JP2023108260A - 振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリウムの侵入による気密性の低下が生じ難い振動デバイスを提供すること。【解決手段】振動デバイス１は、表裏関係にある第１面９Ａおよび第２面９Ｂを有し、少なくとも第１面９Ａにヘリウム透過性の絶縁層２０が配置される半導体基板９と、第１面９Ａ側に配置される振動素子７と、第１面９Ａ側に配置される接合層１５と、接合層１５を介して半導体基板９に接合され、半導体基板９とによって、振動素子７を収容するキャビティー３を有するパッケージ５を構成するリッド１１と、を備え、絶縁層２０は、パッケージ５の外部に露出しキャビティー３に露出しない第１絶縁膜１０１，１０３と、キャビティー３に露出しパッケージ５の外部に露出しない第２絶縁膜１０２，１０４と、を有し、パッケージ５の外部およびキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部とキャビティー３とに連通する絶縁膜を有さない。【選択図】図２

Description

本発明は、振動デバイスに関する。

従来、特許文献１に示すように、容器に振動片が収容された振動デバイスが知られている。容器は、基体と、リッドである蓋体と、を有し、基体に蓋体を接合することにより、振動片が収容されるキャビティーが形成される。基体は、シリコン基板であり、蓋体と対向する面には酸化シリコンからなる酸化膜が形成される。蓋体は、シリコン基板であり、基体と対向する面に酸化シリコンからなる酸化膜が形成される。基体と蓋体とは、金属により形成される接合部材を介して接合される。接合部材は、基体に形成される酸化膜と蓋体に形成される酸化膜との間に配置される。

特開２０２１－１５８６２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の振動デバイスでは、基体と蓋体との接合部において、酸化シリコンからなる酸化膜が、振動デバイスの外部からキャビティーに連通するように配置されている。酸化シリコンは、ヘリウム（Ｈｅ）透過性を有するため、酸化シリコンからなる酸化膜を介してヘリウムがキャビティー内に侵入し、気密性の低下による周波数変動が生じる、という課題がある。

振動デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を有し、少なくとも前記第１面にＨｅ透過性の絶縁層が配置される半導体基板と、前記第１面側に配置される振動素子と、前記第１面側に配置される接合層と、前記接合層を介して前記半導体基板に接合され、前記半導体基板とによって、前記振動素子を収容するキャビティーを有するパッケージを構成するリッドと、を備え、前記絶縁層は、前記パッケージの外部に露出し前記キャビティーに露出しない第１絶縁膜と、前記キャビティーに露出し前記外部に露出しない第２絶縁膜と、を有し、前記外部および前記キャビティーに露出し、前記外部と前記キャビティーとに連通する絶縁膜を有さない。

実施形態１に係る振動デバイスの平面図。 図１中のＡ－Ａ線での断面図。 実施形態１に係る振動デバイスの下面図。 図２中のＣ部の位置に相当する断面図。 実施形態２に係る振動デバイスの平面図。 図５中のＥ－Ｅ線での断面図。 実施形態２に係る振動デバイスの下面図。

次に、図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。
説明の便宜上、各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、矢印基端側を「マイナス側」とも言う。例えば、Ｙ方向とは、Ｙ方向プラス側とＹ方向マイナス側との両方の方向を言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。

また、図１および図５は、振動デバイスの内部の構成を説明する便宜上、リッド１１を取り外した状態を図示している。

１．実施形態１
実施形態１に係る振動デバイス１について、図１～図４を参照して説明する。本実施形態では、振動デバイス１は発振器である。ただし、振動デバイス１は、発振器でなくても構わない。例えば、振動デバイス１は、慣性センサーなどであっても構わない。

図１および図２に示すように、振動デバイス１は、キャビティー３を有するパッケージ５と、キャビティー３の内部に収容される振動素子７と、を有する。

パッケージ５は、半導体基板９と、リッド１１と、を有する。半導体基板９と、リッド１１と、が接合することにより、キャビティー３が形成される。

半導体基板９は、板状であり、表裏関係にある第１面９Ａおよび第２面９Ｂを有する。第１面９Ａは、半導体基板９の上面であり、第２面９Ｂは、半導体基板９の下面である。

本実施形態では、半導体基板９はシリコン基板である。ただし、半導体基板９は、シリコン基板に限定されない。例えば、半導体基板９は、例えば、ゲルマニウム基板や、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板であっても構わない。

半導体基板９は、絶縁層２０を有する。絶縁層２０は、半導体基板９の表面に配置される。絶縁層２０は、ヘリウム（Ｈｅ）透過性を有する。詳細には、ヘリウム透過性を有する絶縁層２０は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）や、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）により形成される。本実施形態では、絶縁層２０は、酸化シリコンにより形成される。

絶縁層２０は、絶縁膜２１，２２，２３，２４，２５，４３，４４，６４，６５を有する。つまり、絶縁膜２１，２２，２３，２４，２５，４３，４４，６４，６５は、ヘリウム透過性を有する。本実施形態では、絶縁膜２１，２２，２３，２４，２５，４３，４４，６４，６５は、酸化シリコンにより形成される。絶縁膜２１，２２，２３，２４，２５，４３，４４，６４，６５については、後述する。

