JP2023121635A - 振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法 - Google Patents

振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】大型化を抑制しつつ優れたガス吸着性を有する振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法を提供すること。【解決手段】振動デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を備えているシリコンのベースと、前記第１面に配置されている振動素子と、前記第１面側に配置され、前記第１面と対向している第３面と、前記第３面に開口している有底の凹部と、を備え、前記第３面が前記第１面に接合されているシリコンのリッドと、前記凹部の底面に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層と、を有し、前記凹部の底面の表面粗さＲａは、前記第３面の表面粗さＲａよりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法に関する。
特許文献１に記載されている電子デバイスは、基体および蓋体を接合してなるパッケージと、パッケージのキャビティー内に収容されている音叉型水晶片と、を有している。また、蓋体の内面つまりキャビティーに臨む面にはガス吸蔵性を有する吸蔵金属膜つまりゲッター材が配置されている。このような構成によれば、吸蔵金属膜が基体および蓋体を陽極接合する際に発生するガスや内部で発生するガスを吸着することにより、キャビティー内の圧力変動を低減することができ、電子デバイスの特性を長期的に安定させることができる。
特開２０１４－６０６９９号公報
ここで、吸蔵金属膜によるガス吸着能力を高めるには吸蔵金属膜の表面積を大きくすることが有効である。しかしながら、電子デバイスが小型化するにつれ、吸蔵金属膜の表面積を大きく確保することが困難となっており、特許文献１に記載の電子デバイスでは、高いガス吸着能力を発揮することが困難である。
本発明の振動デバイスは、表裏関係にある第１面および第２面を備えているシリコンのベースと、
前記第１面に配置されている振動素子と、
前記第１面側に配置され、前記第１面と対向している第３面と、前記第３面に開口している有底の凹部と、を備え、前記第３面が前記第１面に接合されているシリコンのリッドと、
前記凹部の底面に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層と、を有し、
前記凹部の底面の表面粗さＲａは、前記第３面の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴とする。
本発明の振動デバイスの製造方法は、表裏関係にある第１面および第２面を備えているシリコンのベースと、
前記第１面に配置されている振動素子と、
前記第１面側に配置され、前記第１面と対向している第３面と、前記第３面に開口している有底の凹部と、を備え、前記第３面が前記第１面に接合されているシリコンのリッドと、
前記凹部の底面に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層と、を有する振動デバイスの製造方法であって、
前記第３面よりも大きい表面粗さＲａの底面を備える前記凹部を形成する凹部形成工程と、
前記凹部の底面に前記ゲッター層を形成するゲッター層形成工程と、
前記リッドの前記第３面を前記ベースの前記第１面に接合する接合工程と、を含んでいる。
第１実施形態に係る振動デバイスの断面図である。 振動デバイスが備える振動素子を示す平面図である。 振動デバイスが備えるリッドの凹部内を示す斜視図である。 リッドの部分拡大断面図である。 振動デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。 振動デバイスの製造方法を示す断面図である。
以下、振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスの断面図である。図２は、振動デバイスが備える振動素子を示す平面図である。図３は、振動デバイスが備えるリッドの凹部内を示す斜視図である。図４は、リッドの部分拡大断面図である。図５は、振動デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図６ないし図１９は、それぞれ、振動デバイスの製造方法を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図１、図４、図６～図１９中の上側を「上」とも言い、下側を「下」とも言う。その場合、図２では、紙面手前側が「上」、奥側が「下」である。また、図３では、上側が「下」であり、下側が「上」である。
