JP5168568B2 - Thin film bulk wave resonator - Google Patents

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Description

本発明は薄膜バルク波共振器に関し、特に、薄膜バルク波共振器を実装基板に実装するための実装構造に関する。   The present invention relates to a thin film bulk acoustic wave resonator, and more particularly to a mounting structure for mounting the thin film bulk acoustic wave resonator on a mounting substrate.

無線周波数資源の有効利用の観点から、高周波フィルタには、急峻なスカート特性が要求される。特に、通過帯域では、挿入損失が小さくて、帯域外の抑圧は大きく、理想的には、抑圧無限大で、矩形のフィルタ特性が望まれる。このようなフィルタ特性を実現するフィルタデバイスとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）が知られている。一般的に、ＦＢＡＲは、素子基板とその素子基板上に形成される積層共振体とを有する共振子である。積層共振体は、圧電体膜とその圧電体膜を上下から挟む一対の上部電極及び下部電極を有しており、上部電極と下部電極との間に高周波信号が印加されると、積層共振体の膜厚が１／２波長に等しくなる共振周波数にて厚み縦方向に励振する。   From the viewpoint of effective use of radio frequency resources, the high frequency filter is required to have a steep skirt characteristic. In particular, in the pass band, the insertion loss is small, the suppression outside the band is large, and ideally a rectangular filter characteristic with infinite suppression is desired. An FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) is known as a filter device that realizes such filter characteristics. In general, the FBAR is a resonator having an element substrate and a laminated resonator formed on the element substrate. The laminated resonator has a piezoelectric film and a pair of upper and lower electrodes sandwiching the piezoelectric film from above and below, and when a high frequency signal is applied between the upper electrode and the lower electrode, the laminated resonator Is excited in the longitudinal direction at a resonance frequency at which the film thickness becomes equal to ½ wavelength.

積層共振体の厚み縦振動を確保するために、積層共振体の形成位置に対応して、振動空間を提供するキャビティを素子基板内部に形成する共振子構造が知られている。このようなキャビティ構造を有する薄膜バルク波共振器を実装基板に実装する場合には、中空に封止されたパッケージ構造をとる必要がある。ところが、上述のキャビティ構造を有する薄膜バルク波共振器では、素子基板にキャビティが形成されているので、積層共振体側のみを封止しても、キャビティに水分などが浸入し、下部電極や圧電体膜を酸化させる等して信頼性に影響を与えかねない。このため、キャビティ側も封止する必要がある。   In order to ensure the longitudinal vibration of the laminated resonator, a resonator structure is known in which a cavity that provides a vibration space is formed inside the element substrate corresponding to the position where the laminated resonator is formed. When a thin film bulk acoustic wave resonator having such a cavity structure is mounted on a mounting substrate, it is necessary to take a package structure sealed in a hollow space. However, in the thin film bulk acoustic wave resonator having the above-described cavity structure, since the cavity is formed in the element substrate, even if only the laminated resonator side is sealed, moisture or the like enters the cavity, and the lower electrode or the piezoelectric body Reliability may be affected by oxidizing the film. For this reason, it is also necessary to seal the cavity side.

キャビティ側を完全に密閉すると、その後の実装時の高温環境下における製造プロセスの影響により、キャビティ内部の気体が膨張し、キャビティ空間と外気との間に気圧差が生じる場合がある。すると、この気圧差により積層共振体の橋梁部分に応力が発生することで、特性劣化が生じる場合がある。更に、温度変化が繰り返し生じる環境下では、橋梁部分でのクラック発生や破断などが生じ、長期信頼性を損なう原因になる。このような問題に鑑み、特開２００６−１０１００５号公報では、積層共振体を貫通してキャビティに連通するビアホールからなる気体流路を形成し、キャビティ空間と外気との間の気圧差をなくす共振器構造が提案されている。
特開２００６−１０１００５号公報 When the cavity side is completely sealed, the gas inside the cavity expands due to the influence of the manufacturing process in a high temperature environment at the time of subsequent mounting, and a pressure difference may occur between the cavity space and the outside air. Then, the pressure difference generates stress in the bridge portion of the laminated resonator, which may cause characteristic deterioration. Further, in an environment where temperature changes are repeatedly generated, cracks and breakage occur at the bridge portion, which causes a deterioration in long-term reliability. In view of such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-101005 forms a gas flow path composed of a via hole that penetrates a laminated resonator and communicates with a cavity to eliminate a pressure difference between the cavity space and the outside air. A vessel structure has been proposed.
JP 2006-101005 A