まず、振動デバイス１について、半導体基板９の第１面９Ａ側から説明する。

半導体基板９の第１面９Ａには、絶縁膜２１と、絶縁膜２２と、絶縁膜２３と、が配置される。

絶縁膜２１および絶縁膜２２は、平面視で、半導体基板９とリッド１１とが接合される接合部に重なる位置に配置される。詳細には、絶縁膜２１および絶縁膜２２は、平面視で、接合層１５と重なる位置に配置される。

絶縁膜２１は、半導体基板９の外縁に沿って配置され、平面視で、環状である。つまり、絶縁膜２１は、パッケージ５の側面に沿って配置される。絶縁膜２１は、パッケージ５の側面からパッケージ５の外部に露出している。

絶縁膜２２は、絶縁膜２１よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２２は、平面視で、環状である。絶縁膜２２は、凹部１３の側面からキャビティー３に露出している。

絶縁膜２３は、絶縁膜２２よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２３は、平面視で、キャビティー３と重なる位置に配置される。
絶縁膜２３は、平面視で、矩形状である。絶縁膜２３の上面には、配線５４，５５が配置される。絶縁膜２３の側面、および配線５４，５５が配置されている部分を除く絶縁膜２３の上面は、キャビティー３に露出している。

半導体基板９の第１面９Ａ側には、振動素子７が配置される。
振動素子７は、厚みすべり振動する平板状の水晶基板により形成される。振動素子７の上面および下面には、図示しない励振電極が配置される。

振動素子７は、一対の導電性接合部材５１，５２によって、配線５４，５５に接合される。つまり、振動素子７は、導電性接合部材５１，５２を介して配線５４，５５に電気的に接続されるとともに、導電性接合部材５１，５２および配線５４，５５を介して、半導体基板９の第１面９Ａに接合される。導電性接合部材５１，５２は、例えば、金属バンプ、導電性接着剤などである。配線５４，５５および導電性接合部材５１，５２を介して、振動素子７の励振電極に駆動信号を印加することにより、振動素子７を発振させることができる。

なお、振動素子７は、厚みすべり振動する平板状の振動素子に限定されない。例えば、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であっても構わないし、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する振動素子であっても構わない。また、例えば、水晶以外の圧電体を用いる振動素子であっても構わない。また、例えば、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコンなどの半導体基板に圧電素子を配置したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子などであっても構わない。

半導体基板９の第１面９Ａ側には、リッド１１が配置される。
リッド１１は、有底の凹部１３を有する箱状である。凹部１３は、リッド１１の下面に開口を有する。リッド１１は、半導体基板９の第１面９Ａ側に配置される振動素子７を、凹部１３で覆って、半導体基板９の第１面９Ａに接合される。

本実施形態では、リッド１１は、半導体基板９と同様、シリコン基板である。ただし、リッド１１は、シリコン基板に限定されない。例えば、リッド１１は、ゲルマニウム基板や、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体基板であっても構わない。また、例えば、リッド１１は、コバールなどの金属基板や、ガラス基板などであっても構わない。

半導体基板９の第１面９Ａ側には、接合層１５が配置される。詳細には、第１面９Ａにおけるリッド１１の下面に対向する位置に、絶縁膜２１，２２が配置され、接合層１５は、絶縁膜２１，２２を介して第１面９Ａに配置される。

リッド１１の下面と、半導体基板９の上面である第１面９Ａと、は接合層１５を介して接合される。半導体基板９と、リッド１１と、が接合されることにより、半導体基板９とリッド１１との間に、振動素子７を収容するキャビティー３が形成される。

キャビティー３は、気密である。本実施形態では、キャビティー３は、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態である。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子７の発振特性が向上する。

本実施形態では、接合層１５は、例えば、金や銅などにより形成される金属層である。接合層１５を金属層とすることにより、接合層１５は、ヘリウム透過性を有さない。

接合層１５としての金属層は、例えば、原子拡散接合や金属共晶接合を用いて形成することができる、詳細には、半導体基板９の第１面９Ａおよびリッド１１の下面にそれぞれ金属膜を形成し、半導体基板９の第１面９Ａに形成した金属膜と、リッド１１の下面に形成した金属膜と、を原子拡散接合や金属共晶結合などを用いて接合することにより、接合層１５を形成することができる。

また、半導体基板９には、第１面９Ａに開口を有する有底の溝６１が形成される。
溝６１は、平面視で、接合層１５に重なる位置に設けられる。溝６１は、平面視で、絶縁膜２１と絶縁膜２２との間に設けられる。溝６１は、凹部１３を囲むように環状に形成される。