図１に示す振動デバイス１は、水晶発振器である。振動デバイス１は、内部に収容部Ｓが形成されているパッケージ１１と、収容部Ｓに収容されている振動素子４と、を有している。収容部Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態である。そのため、粘性抵抗が減り、振動素子４の発振特性が向上する。また、パッケージ１１は、振動素子４が搭載されているベース２と、振動素子４を覆ってベース２の上面２ａに接合されているリッド３と、を有している。
－ベース２－
ベース２は、シリコン基板である。また、ベース２は、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを有している。また、上面２ａおよび下面２ｂにはそれぞれ絶縁膜２５が形成されている。また、ベース２の上面２ａ側には振動素子４と電気的に接続されている集積回路６が形成されている。ベース２に集積回路６を形成することにより、ベース２を有効活用することができ、振動デバイス１の小型化を図ることができる。特に、集積回路６を上面２ａ側に形成することにより、集積回路６を収容部Ｓに収容して保護することができる。ただし、集積回路６は、下面２ｂ側に形成してもよいし、省略してもよい。
集積回路６には、温度センサーと、発振回路と、温度補償回路と、が含まれている。温度センサーは、振動素子４の温度を検出するセンサーである。発振回路は、振動素子４と電気的に接続され、振動素子４の出力信号を増幅し、増幅した信号を振動素子４にフィードバックすることにより振動素子４を発振させる。また、温度補償回路は、温度センサーから出力される温度情報に基づいて、出力信号の周波数変動が振動素子４自身の周波数温度特性よりも小さくなるように温度補償する。ただし、集積回路６の構成は、特に限定されない。
ベース２の上面２ａには配線層６２と絶縁層６３の積層体６０が形成されている。そして、配線層６２に含まれる配線を介して上面２ａに形成された図示しない複数の能動素子が電気的に接続されて集積回路６が構成される。また、積層体６０上には振動素子４と集積回路６とを電気的に接続している一対の配線２８、２９が配置されている。一方で、ベース２の下面２ｂには複数の外部端子２７が配置されており、これら外部端子２７は、それぞれ、ベース２を厚さ方向に貫通する貫通電極２１を介して集積回路６と電気的に接続されている。
－振動素子４－
図２に示すように、振動素子４は、振動基板４１と、振動基板４１の表面に配置されている電極と、を有する。振動基板４１は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではＡＴカット水晶基板から形成されている。ＡＴカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しているため、優れた温度特性を有する振動素子４となる。また、電極は、振動基板４１の上面に配置されている励振電極４２１と、下面に励振電極４２１と対向して配置されている励振電極４２２と、下面に配置されている一対の端子４２３、４２４と、端子４２３と励振電極４２１とを電気的に接続する配線４２５と、端子４２４と励振電極４２２とを電気的に接続する配線４２６と、を有している。
なお、振動素子４の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子４は、励振電極４２１、４２２に挟まれた振動領域がその周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板４１の周囲を研削するベベル加工や、上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。
また、振動素子４としては、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されず、例えば、音叉型の振動素子のように複数の振動腕が面内方向に屈曲振動するものであってもよい。つまり、振動基板４１は、ＡＴカット水晶基板から形成されたものに限定されず、ＡＴカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Ｘカット水晶基板、Ｙカット水晶基板、Ｚカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＳＴカット水晶基板等から形成されていてもよい。
