる。図７（ｂ）は、第２シリコン層１９２がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。また、図７（ｃ）は、第２シリコン層１９２がエッチングされた基板ウエハＷ１１０の拡大平面図である。第２シリコン層１９２は、貫通溝１８１、貫通溝１８３、及び圧電振動片１００が形成されない基板ウエハＷ１１０の領域がエッチングされる。ステップＳ１１６のエッチングは、例えば第２シリコン層１９２の表面にフォトレジストを塗布し、所定のマスクを介してフォトレジストを露光及び現像し、フォトレジストから露出した領域の第２シリコン層１９２をＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等の弱アルカリのエッチング液でエッチングすることにより行う。これにより、第２腕部１３０が形成される。ステップＳ１１６は、第２シリコン層エッチング工程である。

ステップＳ１１７では、第２圧電体素子１５０が形成される。図７（ｄ）は、第２圧電体素子１５０が形成された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第２圧電体素子１５０は第１圧電体素子１４０と同様に、ステップＳ１０７からステップＳ１１２と同様の工程を経ることにより形成される。ステップＳ１１７は、第２圧電体素子形成工程である。

図８のステップＳ１１８では、第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１がエッチングにより除去される。図８（ａ）は、第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１がエッチングされて除去された基板ウエハＷ１１０の部分断面図である。第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１の除去は、フッ化水素の水溶液であるフッ酸でエッチングすることにより行う。第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１を構成するＰＳＧはフッ酸で容易にエッチングされるため、圧電振動片１００の側面に露出した第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１を介して第１保護膜層１８５及び第２保護膜層１９１の全体を容易に除去することができる。ステップＳ１１８は、保護膜層除去工程である。

ステップＳ１１９では、圧電振動片１００が基板ウエハＷ１１０から折り取られる。図８（ｂ）は、基板ウエハＷ１１０から折り取られた圧電振動片１００の断面図である。各圧電振動片１００は、連結部１８２を折ることにより基板ウエハＷ１１０から切り離される。これにより、各圧電振動片１００が基板ウエハＷ１１０から個々に分離される。ステップＳ１１９は、圧電振動片切り離し工程である。

従来の圧電振動片では、複数の腕部が平行に並んで形成されるため圧電振動片の平面の面積が大きくなり、１枚のウエハから作製することができる圧電振動片の個数が少なくなる。これに対して圧電振動片１００では、圧電振動片の上下方向（Ｚ軸方向）に腕部が並ぶように形成されることで、平面の面積が小さくなるように形成することができる。これにより、１枚のウエハから作製することができる圧電振動片の個数を多くすることができ、製造コストの上昇を抑えることができる。

（第２実施形態）
圧電振動片は、圧電振動片がウエハに連結された状態で圧電振動片にベース板及びリッド板が接合され、圧電デバイスとして形成されても良い。以下に圧電デバイスとして形成された圧電デバイス２００について説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同じ部分については第１実施形態と同じ番号を付してその説明を省略する。

＜圧電デバイス２００の構成＞
図９は、圧電デバイス２００の分解斜視図である。圧電デバイス２００は、ベース板２２０と、リッド板２１０と、圧電振動片２３０と、により形成されている。圧電振動片２３０は、振動部２３１と、枠部２３２と、連結部２３３（図１０（ａ）参照）と、により形成されている。振動部２３１には外部電極が形成されないが、その他の形状は圧電振動片１００とほぼ同様の形状に形成される。また、振動部２３１を囲むように枠部２３２が形成され、振動部２３１と枠部２３２とが連結部２３３により連結されている。

圧電振動片２３０の−Ｚ軸側の面にはベース板２２０が配置される。ベース板２２０の＋Ｚ軸側の面には、−Ｚ軸方向に凹んだ凹部２２１が形成されており、凹部２２１の周囲には枠部２３２に接合される接合面２２２が形成されている。また、ベース板２２０の四隅の側面にはベース板２２０の内側に凹むようにキャスタレーション２２３が形成されている。ベース板２２０の−Ｚ軸側の面には一対の外部電極２２４が形成されており、ベース板２２０の＋Ｚ軸側の面のキャスタレーション２２３の周囲には、キャスタレーション２２３を介して外部電極２２４に電気的に接続される接続電極２２５が形成されている。