溝６１は、側面６２と、側面６２に対向する側面６３と、を有する。側面６３は、側面６２よりもパッケージ５の内側に配置される。

側面６２には、絶縁膜６４が形成される。側面６３には、絶縁膜６５が形成される。絶縁膜６４，６５は、平面視で、環状である。

溝６１内には導電体が充填され、埋込電極６６が形成される。つまり、埋込電極６６は、平面視で、凹部１３を囲むように環状に形成される導電体である。導電体としては、例えば、銅などの金属や、ホウ素やリンなどをドープすることにより導電性を付与したポリシリコンなどの半導体を用いることができる。埋込電極６６を金属や導電性を付与した半導体で形成することにより、埋込電極６６は、ヘリウム透過性を有さない。

埋込電極６６は、絶縁膜６４と絶縁膜６５との間、および絶縁膜６４に接続される絶縁膜２１と絶縁膜６５に接続される絶縁膜２２との間に配置される。埋込電極６６の上面は、接合層１５に接続される。埋込電極６６と、接合層１５と、が接続されることにより、埋込電極６６と、接合層１５と、は電気的に導通している。

次に、振動デバイス１について、半導体基板９の第２面９Ｂ側から説明する。

半導体基板９の第２面９Ｂには、絶縁膜２４と、絶縁膜２５と、が配置される。

絶縁膜２４は、半導体基板９の外縁に沿って配置され、平面視で、環状である。つまり、絶縁膜２４は、パッケージ５の側面に沿って配置される。絶縁膜２４は、パッケージ５の側面からパッケージ５の外部に露出している。

絶縁膜２５は、絶縁膜２４よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２５は、平面視で、矩形状である。

半導体基板９の第２面９Ｂ側には、集積回路３１が配置される。詳細には、集積回路３１は、絶縁膜２４，２５を介して第２面９Ｂに配置される。つまり、絶縁膜２４，２５は、半導体基板９の第２面９Ｂと、集積回路３１と、の間に配置される層間絶縁膜である。なお、集積回路３１は、省略しても構わない。

集積回路３１は、振動素子７と電気的に接続される。詳細には、集積回路３１は、発振回路を含み、集積回路３１に含まれる発振回路は、振動素子７と電気的に接続される。発振回路は、振動素子７を発振させてクロック信号などの発振信号を生成する回路である。
集積回路３１は、発振回路の他、振動素子７の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、発振回路からの出力信号を処理する処理回路、静電気保護回路などを有していても構わない。

集積回路３１は、配線層３３と、金属間絶縁層３４と、を積層した積層体である。配線層３３に含まれる配線を介して、図示しない複数の能動素子が電気的に接続されることにより、集積回路３１が構成される。

本実施形態では、金属間絶縁層３４は、ヘリウム透過性を有する。詳細には、金属間絶縁層３４は、酸化シリコンや、酸窒化シリコンにより形成される。本実施形態では、金属間絶縁層３４は、酸化シリコンにより形成される。

図２および図３に示すように、集積回路３１の下面には、集積回路３１を保護するためのパッシベーション膜３６が配置される。本実施形態では、パッシベーション膜３６は、ヘリウム透過性を有さない絶縁膜である。パッシベーション膜３６は、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）により形成される。

パッシベーション膜３６の下面には、端子層３７が配置される。端子層３７は、集積回路３１と電気的に接続される複数の外部端子３８を有する。外部端子３８は、例えば、金や銅などの金属より形成される。外部端子３８は、例えば、グランド電位に接続するためのグランド端子や、クロック信号などを出力するための外部出力端子や、電源に接続するための電源端子や、外部出力端子からの出力を制御するための出力イネーブル端子などである。

なお、集積回路３１、パッシベーション膜３６、および端子層３７は、パッケージ５の一部として捉えても構わない。

図２に示すように、半導体基板９には、半導体基板９を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔４１，４２が形成される。貫通孔４１の内周面には、絶縁膜４３が形成される。貫通孔４２の内周面には、絶縁膜４４が形成される。

貫通孔４１，４２内には導電体が充填され、貫通電極４６，４７が形成される。

配線５４は、貫通電極４６を介して集積回路３１と電気的に接続される。配線５５は、貫通電極４７を介して集積回路３１と電気的に接続される。
これにより、集積回路３１から出力される駆動信号を、貫通電極４６，４７と、配線５４，５５と、導電性接合部材５１，５２と、を介して、振動素子７の励振電極に印加し、振動素子７を発振させることができる。

図１および図２に示すように、集積回路３１は、シールリング７５を有する。シールリング７５は、集積回路３１を厚さ方向に貫通する貫通電極である。シールリング７５は、絶縁膜２４と絶縁膜２５との間に配置される。シールリング７５は、平面視で、環状である。シールリング７５は、平面視で、凹部１３を囲むように配置される。シールリング７５は、金属や導電性を付与した半導体により形成され、ヘリウム透過性を有さない。

シールリング７５が集積回路３１を貫通することにより、金属間絶縁層３４は、絶縁膜３４１と、絶縁膜３４２と、に分離される。つまり、シールリング７５は、絶縁膜３４１と、絶縁膜３４２と、の間に配置される。絶縁膜３４１は、平面視で、絶縁膜２４と重なる。絶縁膜３４２は、平面視で、絶縁膜２５と重なる。