しかし、積層共振体を貫通する気体流路を形成すると、その気体流路を起点として積層共振体に亀裂等が生じる可能性があり、積層共振体の信頼性が低下する虞がある。   However, if a gas flow path penetrating the laminated resonator is formed, cracks or the like may occur in the laminated resonator starting from the gas flow path, which may reduce the reliability of the laminated resonator.

そこで、本発明は、積層共振体の信頼性を低下させることなく、封止時におけるキャビティ空間と外気との間の気圧差を低減できる薄膜バルク波共振器を提供することを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film bulk acoustic wave resonator that can reduce the pressure difference between the cavity space and the outside air at the time of sealing without reducing the reliability of the laminated resonator.

上記の課題を解決するため、本発明に係わる薄膜バルク波共振器は、積層共振体と、積層共振体がその厚み方向に自由振動できる空間を提供するキャビティを有する素子基板と、キャビティの開口部を閉塞する蓋基板であって、キャビティを外気に連通させるための気体流路を有する蓋基板と、積層共振体、素子基板、及び蓋基板を封止する封止部材とを備える。斯かる構造によれば、キャビティは、気体流路を介して外気に連通しているので、封止部材による封止処理前後を通じてキャビティ空間と外気との間に気圧差は生じない。このため、キャビティ空間と外気との気圧差による積層共振体の破損や周波数特性の劣化を抑制できる。   In order to solve the above problems, a thin film bulk acoustic wave resonator according to the present invention includes a laminated resonator, an element substrate having a cavity that provides a space in which the laminated resonator can freely vibrate in the thickness direction, and an opening of the cavity. A lid substrate having a gas flow path for communicating the cavity with the outside air, a laminated resonator, an element substrate, and a sealing member for sealing the lid substrate. According to such a structure, since the cavity communicates with the outside air through the gas flow path, there is no pressure difference between the cavity space and the outside air before and after the sealing process by the sealing member. For this reason, it is possible to suppress damage to the laminated resonator and deterioration of frequency characteristics due to a pressure difference between the cavity space and the outside air.

ここで、気体流路は、蓋基板の主面に対して平行に形成されているのが好ましい。これにより、封止部材が気体流路を閉塞する可能性を著しく低下させることができ、封止処理の前後を通じて、キャビティ空間と外気との間の気圧差をなくすことができる。   Here, the gas flow path is preferably formed in parallel to the main surface of the lid substrate. Thereby, possibility that a sealing member will block | close a gas flow path can be reduced significantly, and the atmospheric | air pressure difference between cavity space and external air can be eliminated through before and after a sealing process.

また、気体流路は、蓋基板のダイシングラインに沿って形成されているのが好ましい。これにより、ダイシングラインに沿って蓋基板及び素子基板をカットしたときに、切断面に気体流路の一部が露出するので、キャビティからの脱気を均一化できる。   The gas flow path is preferably formed along a dicing line of the lid substrate. Thereby, when the lid substrate and the element substrate are cut along the dicing line, a part of the gas flow path is exposed on the cut surface, so that the deaeration from the cavity can be made uniform.

また、蓋基板の表裏を貫通するとともに気体流路に連通する複数の貫通孔がダイシングラインに沿って形成されているのが好ましい。これにより、貫通孔がダイシングカット時のマークになるという効果に加えて、キャビティと外気との間の通気性を向上できるという効果を有する。   In addition, it is preferable that a plurality of through holes that penetrate the front and back surfaces of the lid substrate and communicate with the gas flow path are formed along the dicing line. Thereby, in addition to the effect that the through hole becomes a mark at the time of dicing cut, the air permeability between the cavity and the outside air can be improved.

本発明によれば、積層共振体の信頼性を低下させることなく、封止時におけるキャビティ空間と外気との間の気圧差を低減できる薄膜バルク波共振器を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film bulk acoustic wave resonator that can reduce the pressure difference between the cavity space and the outside air during sealing without reducing the reliability of the laminated resonator.