圧電振動片２３０の＋Ｚ軸側の面には、リッド板２１０が配置される。リッド板２１０の−Ｚ軸側の面には、＋Ｚ軸方向に凹んだ凹部２１１が形成されており、凹部２１１の周囲には枠部２３２に接合される接合面２１２が形成されている。

図１０（ａ）は、圧電振動片２３０の平面図である。圧電振動片２３０は、振動部２３１と振動部２３１を囲む枠部２３２との間には圧電振動片２３０をＺ軸方向に貫通する貫通溝２３４が形成されている。また、振動部２３１と枠部２３２とは、振動部２３１の−Ｙ軸側の辺の両端から−Ｙ軸方向に伸びる連結部２３３により互いに連結されている。振動部２３１からは一対の引出電極２３５が引き出されており、各引出電極２３５は、連結部２３３を通り枠部２３２の−Ｚ軸側の面の＋Ｙ軸側の＋Ｘ軸側、及び−Ｚ軸側の面の−Ｙ軸側の−Ｘ軸側にまで引き出されている。

図１０（ｂ）は、図９のＣ−Ｃ断面図である。圧電デバイス２００は、枠部２３２の＋Ｙ軸側にリッド板２１０が封止材２４０を介して接合され、−Ｙ軸側の面にベース板２２０が封止材２４０を介して接合されている。振動部２３１は、圧電振動片１００と同様に基部１１０、第１腕部１２０、及び第２腕部１３０を有し、第１腕部１２０及び第２腕部１３０にはそれぞれ第１圧電体素子１４０及び第２圧電体素子１５０が形成されている。また、枠部２３２は、基部１１０と同時に形成される第１枠部２３２ａと、第１枠部２３２ａの＋Ｚ軸側に形成され第１腕部１２０と同時に形成される第２枠部２３２ｂと、第２枠部２３２ｂの＋Ｚ軸側に形成され第２腕部１３０と同時に形成される第３枠部２３２ｃと、により形成される。また、基部１１０と第１枠部２３２ａとは、基部１１０と同時に形成される連結部２３３により連結されている。

＜圧電デバイス２００の製造方法＞
図１１は、圧電デバイス２００の製造方法を説明したフローチャートである。以下、図１１を参照して圧電デバイス２００の製造方法を説明する。

図１１のステップＳ２０１では、基板ウエハＷ２３０が用意される。基板ウエハＷ２３０には複数の圧電振動片２３０が形成される。基板ウエハＷ２３０の作製工程は、図３のステップＳ１０１から図８のステップＳ１１８とほぼ同じ工程により形成することができる。

図１２は、基板ウエハＷ２３０の平面図である。基板ウエハＷ２３０には、複数の圧電振動片２３０がＸ軸方向及びＹ軸方向に並んで形成されている。また、隣接する圧電振動片２３０の間には、後述のステップＳ２０６でウエハが切断される箇所を示す線であるスクライブライン２４１が示されている。各圧電振動片２３０には、振動部２３１、枠部２３２、連結部２３３が形成されており、第１圧電体素子１４０、第２圧電体素子１５０、及び引出電極２３５が形成されている。

ステップＳ２０２では、ベース板ウエハＷ２２０が用意される。ベース板ウエハＷ２２０には複数のベース板２２０が形成されている。ステップＳ２０２は、ベース板ウエハ準備工程である。

図１３は、ベース板ウエハＷ２２０の平面図である。ベース板ウエハＷ２２０には、複数のベース板２２０が形成されており、各ベース板２２０はＹ軸方向及びＸ軸方向に並んで形成されている。各ベース板２２０の＋Ｚ軸側の面には凹部２２１が形成されており、凹部２２１を囲むように接合面２２２が形成されている。また、互いに隣接するベース板２２０の間には、スクライブライン２４１が示されている。さらに、Ｘ軸方向に伸びるスクライブライン２４１とＹ軸方向に伸びるスクライブライン２４１との交点には、ベース板ウエハＷ２２０をＺ軸方向に貫通する貫通孔２４２が形成されている。貫通孔２４２は、ベース板ウエハＷ２２０がスクライブライン２４１で切断された後にキャスタレーション２２３となる。また、貫通孔２４２の＋Ｚ軸側の周囲には接続電極２２５が形成されており、各ベース板２２０の−Ｚ軸側の面には外部電極２２４が形成されており、接続電極２２５と外部電極２２４とは貫通孔２４２を介して互いに電気的に接続されている。