絶縁膜３４１は、半導体基板９の外縁に沿って配置され、平面視で、環状である。絶縁膜３４１は、パッケージ５の側面からパッケージ５の外部に露出している。絶縁膜３４２は、絶縁膜３４１よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜３４２は、平面視で、矩形状である。

図４に示すように、シールリング７５は、配線層７５２と、配線層７５３と、貫通電極７５５と、貫通電極７５６と、を有する。配線層７５２、配線層７５３、貫通電極７５５、および貫通電極７５６は、平面視で、環状である。配線層７５２、配線層７５３、貫通電極７５５、および貫通電極７５６は、平面視で、重なるように配置される。

貫通電極７５５は、集積回路３１を厚さ方向に貫通する貫通電極である。貫通電極７５５は、絶縁膜３４１と、絶縁膜３４２と、の間に配置される。

貫通電極７５６は、層間絶縁膜としての絶縁膜２４，２５を厚さ方向に貫通する貫通電極であり、平面視で、絶縁膜２４と、絶縁膜２５と、の間に配置される。

配線層７５２は、集積回路３１とパッシベーション膜３６との間に配置され、貫通電極７５５の下面と接続される。配線層７５３は、貫通電極７５５と貫通電極７５６の間に配置され、貫通電極７５５の上面、および貫通電極７５６の下面に接続される。

シールリング７５は、集積回路３１の図示しないグランド配線に接続される。これにより、電磁波などのノイズから集積回路３１を保護することができる。

なお、本実施形態では、パッシベーション膜３６は、窒化シリコンにより形成される絶縁膜であり、詳細には、窒化シリコンにより形成される単層の絶縁膜である。ただし、パッシベーション膜３６は、窒化シリコンにより形成される単層の絶縁膜に限定されない。パッシベーション膜３６は、例えば、ヘリウム透過性を有する酸化シリコンにより形成される絶縁膜と、ヘリウム透過性を有さない窒化シリコンにより形成される絶縁膜と、を積層した多層の絶縁膜であっても構わない。

なお、本実施形態では、パッシベーション膜３６が、ヘリウム透過性を有する絶縁膜と、ヘリウム透過性を有さない絶縁膜と、を積層した多層の絶縁膜であるときは、シールリング７５は、パッシベーション膜３６が有するヘリウム透過性を有する絶縁膜を厚さ方向に貫通するように設けられる。

ここまで、振動デバイス１の概略構成、および絶縁層２０が有する絶縁膜２１，２２，２３，２４，２５，４３，４４，６４，６５について、説明した。

次に、絶縁膜２１と絶縁膜６４とが接続されることにより形成される第１絶縁膜１０１と、絶縁膜２２と絶縁膜６５とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０２と、絶縁膜２４により形成される第１絶縁膜１０３と、絶縁膜２３と絶縁膜４３と絶縁膜４４と絶縁膜２５とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０４と、について説明する。

まず、絶縁膜２１と絶縁膜６４とが接続されることにより形成される第１絶縁膜１０１について、説明する。

図２に示すように、絶縁膜２１は、半導体基板９の第１面９Ａに配置され、半導体基板９の外縁に沿って配置される。絶縁膜６４は、第１面９Ａに開口を有する溝６１の側面６２に形成される。絶縁膜２１と、絶縁膜６４と、が接続されることにより、第１絶縁膜１０１が形成される。

絶縁膜２１および絶縁膜６４は、ヘリウム透過性を有するため、第１絶縁膜１０１はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２１は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。絶縁膜２１に接続される絶縁膜６４は、絶縁膜２１を介してパッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。このため、第１絶縁膜１０１は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。

なお、本開示における「絶縁膜がパッケージ５の外部に露出する」とは、絶縁膜がパッケージ５の外部に露出する場合と、絶縁膜が、ヘリウム透過性を有する部材と接続され、この部材を介して、パッケージ５の外部に露出する場合と、を含む概念である。
同様に、「絶縁膜がキャビティー３に露出する」とは、絶縁膜がキャビティー３に露出する場合と、絶縁膜が、ヘリウム透過性を有する部材と接続され、この部材を介して、キャビティー３に露出する場合と、を含む概念である。

次に、絶縁膜２２と絶縁膜６５とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０２について、説明する。

絶縁膜２２は、半導体基板９の第１面９Ａに配置され、絶縁膜２１よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜６５は、第１面９Ａに開口を有する溝６１の側面６３に形成される。絶縁膜２２と、絶縁膜６５と、が接続されることにより、第２絶縁膜１０２が形成される。

絶縁膜２２および絶縁膜６５は、ヘリウム透過性を有するため、第２絶縁膜１０２はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２２は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。絶縁膜２２に接続される絶縁膜６５は、絶縁膜２２を介してキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。このため、第２絶縁膜１０２は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。