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施例について説明する。同一符号のデバイスは、同一のデバイスを示すものとして、重複する説明を省略する。また、図面は、模式的なものであり、説明の便宜上、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率は、現実の共振子構造とは異なる。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Devices with the same reference numerals indicate the same devices, and redundant description is omitted. Further, the drawings are schematic, and for convenience of explanation, the relationship between the thickness and the planar dimension and the ratio of the thickness of each layer are different from the actual resonator structure.

図１は実施例１に係わる薄膜バルク波共振器１０の断面図である。
薄膜バルク波共振器１０は、第一の主面２０Ａ及び第二の主面２０Ｂを有する素子基板２０と、素子基板２０の第一の主面２０Ａ上に形成される積層共振体３０とを備える。素子基板２０の材質としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではないが、例えば、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミックス基板、石英、ガラス基板などが好適である。同図においては、素子基板２０と圧電体膜３１との間に、二酸化珪素膜（ＳｉＯ2）などの絶縁膜から成る下地層２１が形成される例が示されているが、必須ではない。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film bulk acoustic wave resonator 10 according to the first embodiment.
The thin film bulk acoustic wave resonator 10 includes an element substrate 20 having a first main surface 20A and a second main surface 20B, and a laminated resonator 30 formed on the first main surface 20A of the element substrate 20. . The material of the element substrate 20 is not particularly limited as long as it has an appropriate mechanical strength and is suitable for fine processing such as etching. For example, a silicon single crystal substrate, a sapphire single crystal A substrate, a ceramic substrate, quartz, a glass substrate, or the like is preferable. In the figure, an example is shown in which an underlying layer 21 made of an insulating film such as a silicon dioxide film (SiO 2 ) is formed between the element substrate 20 and the piezoelectric film 31, but this is not essential.

積層共振体３０は、下部電極４１、圧電体膜３１、及び上部電極４２から成る積層構造を有する圧電共振子である。圧電体膜３１の材質としては、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失及びパワーフロー角が小さく、遅延時間温度係数が小さく、伝搬速度の周波数分散性が少ない圧電材料が望ましく、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）などが好適である。圧電体膜の成膜法としては、例えば、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、レーザー蒸着法、イオンビーム蒸着法、真空蒸着法、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、ＭＯＣＶＤ法、溶射法、メッキ法、及びゾルゲル法等が好適である。上部電極４１及び下部電極４２の材質としては、圧電体膜３１が適度な配向性を形成し得る伝導性材質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。上部電極４１及び下部電極４２の成膜法としては、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法等が好適である。 The laminated resonator 30 is a piezoelectric resonator having a laminated structure including a lower electrode 41, a piezoelectric film 31, and an upper electrode 42. The material of the piezoelectric film 31 is preferably a piezoelectric material having a large electromechanical coupling coefficient, a small propagation loss and a power flow angle, a small delay time temperature coefficient, and a small frequency dispersion of propagation speed. ZnO), aluminum nitride (AlN), potassium niobate (KNbO 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), barium titanate (BaTiO 3 ), etc. Is preferred. Examples of the method for forming the piezoelectric film include sputtering, laser ablation, ion plating, laser deposition, ion beam deposition, vacuum deposition, chemical vapor deposition (CVD), MOCVD, A thermal spraying method, a plating method, a sol-gel method, and the like are preferable. As the material of the upper electrode 41 and the lower electrode 42, a conductive material in which the piezoelectric film 31 can form an appropriate orientation, for example, aluminum (Al), molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt). Gold (Au), tungsten (W), tantalum (Ta), ruthenium (Ru), or an alloy containing any two or more thereof is preferable. As a film formation method for the upper electrode 41 and the lower electrode 42, for example, an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like is preferable.

素子基板２０には、積層共振体３０の形成位置に対応する箇所にキャビティ２２が形成されており、積層共振体３０が素子基板２０に束縛されることなく、厚み方向に自由振動できるダイヤフラム構造となっている。キャビティ２２を形成するには、例えば、反応性イオンエッチングなどの異方性エッチングにより第二の主面２０Ｂに対して略垂直に深堀加工してもよく、或いは等方性エッチングにより断面台形状に形成してもよい。   A cavity 22 is formed in the element substrate 20 at a position corresponding to the position where the multilayer resonator 30 is formed, and the diaphragm structure can freely vibrate in the thickness direction without being bound to the element substrate 20. It has become. In order to form the cavity 22, for example, deep etching may be performed substantially perpendicularly to the second main surface 20B by anisotropic etching such as reactive ion etching, or a trapezoidal cross section is formed by isotropic etching. It may be formed.