また、振動基板４１の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガサイト、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体で構成されていてもよい。更にまた、振動素子４は、圧電駆動型の振動片に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動片であってもよい。
このような振動素子４は、一対の金属バンプＢ１、Ｂ２を介してベース２の上面２ａに接合されていると共に配線２８、２９と電気的に接続されている。
－リッド３－
リッド３は、ベース２と同様、シリコン基板である。これにより、ベース２とリッド３との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、振動デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。
また、図１に示すように、リッド３は、上面３ａと、第３面としての下面３ｂと、下面３ｂに開口し、内部に振動素子４を収容する有底の凹部３１と、を有している。このうち、下面３ｂは、平滑な面（鏡面）で構成されている。また、凹部３１の内面すなわち底面３１１および側面３１２は、それぞれ、凹凸面で構成されている。特に、図３に示すように、底面３１１は、ナノポーラスな凹凸面で構成され、側面３１２は、縦筋の入った凹凸面となっている。
また、リッド３には、凹部３１の内面と下面３ｂとに亘って金属層９が形成されている。金属層９のうち、下面３ｂ上に位置する部分は、ベース２との接合に用いられるリッド側接合層７１として機能し、凹部３１の内面上に位置する部分は、収容部Ｓ内の残留ガスを吸着（吸蔵）するゲッター層８として機能する。ゲッター層８が収容部Ｓ内の残留ガスを吸着することにより、収容部Ｓ内の真空度の低下が抑制され、振動周波数の変動、Ｑ値の低下等に起因した振動特性の劣化を効果的に抑制することができる。つまり、振動デバイス１の振動特性を長期的に安定させることができる。また、リッド側接合層７１とゲッター層８とを１つの金属層９から一体形成することにより、振動デバイス１の製造工程の簡略化を図ることができ、製造コストを削減することができる。
金属層９は、リッド３上に成膜されているＴｉ層（チタン層）と、Ｔｉ層上に成膜されているＡｕ層（金層）と、の積層体で構成されている。Ｔｉ層は、リッド３とＡｕ層との密着性を高める下地層として機能する。また、ゲッター層８においては、Ｔｉ層のチタン原子がＡｕ層中に拡散することにより、ガス吸着性を発揮することができる。
Ｔｉ層の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、０．０１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態のＴｉ層の厚さは、４０ｎｍ程度である。Ｔｉ層を上記の厚さとすることにより、過度な厚膜化を防ぎつつ、下地層としての機能およびゲッター層８としての機能をより確実に発揮することができる。
また、Ａｕ層の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態のＡｕ層の厚さは、２０ｎｍ程度である。Ａｕ層を上記の厚さとすることにより、リッド側接合層７１においてベース２との接合をより確実に行うことができると共に、ゲッター層８においてチタン原子がＡｕ層の表面まで拡散し易くなり、優れたガス吸着性を発揮することができる。
このようなリッド３は、リッド側接合層７１を介してベース２の上面２ａに接合されている。リッド側接合層７１の接合相手として、ベース２の上面２ａには、リッド側接合層７１と対向するベース側接合層７２が形成されている。ベース側接合層７２は、リッド側接合層７１と同様、上面２ａに成膜されたＴｉ層と、Ｔｉ層上に成膜されたＡｕ層と、の積層体で構成されている。
これらの接合には常温活性化接合が用いられる。つまり、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面にイオンビームやプラズマを照射し、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面を活性化させた状態で表面同士を密着させ、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の金属を拡散、再組織化することにより、ベース２とリッド３とを常温で接合する。このような接合方法によれば、常温で接合が可能なため、接合時にガスが生じ難く、高い気密封止を実現することができる。また、残留応力が生じ難い。ただし、ベース２とリッド３との接合方法は、特に限定されない。