ステップＳ２０３では、リッド板ウエハＷ２１０が用意される。リッド板ウエハ２１０には、複数のリッド板２１０が形成されている。ステップＳ２０３は、リッド板ウエハ準備工程である。

図１４は、リッド板ウエハＷ２１０の平面図である。リッド板ウエハＷ２１０には複数のリッド板２１０が形成されており、各リッド板２１０の−Ｚ軸側の面には凹部２１１が形成されている。また、リッド板２１０はＸ軸方向及びＹ軸方向に並んで形成されており、隣接するリッド板２１０の間にはスクライブライン２４１が示されている。

ステップＳ２０４では、基板ウエハＷ２３０とベース板ウエハＷ２２０とが互いに接合される。基板ウエハＷ２３０とベース板ウエハＷ２２０とは互いのスクライブライン２４１が重なるように封止材２４０を介して重ねられることにより互いに接合される。ステップＳ２０４は、ベース板ウエハ接合工程である。

ステップＳ２０５では、基板ウエハＷ２３０とリッド板ウエハＷ２１０とが互いに接合される。ここで、接合は、互いのスクライブライン２４１が重なるように封止材２４０を介して重ねられることにより互いに接合される。ステップＳ２０５は、リッド板ウエハ接合工程である。

ステップＳ２０６では、基板ウエハＷ２３０、ベース板ウエハＷ２２０、及びリッド板ウエハＷ２１０が切断される。切断は、ウエハのスクライブライン２４１に沿ってダイシングされることにより行われる。これにより、圧電デバイス２００が個々に分割される。ステップＳ２０６は、切断工程である。

圧電デバイス２００においても、腕部がＺ軸方向に並んで形成されることにより振動部２３１のＸＹ平面の面積を小さく形成することができるため、圧電振動片２３０のＸＹ平面の面積を小さくすることができる。これにより、一枚のウエハにより多くの圧電振動片２３０を形成することができるため、圧電デバイスの製造コストを低く抑えることができる。

（第３実施形態）
圧電振動片では、第１腕部の長さが第２腕部よりも長く形成されても良い。以下に、第１腕部の長さが第２腕部の長さより長い圧電振動片３００について説明する。また、以下の説明では、第１実施形態と同じ部分については第１実施形態と同じ番号を付してその説明を省略する。

＜圧電振動片３００の構成＞
図１５（ａ）は、圧電振動片３００の斜視図である。圧電振動片３００は、基部１１０と、第１腕部１２０と、第２腕部３３０と、第１腕部１２０上に形成される第１圧電体素子１４０と、第２腕部３３０上に形成される第２圧電体素子３５０と、により形成されている。第１腕部１２０の＋Ｚ軸側には、第１腕部１２０よりもＹ軸方向の長さが短い第２腕部３３０が形成されている。これにより、第１圧電体素子１４０の＋Ｙ軸側の先端付近では第２腕部３３０がＺ軸方向に重なって形成されていない。

図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。第２圧電体素子３５０は、第２腕部３３０の＋Ｚ軸側の面に形成される第２下部電極膜３５１と、第２下部電極膜３５１の＋Ｚ軸側に形成される第２圧電体膜３５２と、第２圧電体膜３５２の＋Ｚ軸側に形成される第２上部電極膜３５３と、により形成されている。第１腕部１２０のＹ軸方向の長さを長さＬ１とし、Ｚ軸方向の厚さを厚さＴ１とする。また、第２腕部３３０のＹ軸方向の長さを長さＬ２とし、Ｚ軸方向の厚さを厚さＴ２とする。第１腕部１２０と第２腕部３３０とは−Ｙ軸側の端が揃えて形成されており、長さＬ２は長さＬ１よりも短い。また、厚さＴ１は厚さＴ２よりも厚く形成されている。

圧電振動片の周波数は、腕部の厚さに比例し、長さの二乗に反比例する。圧電振動片３００では長さＬ２が長さＬ１よりも短く形成されているため、これに対応するように厚さＴ２が厚さＴ１よりも薄く形成されることにより、第１腕部１２０と第２腕部３３０との周波数が等しくなるように調整される。