上部電極４２及び下部電極４１に高周波信号を印加すると、圧電体膜３１の逆圧電効果により圧電体膜３１はその厚み方向に振動し、電気的共振特性を示す。更に圧電体膜３１に生じる弾性波又は振動は、圧電体膜３１の圧電効果により電気信号に変換される。この弾性波は、圧電体膜３１の厚み方向に主変位を有する厚み縦振動波であり、積層共振体３０の膜厚が１／２波長に等しくなる共振周波数にて励振する。   When a high-frequency signal is applied to the upper electrode 42 and the lower electrode 41, the piezoelectric film 31 vibrates in the thickness direction due to the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric film 31, and exhibits electrical resonance characteristics. Further, the elastic wave or vibration generated in the piezoelectric film 31 is converted into an electric signal by the piezoelectric effect of the piezoelectric film 31. This elastic wave is a thickness longitudinal vibration wave having a main displacement in the thickness direction of the piezoelectric film 31, and is excited at a resonance frequency at which the film thickness of the laminated resonator 30 becomes equal to ½ wavelength.

圧電体膜３１は、キャビティ２２上部に位置して自由振動可能な振動領域３１Ａと、素子基板２０上に接する支持領域３１Ｂとを含む。圧電体膜３１の振動領域３１Ａ上に形成されている上部電極４２の上には、積層共振体３０の共振周波数を調整するための重石電極４４が形成されている。圧電体膜３１の支持領域３１Ｂ上に形成されている上部電極４２の上には、後述する実装基板に接続するための嵩上げ電極４３が形成されている。   The piezoelectric film 31 includes a vibration region 31 </ b> A that is located above the cavity 22 and can freely vibrate, and a support region 31 </ b> B that contacts the element substrate 20. On the upper electrode 42 formed on the vibration region 31 </ b> A of the piezoelectric film 31, a weight electrode 44 for adjusting the resonance frequency of the laminated resonator 30 is formed. On the upper electrode 42 formed on the support region 31 </ b> B of the piezoelectric film 31, a raised electrode 43 for connection to a mounting substrate described later is formed.

圧電体膜３１の固定領域上には薄膜バルク波共振器１０を保護するための保護膜５０が形成されている。保護膜５０の材質としては、適度な耐久性、耐熱性、耐水性を有し、且つ、エッチング加工可能な材質が好ましく、例えば、二酸化珪素膜（ＳｉＯ2），酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3），窒化珪素膜（Ｓｉ3Ｎ4），酸化タンタル膜（Ｔａ2Ｏ5）などの誘電体膜が好適である。 A protective film 50 for protecting the thin film bulk acoustic wave resonator 10 is formed on the fixed region of the piezoelectric film 31. The material of the protective film 50 is preferably a material that has appropriate durability, heat resistance, and water resistance and can be etched. For example, a silicon dioxide film (SiO 2 ), an aluminum oxide film (Al 2 O 3). ), A silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) and the like are preferable.

積層共振体３０の具体的な積層構造を以下に例示する。以下に示す具体的な材質やその膜厚は本実施例を実施する上での一例であり、本発明を限定するものではない。
圧電共振子の積層構造：下部電極（Ｐｔ：１４０ｎｍ）／圧電体膜（ＡｌＮ：１４５０ｎｍ）／上部電極（Ｐｔ：１４０ｎｍ）／重石電極（Ｐｔ：２０ｎｍ） A specific laminated structure of the laminated resonator 30 will be exemplified below. The following specific materials and film thicknesses are examples for carrying out this embodiment, and do not limit the present invention.
Laminated structure of piezoelectric resonator: lower electrode (Pt: 140 nm) / piezoelectric film (AlN: 1450 nm) / upper electrode (Pt: 140 nm) / weighstone electrode (Pt: 20 nm)

なお、説明の便宜上、各デバイスの位置関係を明確にする観点から、各図において、ＸＹＺ直交座標系を定義している。素子基板２０の第一の主面２０Ａ及び第二の主面２０Ｂに平行な平面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向としている。   For convenience of explanation, an XYZ orthogonal coordinate system is defined in each drawing from the viewpoint of clarifying the positional relationship between devices. A plane parallel to the first main surface 20A and the second main surface 20B of the element substrate 20 is defined as an XY plane, and a direction perpendicular to the XY plane is defined as a Z direction.