ここで、前述したように、リッド３の下面３ｂが平滑な面（鏡面）で構成されているのに対して、凹部３１の内面すなわち底面３１１および側面３１２が凹凸面で構成されている。つまり、底面３１１および側面３１２の表面粗さＲａは、それぞれ、下面３ｂの表面粗さＲａよりも大きい。これにより、次の効果を発揮することができる。なお、表面粗さＲａは、算術平均粗さを意味する。
上述の常温活性化接合によってリッド側接合層７１とベース側接合層７２とをより強固に接合するためには、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面を平滑にして密着させる必要がある。そのため、本実施形態では、ポリッシング等によって下面３ｂおよび上面２ａの表面粗さＲａをなるべく小さくしている。これにより、下面３ｂおよび上面２ａ上に成膜されるリッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面粗さを小さく抑えることができ、これらの密着性が高まって強固に接合することができる。なお、下面３ｂおよび上面２ａの表面粗さＲａとしては、特に限定されないが、それぞれ５ｎｍ未満であることが好ましく、３ｎｍ未満であることがより好ましい。これにより、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面粗さを十分に小さく抑えることができ、リッド３とベース２をより強固に接合することができる。
一方、ゲッター層８の機能を高めるためには、ゲッター層８の表面積をより大きくすることが有効である。しかしながら、振動デバイス１の小型化により、ゲッター層８の表面積を大きく確保することが困難となっている。そこで、振動デバイス１では、凹部３１の底面３１１および側面３１２を共に凹凸面とし、底面３１１および側面３１２の表面粗さＲａを大きくしている。そして、底面３１１および側面３１２上にゲッター層８を成膜することにより、底面３１１および側面３１２の凹凸がゲッター層８の表面に転写され、図４に示すように、ゲッター層８の表面が凹凸形状となる。そのため、ゲッター層８の表面積を大きくすることができ、ゲッター層８は、高い吸着能力を発揮することができる。このような構成によれば、ゲッター層８の平面的な広がりを抑えつつ、表面積を大きくすることができる。そのため、振動デバイス１の小型化とゲッター層８の表面積増大との両立を図ることができる。なお、底面３１１および側面３１２の表面粗さＲａとしては、それぞれ、特に限定されないが、２００ｎｍよりも大きいことが好ましく、３００ｎｍよりも大きいことがより好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となる。
本実施形態では、メタルアシスト化学エッチング（Metal Assisted Chemical Etching：ＭＡＣＥ）によって凹部３１が形成されている。メタルアシスト化学エッチングは、エッチング領域に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の触媒を形成したシリコン基板をエッチング液に浸漬し、触媒による局所的な反応促進によって触媒直下のシリコンだけを選択的にエッチングすることにより、触媒のパターン通りにシリコン基板を垂直にエッチングする技法である。特に、本実施形態では、触媒とシリコン基板との界面に効率的にエッチング液を供給するために触媒に多数の微細な貫通孔を形成している。そのため、貫通孔と重なる領域と重ならない領域とでエッチング速度に差が生じ、その結果、エッチング痕によるナノポーラスな凹凸を有する底面３１１が自然に得られる。また、貫通孔が触媒の外縁に重なることで外縁の形状が歪になり、それによって凹部３１の側面３１２に筋状の凹凸が自然に得られる。このように、メタルアシスト化学エッチングによれば、凹凸を有する底面３１１および側面３１２を簡単に形成することができる。
なお、メタルアシスト化学エッチングと同様に、シリコン基板を垂直にエッチングできる技法としてドライエッチングが知られている。しかしながら、ドライエッチングでは温室効果ガス（Greenhouse Gas）が発生するため、環境負荷が大きくなり易い。これに対して、メタルアシスト化学エッチングによれば、温室効果ガスが発生しないため、環境負荷を小さく抑えることができる。
以上、振動デバイス１について説明した。このような振動デバイス１は、前述したように、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを備えているシリコンのベース２と、上面２ａに配置されている振動素子４と、上面２ａ側に配置され、上面２ａと対向している第３面としての下面３ｂと、下面３ｂに開口している有底の凹部３１と、を備え、下面３ｂが上面２ａに接合されているシリコンのリッド３と、凹部３１の底面３１１に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層８と、を有し、凹部３１の底面３１１の表面粗さＲａは、下面３ｂの表面粗さＲａよりも大きい。これにより、底面３１１の凹凸がゲッター層８の表面に転写され、ゲッター層８の表面が凹凸形状となるため、その表面積を大きくすることができる。そのため、ゲッター層８は、高いガス吸着能力を発揮することができる。このような構成によれば、振動デバイス１の小型化とゲッター層８の表面積増大との両立を図ることができる。