次に、絶縁膜２４により形成される第１絶縁膜１０３について、説明する。

絶縁膜２４は、半導体基板９の第２面９Ｂに配置され、半導体基板９の外縁に沿って配置される。

絶縁膜２４は、ヘリウム透過性を有するため、第１絶縁膜１０３はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２４は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。このため、第１絶縁膜１０３は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない絶縁膜となる。

次に、絶縁膜２３と絶縁膜４３と絶縁膜４４と絶縁膜２５とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０４について、説明する。

絶縁膜２３は、半導体基板９の第１面９Ａに配置され、絶縁膜２２よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜４３，４４は、半導体基板９を厚さ方向に貫通する貫通孔４１，４２の内周面に形成される。絶縁膜２５は、半導体基板９の第２面９Ｂに配置され、絶縁膜２４よりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２３と絶縁膜４３と絶縁膜４４と絶縁膜２５とが接続されることにより、第２絶縁膜１０４が形成される。詳細には、絶縁膜２３と絶縁膜４３，４４とが接続され、絶縁膜４３，４４と絶縁膜２５とが接続されることにより、絶縁膜２３と絶縁膜２５とが絶縁膜４３，４４を介して接続され、第２絶縁膜１０４が形成される。

絶縁膜２５は、ヘリウム透過性を有する絶縁膜３４２に接続しているが、絶縁膜３４２の下面にはヘリウム透過性を有さないパッシベーション膜３６が配置され、絶縁膜３４２の側面にはヘリウム透過性を有さないシールリング７５が配置される。そのため、絶縁膜３４２を介して絶縁膜２５にヘリウムが進入することはない。

絶縁膜２３、絶縁膜４３、絶縁膜４４、および絶縁膜２５は、ヘリウム透過性を有するため、第２絶縁膜１０４はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２３は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。絶縁膜４３，４４は、絶縁膜２３を介してキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。絶縁膜２５は、絶縁膜２３および絶縁膜４３，４４を介してキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。このため、第２絶縁膜１０４は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。

ここまで、第１絶縁膜１０１，１０３と、第２絶縁膜１０２，１０４と、について説明した。
上述したように、絶縁層２０は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない第１絶縁膜１０１，１０３と、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない第２絶縁膜１０２，１０４と、を有する。

また、絶縁層２０は、パッケージ５の外部およびキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部とキャビティー３とを連通する絶縁膜を有さない。

このような構成にすることにより、ヘリウム透過性を有する絶縁層２０は、パッケージ５の外部とキャビティー３とを連通しないため、パッケージ５の外部からキャビティー３内へのヘリウムの侵入が抑制される。そのため、気密性の低下による周波数変動が生じ難い振動デバイス１を提供することができる。

また、本実施形態では、第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、は、半導体基板９とリッド１１とが接合される接合部に配置される。詳細には、第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、は半導体基板９の第１面９Ａにおいて、平面視で、接合層１５と重なる位置に配置される。

第１絶縁膜１０１は、平面視で、環状である。第２絶縁膜１０２は、平面視で、環状である。

第２絶縁膜１０２は、平面視で、第１絶縁膜１０１よりもパッケージ５の内側に配置される。つまり、第２絶縁膜１０２は、平面視で、第１絶縁膜１０１よりもキャビティー３側に配置される。

第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、の間には、埋込電極６６が配置される。このようにして、第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、は空間分離される。

なお、本開示における「空間分離」とは、第１絶縁膜と、第２絶縁膜と、の間にヘリウム透過性を有さない部材を配置することにより、第１絶縁膜と、第２絶縁膜と、を離間して配置することを意味する概念である。

一般的に、半導体基板９とリッド１１との接合部は、キャビティー３内へのヘリウムの侵入が生じ易い部分である。しかし、第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、を空間分離して配置することにより、この接合部にヘリウム透過性を有する絶縁層２０を配置した場合でも、パッケージ５の外部からキャビティー３内へのヘリウムの侵入を抑制することができる。

また、本実施形態では、接合層１５は金属層であり、埋込電極６６は、接合層１５に電気的に導通し、平面視で、環状の導電体である。
このように構成することにより、第１絶縁膜１０１と、第２絶縁膜１０２と、を容易に空間分離することができる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
振動デバイス１は、表裏関係にある第１面９Ａおよび第２面９Ｂを有し、少なくとも第１面９Ａにヘリウム透過性の絶縁層２０が配置される半導体基板９と、第１面９Ａ側に配置される振動素子７と、第１面９Ａ側に配置される接合層１５と、接合層１５を介して半導体基板９に接合され、半導体基板９とによって、振動素子７を収容するキャビティー３を有するパッケージ５を構成するリッド１１と、を備え、絶縁層２０は、パッケージ５の外部に露出しキャビティー３に露出しない第１絶縁膜１０１，１０３と、キャビティー３に露出しパッケージ５の外部に露出しない第２絶縁膜１０２，１０４と、を有し、パッケージ５の外部およびキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部とキャビティー３とに連通する絶縁膜を有さない。
これにより、ヘリウム透過性を有する絶縁層２０は、パッケージ５の外部とキャビティー３とに連通しないため、パッケージ５の外部からキャビティー３内へのヘリウムの侵入が抑制される。そのため、気密性の低下による周波数変動が生じ難い振動デバイス１を提供することができる。