図２は本実施形態に係わる蓋基板６０の平面図を示し、図３は蓋基板６０の断面図を示す。蓋基板６０は、素子基板２０の第二の主面２０Ｂに接合することにより、キャビティ２２の開口部を閉塞し、積層共振体３０を保護するための基板である。蓋基板６０は、適度な機械的強度を有する基板６１と、基板６１の表面及び裏面に形成される絶縁膜６２とを備える。基板６１の材質としては、素子基板２０との接合に好適な材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンやガラスなどが好適である。基板６１の材質がシリコンの場合、絶縁膜６２としては、所定の膜厚（例えば、膜厚５０００Å）を有する二酸化珪素膜が好適である。この二酸化珪素膜は、熱酸化法、ＣＶＤ法、或いはスパッタ法などの公知の成膜法により形成できる。蓋基板６０の表面側（蓋基板６０と素子基板２０とを接合させたときに外気に露出する側の主面）には、蓋基板６０と素子基板２０とを正確に位置合わせするためのアライメントマーク６４が形成されている。このアライメントマーク６４は、公知のフォトリソグラフィ法により、絶縁膜６２をエッチング加工することにより得られる。蓋基板６０の裏面側（蓋基板６０と素子基板２０とを接合させたときにキャビティ２１の開口部に面する側の主面）には、絶縁膜６２が溝状にエッチング加工されることにより、キャビティ２２内部と外気とを連通させるための気体流路６３が形成されている。この気体流路６３の形成位置は、基板６１の両面を視認可能な両面露光機を用いてアライメントマーク６４の位置を基準に正確に位置合わせされている。説明の便宜上、蓋基板６０の裏面を流路形成面と称する。   FIG. 2 is a plan view of the lid substrate 60 according to this embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the lid substrate 60. The lid substrate 60 is a substrate for protecting the laminated resonator 30 by closing the opening of the cavity 22 by bonding to the second main surface 20B of the element substrate 20. The lid substrate 60 includes a substrate 61 having an appropriate mechanical strength, and an insulating film 62 formed on the front surface and the back surface of the substrate 61. The material of the substrate 61 is not particularly limited as long as it is a material suitable for bonding to the element substrate 20, and for example, silicon or glass is suitable. When the material of the substrate 61 is silicon, the insulating film 62 is preferably a silicon dioxide film having a predetermined film thickness (for example, a film thickness of 5000 mm). This silicon dioxide film can be formed by a known film formation method such as a thermal oxidation method, a CVD method, or a sputtering method. Alignment for accurately aligning the lid substrate 60 and the element substrate 20 on the front side of the lid substrate 60 (the main surface exposed to the outside air when the lid substrate 60 and the element substrate 20 are joined). A mark 64 is formed. The alignment mark 64 is obtained by etching the insulating film 62 by a known photolithography method. The insulating film 62 is etched into a groove shape on the back surface side of the lid substrate 60 (the main surface facing the opening of the cavity 21 when the lid substrate 60 and the element substrate 20 are bonded). A gas flow path 63 is formed for communicating the inside of the cavity 22 with the outside air. The formation position of the gas flow path 63 is accurately aligned on the basis of the position of the alignment mark 64 using a double-side exposure machine that can visually recognize both surfaces of the substrate 61. For convenience of explanation, the back surface of the lid substrate 60 is referred to as a flow path forming surface.

なお、絶縁膜６２は必須ではなく、基板６１自体を溝状にエッチング加工することにより、気体流路６３を形成してもよいことを理解されたい。また、説明の便宜上、図２及び図３では、一つの薄膜バルク波共振器１０に対応する一つの蓋基板６０のみを示している点に留意されたい。   It should be understood that the insulating film 62 is not essential, and the gas flow path 63 may be formed by etching the substrate 61 itself into a groove shape. For convenience of explanation, it should be noted that in FIG. 2 and FIG. 3, only one lid substrate 60 corresponding to one thin film bulk wave resonator 10 is shown.