また、前述したように、凹部３１の底面３１１の表面粗さＲａは、２００ｎｍよりも大きい。これにより、ゲッター層８の表面積を十分に大きくすることができ、高いガス吸着性を発揮することができる。
また、前述したように、ゲッター層８は、底面３１１に配置されているＴｉ層と、Ｔｉ層上に配置されているＡｕ層と、を有している。これにより、ゲッター層８の構成が簡単となる。また、ゲッター層８とリッド側接合層７１とを一体形成し易くなる。
また、前述したように、Ａｕ層の厚さは、１００ｎｍ以下である。これにより、リッド側接合層７１においてベース２との接合をより確実に行うことができると共に、ゲッター層８においてチタン原子がＡｕ層の表面まで拡散し易くなり、優れたガス吸着性を発揮することができる。
また、前述したように、振動デバイス１は、下面３ｂに配置され、ベース２との接合に用いられるリッド側接合層７１を有し、ゲッター層８およびリッド側接合層７１は、互いに同じ構成である。これにより、ゲッター層８とリッド側接合層７１とを一体形成することができる。
また、前述したように、下面３ｂの表面粗さＲａは、５ｎｍ未満である。これにより、下面３ｂ上に配置されるリッド側接合層７１の表面を十分に平滑な面とすることができる。そのため、ベース２との接合強度の向上を図ることができる。
次に、振動デバイス１の製造方法について説明する。図５に示すように、振動デバイス１の製造方法は、金属層９が成膜されたリッド３を準備するリッド準備工程Ｓ１と、振動素子４が搭載されたベース２を準備するベース準備工程Ｓ２と、ベース２とリッド３とを接合する接合工程Ｓ３と、アニール処理を行うアニール工程Ｓ４と、を含んでいる。
－リッド準備工程Ｓ１－
図５に示すように、リッド準備工程Ｓ１は、リッド３に凹部３１を形成する凹部形成工程Ｓ１１と、リッド３にゲッター層８を形成するゲッター層形成工程Ｓ１２と、を含んでいる。
［凹部形成工程Ｓ１１］
まず、図６に示すように、リッド３の母材となるリッドウエハ３０を準備する。リッドウエハ３０は、表裏関係にある上面３ａおよび下面３ｂを備え、複数の個片化領域Ｑすなわち個片化されてリッド３となる部分を含んでいる。そして、このリッドウエハ３０を洗浄する。なお、この状態では、リッドウエハ３０の厚さは、リッド３に求められる厚さよりも厚い。これにより、リッドウエハ３０の強度を高めることができ、製造時のハンドリング性が高まる。
次に、メタルアシスト化学エッチングを用いて各リッド３の下面３ｂに凹部３１を形成する。具体的には、まず、図７に示すように、各リッド３の下面３ｂに触媒Ｃを形成する。次に、図８に示すように、リッドウエハ３０をエッチング液Ｅに浸漬し、触媒Ｃ直下のシリコンだけを選択的にエッチングする。以上により、各リッド３に、下面３ｂよりも大きい表面粗さＲａの凹凸状の内面を備える凹部３１が形成される。このように、メタルアシスト化学エッチングによれば、より確実に、凹凸状の内面を備える凹部３１を形成することができる。そのため、例えば、エッチングの後に、ブラスト処理等、表面を荒らす処理が必要なくなり、凹部３１の形成工程の削減を図ることができる。
［ゲッター層形成工程Ｓ１２］
次に、図９に示すように、各リッド３の下面３ｂおよび凹部３１の内面にＴｉ層とＡｕ層とを順に成膜することで金属層９を形成する。金属層９のうち、下面３ｂに位置する部分は、ベース２との接合に用いられるリッド側接合層７１であり、凹部３１の内面に位置する部分は、収容部Ｓ内の残留ガスを吸着するゲッター層８である。なお、金属層９の成膜方法は、特に限定されず、スパッタリング、ＣＶＤ、蒸着等を用いることができる。
ここで、前述したように、凹部３１の底面３１１および側面３１２を共に凹凸面としているため、この凹凸がゲッター層８の表面にも転写され、ゲッター層８の表面が凹凸形状となる。そのため、ゲッター層８の表面積が大きくなり、高いガス吸着能力を発揮することができる。
なお、本工程で成膜するＡｕ層の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましい。本実施形態のＡｕ層の厚さは、２０ｎｍ程度である。Ａｕ層を上記の厚さとすることにより、リッド側接合層７１においてベース２との接合をより確実に行うことができると共に、ゲッター層８においてチタン原子がＡｕ層の表面まで拡散し易くなり、優れたガス吸着性を発揮することができる。