２．実施形態２
次に、実施形態２に係る振動デバイス１ａについて、図５、図６、および図７を参照して説明する。
実施形態２の振動デバイス１ａは、実施形態１の振動デバイス１に比べ、埋込電極６６およびシールリング７５に代わり、貫通電極８６が設けられることや、端子層３７が、平面視で、貫通電極８６が形成される貫通溝８１と重なるように配置されること以外は、実施形態１と同様である。
なお、上述した実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５および図６に示すように、半導体基板９は、絶縁層２０ａを有する。絶縁層２０ａは、半導体基板９の表面に配置される。絶縁層２０ａは、ヘリウム透過性を有する。本実施形態では、絶縁層２０ａは、酸化シリコンにより形成される。

絶縁層２０ａは、絶縁膜２１ａ，２２ａ，２３，２４ａ，２５ａ，４３，４４，８４，８５を有する。つまり、絶縁膜２１ａ，２２ａ，２３，２４ａ，２５ａ，４３，４４，８４，８５は、ヘリウム透過性を有する。本実施形態では、絶縁膜２１ａ，２２ａ，２３，２４ａ，２５ａ，４３，４４，８４，８５は、酸化シリコンにより形成される。

絶縁膜２１ａおよび絶縁膜２２ａは、半導体基板９の第１面９Ａに配置される。絶縁膜２１ａおよび絶縁膜２２ａは、平面視で、半導体基板９とリッド１１とが接合される接合層１５と重なる位置に配置される。

絶縁膜２１ａは、半導体基板９の外縁に沿って配置され、平面視で、環状である。つまり、絶縁膜２１ａは、パッケージ５の側面に沿って配置される。絶縁膜２１ａは、パッケージ５の側面からパッケージ５の外部に露出している。

絶縁膜２２ａは、絶縁膜２１ａよりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２２ａは、平面視で、環状である。絶縁膜２２ａは、凹部１３の側面からキャビティー３に露出している。

絶縁膜２４ａおよび絶縁膜２５ａは、半導体基板９の第２面９Ｂに配置される。絶縁膜２４ａは、半導体基板９の外縁に沿って配置され、平面視で、環状である。つまり、絶縁膜２４ａは、パッケージ５の側面に沿って配置される。絶縁膜２４ａは、パッケージ５の側面からパッケージ５の外部に露出している。

絶縁膜２５ａは、絶縁膜２４ａよりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２５ａは、平面視で、矩形状である。

集積回路３１は、絶縁膜２４ａ，２５ａを介して第２面９Ｂに配置される。つまり、絶縁膜２４ａ，２５ａは、半導体基板９の第２面９Ｂと、集積回路３１と、の間に配置される層間絶縁膜である。

半導体基板９には、半導体基板９を厚さ方向に貫通する貫通溝８１が形成される。詳細には、貫通溝８１は、半導体基板９、集積回路３１、およびパッシベーション膜３６をそれぞれ厚さ方向に貫通する溝である。

貫通溝８１は、平面視で、接合層１５に重なる位置に設けられる。貫通溝８１は、平面視で、絶縁膜２１ａと絶縁膜２２ａとの間、および絶縁膜２４ａと絶縁膜２５ａとの間に設けられる。貫通溝８１は、平面視で、凹部１３を囲むように環状に形成される。

貫通溝８１は、側面８２と、側面８２に対向する側面８３と、を有する。側面８３は、側面８２よりもパッケージ５の内側に配置される。

側面８２には、絶縁膜８４が形成される。側面８３には、絶縁膜８５が形成される。

貫通溝８１内には導電体が充填され、貫通電極８６が形成される。つまり、貫通電極８６は、平面視で、凹部１３を囲むように環状に形成される導電体である。導電体としては、例えば、金属や、導電性を付与した半導体を用いることができる。貫通電極８６を金属や導電性を付与した半導体で形成することにより、貫通電極８６は、ヘリウム透過性を有さない。

貫通電極８６は、半導体基板９を厚さ方向に貫通している。換言すると、貫通電極８６は、半導体基板９の第１面９Ａと第２面９Ｂとの間を貫通している。詳細には、貫通電極８６は、半導体基板９、集積回路３１、およびパッシベーション膜３６をそれぞれ厚さ方向に貫通している。

貫通電極８６は、絶縁膜８４と、絶縁膜８５と、の間に配置される。また、貫通電極８６は、絶縁膜２１ａと絶縁膜２２ａとの間、および絶縁膜２４ａと絶縁膜２５ａとの間に配置される。