圧電振動片における周波数の調整は腕部の先端に形成されている圧電体素子の金属膜を除去することにより行われる場合があるが、腕部がＺ軸方向に重なるように形成されている場合には第１腕部の周波数調整を行うことが困難になる。一方、圧電振動片３００では、第１腕部１２０に形成される第１圧電体素子１４０の＋Ｙ軸側の端では第２腕部３３０がＺ軸方向に重ならないため、第１圧電体素子１４０の第１上部電極膜１４３に対してアルゴンガス等を使用したエッチングを行うことができ、これにより第１腕部１２０の周波数を調整することができる。すなわち、圧電振動片３００では第２上部電極膜３５３をエッチングして第２腕部３３０の周波数を調整すること、及び第１上部電極膜１４３を削って第１腕部１２０の周波数を調整することの両方を行うことができるため、周波数の調整が容易になる。

以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。

例えば、周波数調整を行い易いように、第１上部電極及び第２上部電極の表面にスパッタ又は蒸着により金（Ａｕ）膜が形成されても良い。金膜を削って周波数の調整を行うことにより、各腕部に形成される各圧電体素子の励振効率を維持した状態で周波数の調整を行うことができる。

また、例えば第１実施形態では、貫通電極１６２が基部１１０の−Ｚ軸側の面に突き抜けて形成され、さらに基部１１０の−Ｚ軸側の面を−Ｙ軸側から＋Ｙ軸側に電極が伸びて形成されたが（図１（ａ）参照）、貫通電極１６２は、基部１１０の＋Ｚ軸側の面を−Ｙ軸側から＋Ｙ軸側に電極が伸びて形成され、基部１１０の＋Ｙ軸側に基部１１０を貫通する貫通電極が形成されて外部電極１７２に電気的に接続されても良い。このように基部１１０の＋Ｚ軸側にも電極が形成される場合には、図３のステップＳ１０２とステップＳ１０３との間で、基板ウエハＷ１１０の＋Ｚ軸側の面に電極が形成される。

さらに、第２実施形態における基板ウエハ及びベース板ウエハとの接合（図１１のステップＳ２０４）又は基板ウエハ及びリッド板ウエハの接合（図１１のステップＳ２０５）は、封止材２４０により行われるが、このような樹脂接合のみではなく、直接接合又は陽極接合等の接合方法により接合されても良い。

１００、２３０ … 圧電振動片
１１０ … 基部
１２０ … 第１腕部
１３０、３３０ … 第２腕部
１４０ … 第１圧電体素子
１４１ … 第１下部電極膜
１４２ … 第１圧電体膜
１４３ … 第１上部電極膜
１５０、３５０ … 第２圧電体素子
１５１、３５１ … 第２下部電極膜
１５２、３５２ … 第２圧電体膜
１５３、３５３ … 第２上部電極膜
１６１、１６２ … 貫通電極
１７１、１７２、２２４ … 外部電極
１８１、１８３、２３４ … 貫通溝
１８２、２３３ … 連結部
１８４ … ＳｉＮ膜
１８５ … 第１保護膜層
１８６ … 第１シリコン層
１８７ … 第１金属膜
１８８ … 圧電体膜
１８９ … 第２金属膜
１９１ … 第２保護膜層
１９２ … 第２シリコン層
２００ … 圧電デバイス
２１０ … リッド板
２１１、２２１ … 凹部
２１２、２２２ … 接合面
２２０ … ベース板
２２３ … キャスタレーション
２２５ … 接続電極
２３１ … 振動部
２３２ … 枠部
２３２ａ … 第１枠部
２３２ｂ … 第２枠部
２３２ｃ … 第３枠部
２３５ … 引出電極
２４０ … 封止材
２４１ … スクライブライン
２４２ … 貫通孔
Ｗ１１０、Ｗ２３０ … 基板ウエハ
Ｗ２１０ … リッド板ウエハ
Ｗ２２０ … ベース板ウエハ

Claims (10)