－ベース準備工程Ｓ２－
図５に示すように、ベース準備工程Ｓ２は、集積回路６を形成する集積回路形成工程Ｓ２１と、ベース側接合層７２を形成するベース側接合層形成工程Ｓ２２と、振動素子４を搭載する振動素子搭載工程Ｓ２３と、を含んでいる。
［集積回路形成工程Ｓ２１］
まず、図１０に示すように、ベース２の母材となるベースウエハ２０を準備する。ベースウエハ２０は、表裏関係にある上面２ａおよび下面２ｂを備え、複数の個片化領域Ｑすなわちベース２となる部分を含んでいる。なお、この状態では、ベースウエハ２０の厚さは、ベース２に求められる厚さよりも厚い。これにより、ベースウエハ２０の強度を高めることができ、製造時のハンドリング性が高まる。次に、図１１に示すように、各ベース２の上面２ａに集積回路６を形成する。
［ベース側接合層形成工程Ｓ２２］
次に、図１２に示すように、各ベース２の上面２ａにＴｉ層とＡｕ層とを順に成膜した後、この膜をエッチングによりパターニングすることで、ベース側接合層７２および配線２８、２９を形成する。このように、ベース側接合層７２と配線２８、２９とを同一工程で一括して形成することにより、振動デバイス１の製造工程の簡略化を図ることができる。
［振動素子搭載工程Ｓ２３］
次に、図１３に示すように、金属バンプＢ１、Ｂ２を介して振動素子４をベース２の上面２ａに搭載する。
－接合工程Ｓ３－
図５に示すように、接合工程Ｓ３は、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０の位置合わせを行う位置合わせ工程Ｓ３１と、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０とを接合するウエハ接合工程Ｓ３２と、ベースウエハ２０を薄板化するベースウエハ薄板化工程Ｓ３３と、各ベース２の下面２ｂに外部端子２７を形成する外部端子形成工程Ｓ３４と、リッドウエハ３０を薄板化するリッドウエハ薄板化工程Ｓ３５と、各個片化領域Ｑを個片化する個片化工程Ｓ３６と、を含んでいる。
［位置合わせ工程Ｓ３１］
まず、図１４に示すように、真空中で、ＩＲカメラ等を用いてベースウエハ２０とリッドウエハ３０との位置合わせを行う。
［ウエハ接合工程Ｓ３２］
次に、図１５に示すように、真空中で、リッド側接合層７１とベース側接合層７２とを常温活性化接合することにより、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０とを強固に接合する。具体的には、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面にイオンビームやプラズマを照射してリッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面を活性化させた状態でこれらの表面同士を密着させ、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の金属を拡散、再組織化することにより、ベース２とリッド３とを常温で接合する。このような接合方法によれば、接合時にガスが生じ難く、高い気密封止を実現することができる。なお、接合の際、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０とを加圧してもよいし、加圧しなくてもよい。
なお、下面３ｂおよび上面２ａの表面粗さＲａとしては、特に限定されないが、それぞれ５ｎｍ未満であることが好ましく、３ｎｍ未満であることがより好ましい。これにより、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面粗さを十分に小さく抑えることができ、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０とをより強固に接合することができる。
［ベースウエハ薄板化工程Ｓ３３］
次に、図１６に示すように、ベースウエハ２０を下面２ｂ側から薄板化し、ベース２に求められている厚さに合わせる。薄板化は、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）により行うことができる。このように、必要時までベースウエハ２０を厚くしておくことで、製造時のハンドリング性が高まる。
［外部端子形成工程Ｓ３４］
次に、図１７に示すように、各ベース２を貫通する貫通電極２１を形成し、さらに、下面２ｂに外部端子２７を形成する。
［リッドウエハ薄板化工程Ｓ３５］
次に、図１８に示すように、リッドウエハ３０を上面３ａ側から薄板化し、リッド３に求められている厚さに合わせる。薄板化は、例えば、ＣＭＰ（化学機械研磨）により行うことができる。このように、必要時までリッドウエハ３０を厚くしておくことで、製造時のハンドリング性が高まる。