貫通電極８６が集積回路３１を貫通することにより、金属間絶縁層３４は、平面視で、絶縁膜２４ａと重なる絶縁膜３４１ａと、絶縁膜２５ａと重なる絶縁膜３４２ａと、に分離される。つまり、貫通電極８６は、絶縁膜３４１ａと、絶縁膜３４２ａと、の間に配置される。

貫通電極８６の上面は、接合層１５に接続される。貫通電極８６と、接合層１５と、が接続されることにより、貫通電極８６と、接合層１５と、は電気的に導通している。貫通電極８６の下面は、端子層３７に接続される。

図６および図７に示すように、端子層３７は、平面視で、貫通電極８６が形成される貫通溝８１と重なるように配置される。本実施形態では、端子層３７は、平面視で、環状である。

端子層３７は、複数の外部端子３８と、絶縁層３９と、を有する。絶縁層３９は、平面視で、隣り合う外部端子３８間に配置される。絶縁層３９は、例えば、窒化シリコンにより形成されており、ヘリウム透過性を有さない。端子層３７は、金属層である外部端子３８と、ヘリウム透過性を有さない絶縁層３９により構成される。つまり、端子層３７は、ヘリウム透過性を有さない。

端子層３７は、絶縁膜８４，８５に接続される。詳細には、端子層３７と、絶縁膜８４，８５の下面と、が接続される。これにより、絶縁膜８４，８５の下面から絶縁膜８４，８５内へのヘリウムの侵入が抑制される。

ここまで、振動デバイス１ａの概略構成、および絶縁層２０ａについて、説明した。

次に、絶縁膜２１ａと絶縁膜８４と絶縁膜２４ａが接続されることにより形成される第１絶縁膜１０６と、絶縁膜２２ａと絶縁膜８５と絶縁膜２５ａと絶縁膜４３と絶縁膜４４と絶縁膜２３とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０７と、について説明する。

まず、絶縁膜２１ａと絶縁膜８４と絶縁膜２４ａが接続されることにより形成される第１絶縁膜１０６について、説明する。

図６に示すように、絶縁膜２１ａは、半導体基板９の第１面９Ａに配置され、半導体基板９の外縁に沿って配置される。絶縁膜８４は、貫通溝８１の側面８２に形成される。絶縁膜２４ａは、半導体基板９の第２面９Ｂに配置され、半導体基板９の外縁に沿って配置される。絶縁膜２１ａと絶縁膜８４とが接続され、絶縁膜８４と絶縁膜２４ａとが接続されることにより、第１絶縁膜１０６が形成される。

絶縁膜２１ａ、絶縁膜８４、および絶縁膜２４ａは、ヘリウム透過性を有するため、第１絶縁膜１０６はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２１ａおよび絶縁膜２４ａは、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。絶縁膜２１ａおよび絶縁膜２４ａに接続される絶縁膜８４は、絶縁膜２１ａおよび絶縁膜２４ａを介してパッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。このため、第１絶縁膜１０６は、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない。

次に、絶縁膜２２ａと絶縁膜８５と絶縁膜２５ａと絶縁膜４３と絶縁膜４４と絶縁膜２３とが接続されることにより形成される第２絶縁膜１０７について、説明する。

絶縁膜２２ａは、半導体基板９の第１面９Ａに配置され、絶縁膜２１ａよりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜８５は、貫通溝８１の側面８３に形成される。絶縁膜２５ａは、半導体基板９の第２面９Ｂに配置され、絶縁膜２４ａよりもパッケージ５の内側に配置される。絶縁膜２２ａと絶縁膜８５とが接続され、絶縁膜８５と絶縁膜２５ａとが接続され、絶縁膜２５ａと絶縁膜４３，４４とが接続され、絶縁膜４３，４４と絶縁膜２３とが接続されることにより、第２絶縁膜１０７が形成される。

絶縁膜８５および絶縁膜２５ａは、ヘリウム透過性を有する絶縁膜３４２ａと接続しているが、絶縁膜３４２ａの下面にはヘリウム透過性を有さないパッシベーション膜３６が配置されているため、絶縁膜３４２ａを介して絶縁膜８５および絶縁膜２５ａにヘリウムが進入することはない。

絶縁膜２２ａ、絶縁膜８５、絶縁膜２５ａ、絶縁膜４３、絶縁膜４４、および絶縁膜２３は、ヘリウム透過性を有するため、第２絶縁膜１０７はヘリウム透過性を有する。

絶縁膜２２ａおよび絶縁膜２３は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。絶縁膜８５、絶縁膜２５ａ、絶縁膜４３，４４は、絶縁膜２２ａおよび絶縁膜２３を介してキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。このため、第２絶縁膜１０７は、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない。

上述したように、絶縁層２０ａは、パッケージ５の外部に露出し、キャビティー３に露出しない第１絶縁膜１０６と、キャビティー３に露出し、パッケージ５の外部に露出しない第２絶縁膜１０７と、を有する。