図４は気体流路６３の形成パターンとキャビティ形成位置４００との関係を示す模式図である。この模式図は、蓋基板６０を素子基板２０に接合した状態において、Ｚ軸方向にある所定の視点から気体流路６３の形成パターンとキャビティ形成位置４００とを抽出してＸＹ平面に投影したものである。説明の便宜上、複数のダイシングライン２００，３００も付記してある。この例では、気体流路６３は、キャビティ形成位置４００を起点として、十字状に形成されており、四方向から外気に連通可能な構造を有している。気体流路６３の形成パターンとしては、同図に示す例に限られるものではなく、例えば、少なくとも２方向からキャビティ２２に連通するパターンや、キャビティ４００の形成位置を中心として点対称であるようなパターンでもよい。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the formation pattern of the gas flow path 63 and the cavity formation position 400. This schematic diagram shows the formation pattern of the gas flow path 63 and the cavity formation position 400 extracted from a predetermined viewpoint in the Z-axis direction and projected onto the XY plane in a state where the lid substrate 60 is bonded to the element substrate 20. It is. For convenience of explanation, a plurality of dicing lines 200 and 300 are also added. In this example, the gas flow path 63 is formed in a cross shape starting from the cavity formation position 400, and has a structure capable of communicating with the outside air from four directions. The formation pattern of the gas flow path 63 is not limited to the example shown in the figure. For example, a pattern communicating with the cavity 22 from at least two directions or a point symmetry with respect to the formation position of the cavity 400 is used. It may be a pattern.

なお、同図は、ダイシングカット前における、複数の蓋基板６０が接続された状態を示している。複数のダイシングライン２００，３００に沿って蓋基板６０を素子基板２０とともにダイシングカットすることで、蓋基板６０と素子基板２０とが一体的に接合されてなる薄膜バルク波共振器１０をチップ化することができる。   The figure shows a state in which a plurality of lid substrates 60 are connected before dicing cut. The lid substrate 60 and the element substrate 20 are diced and cut along the plurality of dicing lines 200 and 300, whereby the thin film bulk acoustic wave resonator 10 in which the lid substrate 60 and the element substrate 20 are integrally joined is formed into a chip. be able to.

図５は図４の５−５線断面図を示し、図６は図４の６−６線断面図を示す。蓋基板６０と素子基板２０との位置関係を正確にアライメントした上で、蓋基板６０の流路形成面側を素子基板２０の第二の主面２０Ｂに接合させると、キャビティ２２内部は、気体流路６３を介して外気に連通する。蓋基板６０と素子基板２０とを接合する方法として、基板６１の材質に応じて最適な方法を選択し得る。例えば、基板６１の材質がシリコンである場合には、表面活性化接合法、常温接合法、フュージョン接合法などを用いることができる。表面活性化接合法では、蓋基板６０の流路形成面及び素子基板２０の第二の主面２０Ｂのそれぞれの汚染物をプラズマ処理により活性化し、窒素、酸素、アルゴンなどのガスを用いて清浄化する。プラズマ処理によって清浄化された清浄面には、結合手が出現する。接合機を用いて、所定条件下（例えば、加圧５００Ｎ、加熱３００℃１時間）で、蓋基板６０及び素子基板２０を加圧及び加熱すると、結合手が出現した状態の清浄面同士の化学結合により、蓋基板６０と素子基板２０とが結合する。基板６１がホウケイ酸ガラス板などのガラス基板である場合には、陽極接合法を用いることもできる。陽極接合法では、蓋基板６０は、所定の圧力で素子基板２０に配置され、数百度に加熱された上で、蓋基板６０と素子基板２０との間に電圧が印加される。これにより、蓋基板６０に含まれるナトリウムが素子基板２０に移動し、密封性の高い接合が得られる。   5 shows a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 4, and FIG. 6 shows a sectional view taken along line 6-6 of FIG. When the positional relationship between the lid substrate 60 and the element substrate 20 is accurately aligned and the flow path forming surface side of the lid substrate 60 is joined to the second main surface 20B of the element substrate 20, the inside of the cavity 22 It communicates with the outside air via the flow path 63. As a method for joining the lid substrate 60 and the element substrate 20, an optimum method can be selected according to the material of the substrate 61. For example, when the material of the substrate 61 is silicon, a surface activated bonding method, a room temperature bonding method, a fusion bonding method, or the like can be used. In the surface activated bonding method, the contaminants on the flow path forming surface of the lid substrate 60 and the second main surface 20B of the element substrate 20 are activated by plasma treatment and cleaned using a gas such as nitrogen, oxygen, or argon. Turn into. Bonds appear on the clean surface cleaned by the plasma treatment. When the lid substrate 60 and the element substrate 20 are pressurized and heated under a predetermined condition (for example, pressurization 500 N, heating 300 ° C. for 1 hour) using a bonding machine, the chemistry of clean surfaces in a state where bonds appear. By the coupling, the lid substrate 60 and the element substrate 20 are coupled. When the substrate 61 is a glass substrate such as a borosilicate glass plate, an anodic bonding method can also be used. In the anodic bonding method, the lid substrate 60 is disposed on the element substrate 20 with a predetermined pressure, heated to several hundred degrees, and then a voltage is applied between the lid substrate 60 and the element substrate 20. As a result, sodium contained in the lid substrate 60 moves to the element substrate 20, and bonding with high sealing performance is obtained.