［個片化工程Ｓ３６］
次に、図１９に示すように、ダイシングブレード等を用いて、ベースウエハ２０とリッドウエハ３０との積層体を個片化領域Ｑ毎に個片化する。これにより、複数の振動デバイス１が一括して形成される。特に、本実施形態では、個片化領域Ｑの境界に、リッド側接合層７１、ベース側接合層７２および外部端子２７を配置していないため、ダイシングブレードの根詰まりが抑制され、本工程をスムーズかつ精度よく行うことができる。
－アニール工程Ｓ４－
次に、各振動デバイス１を２００℃以上３００℃以下程度の温度に加熱し、アニール処理を行う。これにより、Ａｕ層へのチタン原子の拡散が促され、ゲッター層８のガス吸着性能を高めることができる。そのため、収容部Ｓの真空度を高めることができる。
以上の工程によって振動デバイス１が製造される。このような製造方法によれば、振動デバイス１のチップサイズを大きくすることなく、ゲッター層８の表面積を大きくすることができる。そのため、小型でありながら高いガス吸着能力を有し、収容部Ｓの真空度を高めることができると共に経時的な真空度の低下を効果的に抑制することができる振動デバイス１が得られる。
このような振動デバイス１の製造方法は、前述したように、表裏関係にある第１面としての上面２ａおよび第２面としての下面２ｂを備えているシリコンのベース２と、上面２ａに配置されている振動素子４と、上面２ａ側に配置され、上面２ａと対向している第３面としての下面３ｂと、下面３ｂに開口している有底の凹部３１と、を備え、下面３ｂが上面２ａに接合されているシリコンのリッド３と、凹部３１の底面３１１に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層８と、を有する振動デバイス１の製造方法であって、下面３ｂよりも大きい表面粗さＲａの底面３１１を備える凹部３１を形成する凹部形成工程Ｓ１１と、凹部３１の底面３１１にゲッター層８を形成するゲッター層形成工程Ｓ１２と、リッド３の下面３ｂをベース２の上面２ａに接合する接合工程Ｓ３と、を含んでいる。このような製造方法によれば、振動デバイス１のチップサイズを大きくすることなく、ゲッター層８の表面積を大きくすることができる。そのため、小型でありながら高いガス吸着能力を有し、収容部Ｓの真空度を高めることができると共に経時的な真空度の低下を効果的に抑制することができる振動デバイス１が得られる。
また、前述したように、凹部形成工程Ｓ１１では、メタルアシスト化学エッチングにより凹部３１を形成する。メタルアシスト化学エッチングによれば、より確実に、下面３ｂよりも大きい表面粗さＲａの底面３１１を備える凹部３１を形成することができる。そのため、例えば、エッチングの後にブラスト処理等、表面を荒らす処理が必要なくなり、凹部３１の形成工程の削減を図ることができる。
また、前述したように、ゲッター層形成工程Ｓ１２では、底面３１１にＴｉ層を成膜し、Ｔｉ層上にＡｕ層を成膜する。これにより、ゲッター層８の構成が簡単となる。また、また、ゲッター層８とリッド側接合層７１とを一体形成し易くなる。
また、前述したように、Ａｕ層の厚さを１００ｎｍ以下とする。これにより、リッド側接合層７１においてベース２との接合をより確実に行うことができると共に、ゲッター層８においてチタン原子がＡｕ層の表面まで拡散し易くなり、優れたガス吸着性を発揮することができる。
また、前述したように、接合工程Ｓ３では、下面３ｂに配置されているリッド側接合層７１と、上面２ａに配置されているベース側接合層７２と、を接合する。これにより、ベース２とリッド３とを強固に接合することができる。
また、前述したように、ゲッター層８およびリッド側接合層７１は、互いに同じ構成である。これにより、ゲッター層８とリッド側接合層７１とを一体形成することができる。
また、前述したように、下面３ｂおよび上面２ａの表面粗さＲａは、それぞれ、５ｎｍ未満である。これにより、リッド側接合層７１およびベース側接合層７２の表面を十分に平滑な面とすることができる。そのため、リッド３とベース２との接合強度の向上を図ることができる。
また、前述したように、接合工程Ｓ３の後に、ベース２とリッド３との接合体を加熱するアニール工程Ｓ４をさらに含んでいる。これにより、残留ガスがゲッター層８に吸着され、収容部Ｓの真空度を高めることができる。また、加熱によってＡｕ層へのチタン原子の拡散が促され、ゲッター層８のガス吸着性能を高めることもできる。
以上、本発明の振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、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よい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