また、絶縁層２０ａは、パッケージ５の外部およびキャビティー３に露出し、パッケージ５の外部とキャビティー３とを連通する絶縁膜を有さない。

このような構成にすることにより、ヘリウム透過性を有する絶縁層２０ａは、パッケージ５の外部とキャビティー３とを連通しないため、パッケージ５の外部からキャビティー３内へのヘリウムの侵入が抑制される。そのため、気密性の低下による周波数変動が生じ難い振動デバイス１ａを提供することができる。

また、本実施形態では、第１絶縁膜１０６と、第２絶縁膜１０７と、は、半導体基板９とリッド１１とが接合される接合部に配置される。詳細には、第１絶縁膜１０６が有する絶縁膜２１ａと、第２絶縁膜１０７が有する絶縁膜２２ａと、は半導体基板９とリッド１１とが接合される接合部に配置される。より詳細には、第１絶縁膜１０６が有する絶縁膜２１ａと、第２絶縁膜１０７が有する絶縁膜２２ａと、は半導体基板９の第１面９Ａにおいて、平面視で、接合層１５と重なる位置に配置される。

第１絶縁膜１０６が有する絶縁膜２１ａおよび絶縁膜８４と、第２絶縁膜１０７が有する絶縁膜２２ａおよび絶縁膜８５と、の間には、貫通電極８６が配置される。このようにして、第１絶縁膜１０６と、第２絶縁膜１０７と、は空間分離される。詳細には、第２絶縁膜１０７は、第１絶縁膜１０６よりもキャビティー３側に空間分離されて配置される。

このように、半導体基板９とリッド１１との接合部において、第１絶縁膜１０６と、第２絶縁膜１０７と、空間分離して配置することにより、この接合部にヘリウム透過性を有する絶縁層２０ａを配置した場合でも、パッケージ５の外部からキャビティー３内へのヘリウムの侵入を抑制することができる。

また、本実施形態では、接合層１５は金属層であり、貫通電極８６は、接合層１５に電気的に導通し、平面視で、環状の導電体である。
このように構成することにより、第１絶縁膜１０６と、第２絶縁膜１０７と、を容易に空間分離することができる。

貫通電極８６は、集積回路３１内の図示しない配線を介して、集積回路３１と電気的に導通させても構わない。貫通電極８６を集積回路３１と電気的に導通させることにより、集積回路３１の発熱を貫通電極８６を介してリッド１１に伝えることができる。集積回路３１の発熱をリッド１１に伝えることにより、リッド１１に囲まれるキャビティー３内の温度を速やかに安定させることができるので、安定した起動特性が得られる。

また、貫通電極８６は、集積回路３１内の図示しないグランド配線に接続されていても構わない。貫通電極８６がグランド配線に接続されることにより、電磁波などのノイズから振動デバイス１ａを保護することができ、振動デバイス１ａにおける振動特性の劣化を抑制できる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、実施形態１と同様な効果を得ることができる。

以上、振動デバイス１，１ａについて、説明した。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていても構わない。また、各実施形態を適宜組み合わせても構わない。

１，１ａ…振動デバイス、３…キャビティー、５…パッケージ、７…振動素子、９…半導体基板、１１…リッド、１５…接合層、２０，２０ａ…絶縁層、３１…集積回路、６６…埋込電極、７５…シールリング、８６…貫通電極、１０１，１０３，１０６…第１絶縁膜、１０２，１０４，１０７…第２絶縁膜。

Claims (5)

1. 表裏関係にある第１面および第２面を有し、少なくとも前記第１面にＨｅ透過性の絶縁層が配置される半導体基板と、
   前記第１面側に配置される振動素子と、
   前記第１面側に配置される接合層と、
   前記接合層を介して前記半導体基板に接合され、前記半導体基板とによって、前記振動素子を収容するキャビティーを有するパッケージを構成するリッドと、を備え、
   前記絶縁層は、前記パッケージの外部に露出し前記キャビティーに露出しない第１絶縁膜と、前記キャビティーに露出し前記外部に露出しない第２絶縁膜と、を有し、
   前記外部および前記キャビティーに露出し、前記外部と前記キャビティーとに連通する絶縁膜を有さない、
   振動デバイス。
2. 前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜は前記第１面に配置されており、
   前記第１絶縁膜は、平面視で環状に配置され、
   前記第２絶縁膜は、平面視で環状に配置され、かつ、前記第１絶縁膜よりも前記キャビティー側に前記第１絶縁膜と空間分離されて配置される、
   請求項１に記載の振動デバイス。
3. 前記接合層は金属層であり、
   前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜との間に、前記接合層に電気的に接続し、平面視で環状の導電体が配置される、
   請求項２に記載の振動デバイス。
4. 前記半導体基板は、前記第２面側に集積回路を有し、
   前記導電体は、前記半導体基板の前記第１面と前記第２面との間を貫通する貫通電極であり、前記集積回路と電気的に接続している、
   請求項３に記載の振動デバイス。
5. 前記貫通電極は、前記集積回路のグランド配線に接続されている、
   請求項４に記載の振動デバイス。

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