1. 平面状に形成される基部と、前記基部上に形成され第１方向に伸びる第１腕部と、前記第１腕部上に形成され前記第１方向に伸びる第２腕部と、を有し、前記第１腕部の一方の端が前記基部及び前記第２腕部の一方の端に連結されている圧電振動片の製造方法であって、
   複数の前記基部が形成される基板ウエハ上に、第１保護膜層を形成する第１保護膜層形成工程と、
   前記第１保護膜層上に、前記第１腕部を構成する第１シリコン層を形成する第１シリコン層形成工程と、
   前記第１シリコン層上に形成される第１下部電極膜、前記第１下部電極膜上に形成される第１圧電体膜、及び前記第１圧電体膜上に形成される第１上部電極膜により構成される第１圧電体素子を形成する第１圧電体素子形成工程と、
   前記第１圧電体素子上に第２保護膜層を形成する第２保護膜層形成工程と、
   前記第２保護膜層上に、前記第２腕部を構成する第２シリコン層を形成する第２シリコン層形成工程と、
   前記第２シリコン層上に形成される第２下部電極膜、前記第２下部電極膜上に形成される第２圧電体膜、及び前記第２圧電体膜上に形成される第２上部電極膜により構成される第２圧電体素子を形成する第２圧電体素子形成工程と、
   前記第１保護膜層及び前記第２保護膜層の全てをエッチングにより除去する保護膜層除去工程と、を有する圧電振動片の製造方法。
2. 前記各圧電振動片に形成される前記第１圧電体素子と前記第２圧電体素子とは同じ面積、同じ形状に形成され、互いに上下方向に全体が重なるように形成される請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
3. 前記第１腕部は前記第２腕部よりも前記第１方向に長く形成される請求項１に記載の圧電振動片の製造方法。
4. 前記圧電振動片は、前記基板ウエハに連結部を介して連結された状態で形成され、
   前記保護膜層除去工程の後に前記連結部を折ることにより前記圧電振動片を前記基板ウエハから切り離して前記圧電振動片を個片化する圧電振動片切り離し工程を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法。
5. 前記圧電振動片が、前記基部、前記第１腕部、及び前記第２腕部を含んで構成される振動部と、前記振動部の周囲を囲むように形成される枠部と、前記振動部と前記枠部とを連結する連結部と、により構成され、前記圧電振動片がベース板及びリッド板に挟まれて形成される圧電デバイスの製造方法であって、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧電振動片の製造方法により前記基板ウエハ上に前記圧電振動片が形成された後に、前記基板ウエハと前記ベース板が形成されたベース板ウエハとを接合するベース板ウエハ接合工程と、
   前記基板ウエハと前記リッド板が形成されたリッド板ウエハとを接合するリッド板ウエハ接合工程と、
   前記基板ウエハ、前記ベース板ウエハ、及び前記リッド板ウエハを切断する切断工程と、を有する圧電デバイスの製造方法。
6. 平面状に形成される基部と、
   第１方向に伸びるように形成され、一方の端が前記基部上に固定され、他方の端が固定されていない自由端の第１腕部と、
   前記第１方向に伸びるように形成され、一方の端が前記第１腕部の前記一方の端上に固定され、他方の端が固定されていない自由端の第２腕部と、
   前記第１腕部の一方の面上に形成される第１下部電極膜、前記第１下部電極膜上に形成される第１圧電体膜、及び前記第１圧電体膜上に形成される第１上部電極膜により構成される第１圧電体素子と、
   前記第２腕部の一方の面上に形成される第２下部電極膜、前記第２下部電極膜上に形成される第２圧電体膜、及び前記第２圧電体膜上に形成される第２上部電極膜により構成される第２圧電体素子と、を含んで形成される圧電振動片。
7. 前記第１圧電体素子と前記第２圧電体素子とは同じ面積、同じ形状に形成され、互いに上下方向に全体が重なるように形成される請求項６に記載の圧電振動片。
8. 前記第１腕部は前記第２腕部よりも前記第１方向に長く形成される請求項６に記載の圧電振動片。
9. 前記基部と、前記第１腕部と、前記第２腕部と、前記第１圧電体素子と、前記第２圧電体素子と、を含んで形成される振動部と、
   前記振動部の周囲を囲むように形成される枠部と、
   前記振動部と前記枠部とを連結する連結部と、を有する請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の圧電振動片。
10. 請求項９に記載の圧電振動片と、
    前記枠部の一方の面に接合されるベース板と、
    前記枠部の他方の面に接合されるリッド板と、を有する圧電デバイス。