１…振動デバイス、１１…パッケージ、２…ベース、２ａ…上面、２ｂ…下面、２０…ベースウエハ、２１…貫通電極、２５…絶縁膜、２７…外部端子、２８…配線、２９…配線、３…リッド、３ａ…上面、３ｂ…下面、３０…リッドウエハ、３１…凹部、３１１…底面、３１２…側面、４…振動素子、４１…振動基板、４２１…励振電極、４２２…励振電極、４２３…端子、４２４…端子、４２５…配線、４２６…配線、６…集積回路、６０…積層体、６２…配線層、６３…絶縁層、７１…リッド側接合層、７２…ベース側接合層、８…ゲッター層、９…金属層、Ｂ１…金属バンプ、Ｂ２…金属バンプ、Ｃ…触媒、Ｅ…エッチング液、Ｑ…個片化領域、Ｓ…収容部、Ｓ１…リッド準備工程、Ｓ１１…凹部形成工程、Ｓ１２…ゲッター層形成工程、Ｓ２…ベース準備工程、Ｓ２１…集積回路形成工程、Ｓ２２…ベース側接合層形成工程、Ｓ２３…振動素子搭載工程、Ｓ３…接合工程、Ｓ３１…位置合わせ工程、Ｓ３２…ウエハ接合工程、Ｓ３３…ベースウエハ薄板化工程、Ｓ３４…外部端子形成工程、Ｓ３５…リッドウエハ薄板化工程、Ｓ３６…個片化工程、Ｓ４…アニール工程

Claims (14)

  1. 表裏関係にある第１面および第２面を備えているシリコンのベースと、
    前記第１面に配置されている振動素子と、
    前記第１面側に配置され、前記第１面と対向している第３面と、前記第３面に開口している有底の凹部と、を備え、前記第３面が前記第１面に接合されているシリコンのリッドと、
    前記凹部の底面に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層と、を有し、
    前記凹部の底面の表面粗さＲａは、前記第３面の表面粗さＲａよりも大きいことを特徴とする振動デバイス。
  2. 前記凹部の底面の表面粗さＲａは、２００ｎｍよりも大きい請求項１に記載の振動デバイス。
  3. 前記ゲッター層は、前記底面に配置されているＴｉ層と、前記Ｔｉ層上に配置されているＡｕ層と、を有している請求項１または２に記載の振動デバイス。
  4. 前記Ａｕ層の厚さは、１００ｎｍ以下である請求項３に記載の振動デバイス。
  5. 前記第３面に配置され、前記ベースとの接合に用いられるリッド側接合層を有し、
    前記ゲッター層および前記リッド側接合層は、互いに同じ構成である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
  6. 前記第３面の表面粗さＲａは、５ｎｍ未満である請求項１に記載の振動デバイス。
  7. 表裏関係にある第１面および第２面を備えているシリコンのベースと、
    前記第１面に配置されている振動素子と、
    前記第１面側に配置され、前記第１面と対向している第３面と、前記第３面に開口している有底の凹部と、を備え、前記第３面が前記第１面に接合されているシリコンのリッドと、
    前記凹部の底面に配置され、ガス吸着性を備えるゲッター層と、を有する振動デバイスの製造方法であって、
    前記第３面よりも大きい表面粗さＲａの底面を備える前記凹部を形成する凹部形成工程と、
    前記凹部の底面に前記ゲッター層を形成するゲッター層形成工程と、
    前記リッドの前記第３面を前記ベースの前記第１面に接合する接合工程と、を含んでいることを特徴とする振動デバイスの製造方法。
  8. 前記凹部形成工程では、メタルアシスト化学エッチングにより前記凹部を形成する請求項７に記載の振動デバイスの製造方法。
  9. 前記ゲッター層形成工程では、前記底面にＴｉ層を成膜し、前記Ｔｉ層上にＡｕ層を成膜する請求項７または８に記載の振動デバイスの製造方法。
  10. 前記Ａｕ層の厚さを１００ｎｍ以下とする請求項９に記載の振動デバイスの製造方法。
  11. 前記接合工程では、前記第３面に配置されているリッド側接合層と、前記第１面に配置されているベース側接合層と、を接合する請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の振動デバイスの製造方法。
  12. 前記ゲッター層および前記リッド側接合層は、互いに同じ構成である請求項１１に記載の振動デバイスの製造方法。
  13. 前記第３面および前記第１面の表面粗さＲａは、それぞれ、５ｎｍ未満である請求項１１または１２に記載の振動デバイスの製造方法。
  14. 前記接合工程の後に、前記ベースと前記リッドとの接合体を加熱するアニール工程をさらに含んでいる請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の振動デバイスの製造方法。
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