図７は薄膜バルク波共振器１０を実装基板７０に接続し、封止部材８０による封止処理を行った後の薄膜バルク波共振器１０の断面構造を示す。実装基板７０は、例えば、ＬＴＣＣ基板であり、その表面には配線７３が形成されている。配線７３は、貫通配線７１及び接続電極７２を介して嵩上げ電極４３に接続する。キャビティ２２内部は、気体流路６３を介して外気に連通しているので、積層共振体３０の上部電極４２が露出している外気の気圧と、積層共振体３０の下部電極４１が露出しているキャビティ空間の気圧は、同じである。封止処理では、薄膜バルク波共振器１０の周囲全体を封止部材８０で被覆し、減圧処理により薄膜バルク波共振器１０を包み込むように密閉する。封止部材８０としては、例えば、熱硬化性樹脂などが好ましい。封止処理の前後を通じて、キャビティ空間と外気との間に気圧差は殆どなく、後の製造プロセスにより温度環境が変化したとしても、キャビティ空間と外気との間の気圧差に変化は生じない。よって、封止処理後のキャビティ空間と外気との気圧差に起因して積層共振体３０が破損する虞はない。   FIG. 7 shows a cross-sectional structure of the thin film bulk acoustic wave resonator 10 after the thin film bulk acoustic wave resonator 10 is connected to the mounting substrate 70 and the sealing process using the sealing member 80 is performed. The mounting substrate 70 is, for example, an LTCC substrate, and wiring 73 is formed on the surface thereof. The wiring 73 is connected to the raised electrode 43 through the through wiring 71 and the connection electrode 72. Since the inside of the cavity 22 communicates with the outside air via the gas flow path 63, the atmospheric pressure of the outside air where the upper electrode 42 of the laminated resonator 30 is exposed and the lower electrode 41 of the laminated resonator 30 are exposed. The pressure in the cavity space is the same. In the sealing process, the entire periphery of the thin film bulk acoustic wave resonator 10 is covered with the sealing member 80, and the thin film bulk acoustic wave resonator 10 is hermetically sealed by the decompression process. As the sealing member 80, for example, a thermosetting resin is preferable. There is almost no pressure difference between the cavity space and the outside air before and after the sealing process, and even if the temperature environment is changed by a subsequent manufacturing process, the pressure difference between the cavity space and the outside air does not change. Therefore, there is no possibility that the laminated resonator 30 is damaged due to the pressure difference between the cavity space after the sealing process and the outside air.

なお、気体流路６３は、蓋基板６０の流路形成面に沿って、流路形成面に対して平行な方向に形成されているので、封止部材８０が気体流路６３を閉塞する可能性は乏しく、封止処理の前後を通じて、キャビティ空間と外気との間の気圧差をなくすことができる。   In addition, since the gas flow path 63 is formed in a direction parallel to the flow path formation surface along the flow path formation surface of the lid substrate 60, the sealing member 80 can block the gas flow path 63. The air pressure difference between the cavity space and the outside air can be eliminated before and after the sealing process.

ところで、上述の説明では、蓋基板６０の流路形成面に直線状の気体流路６３を形成する例を示したが、キャビティ２２内部を起点として、蛇行或いは屈曲しながら外部へ連通する気体流路（例えば、サーペインスタイン状の気体流路）を形成してもよい。気体流路６３の形状をこのような形状に形成すると、ウォーターブレイドにより蓋基板６０及び素子基板２０をカットしたときに、水が気体流路６３を介してキャビティ２２へ流れ込む可能性を低減できる。   By the way, in the above description, the example in which the linear gas flow path 63 is formed on the flow path forming surface of the lid substrate 60 has been shown. However, the gas flow that communicates with the outside while meandering or bending from the inside of the cavity 22. You may form a channel | path (for example, a Sarperstein-like gas flow path). If the shape of the gas flow path 63 is formed in such a shape, the possibility of water flowing into the cavity 22 through the gas flow path 63 when the lid substrate 60 and the element substrate 20 are cut by water blade can be reduced.

本実施例によれば、キャビティ空間と外気との間の気圧差をなくすための気体流路６３を蓋基板６０に形成したので、積層共振体３０の構造的信頼性に影響を与えることなく、封止時におけるキャビティ空間と外気との間の気圧差を低減できる構造を有する薄膜バルク波共振器１０を提供できる。   According to the present embodiment, since the gas flow path 63 for eliminating the pressure difference between the cavity space and the outside air is formed in the lid substrate 60, the structural reliability of the laminated resonator 30 is not affected. The thin film bulk acoustic wave resonator 10 having a structure capable of reducing the pressure difference between the cavity space and the outside air during sealing can be provided.

次に、図８乃至図１１を参照しながら実施例２に係わる蓋基板６０について説明する。図８は気体流路６３の形成パターンとキャビティ形成位置４００との関係を示す模式図、図９は図８の９−９線断面図、図１０は図８の１０−１０線断面図、図１１は図８の１１−１１線断面図を示す。本実施例は、図８に示すように、ダイシングライン２００，３００に沿って気体流路６３を形成している点を特徴としている。このようにダイシングライン２００，３００に沿って気体流路６３を形成すると、ダイシングライン２００，３００に沿って蓋基板６０及び素子基板２０をカットしたときに、切断面に気体流路６３の一部が露出するので、キャビティ２２内部からの脱気を均一化できる。このような流路構造はプロセス要因（例えば、ダイシングカット時に発生する粉塵や異物）による気体流路６３の閉塞を抑制できるという利点を有する。更に、蓋基板６０の表裏を貫通するとともに気体流路６３に連通する複数の貫通孔６５をダイシングライン２００，３００に沿って離散的に形成することで、この貫通孔６５がダイシングカット時のマークになるという効果に加えて、キャビティ２２内部と外気との間の通気性を向上できるという効果を有する。なお、貫通孔６５は必須ではなく、必要に応じて形成すればよい。   Next, the lid substrate 60 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 is a schematic diagram showing the relationship between the formation pattern of the gas flow path 63 and the cavity formation position 400, FIG. 9 is a sectional view taken along line 9-9 in FIG. 8, and FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG. 11 shows a sectional view taken along line 11-11 of FIG. As shown in FIG. 8, this embodiment is characterized in that a gas flow path 63 is formed along dicing lines 200 and 300. When the gas flow path 63 is formed along the dicing lines 200 and 300 in this way, when the lid substrate 60 and the element substrate 20 are cut along the dicing lines 200 and 300, a part of the gas flow path 63 is formed on the cut surface. As a result, the deaeration from the inside of the cavity 22 can be made uniform. Such a flow path structure has an advantage that blockage of the gas flow path 63 due to process factors (for example, dust or foreign matter generated during dicing cut) can be suppressed. Furthermore, by forming a plurality of through holes 65 penetrating through the front and back of the lid substrate 60 and communicating with the gas flow path 63 along the dicing lines 200 and 300, the through holes 65 are marks at the time of dicing cut. In addition to the effect that the air permeability between the inside of the cavity 22 and the outside air can be improved. The through-hole 65 is not essential and may be formed as necessary.

本実施例における蓋基板６０を素子基板２０に接合する処理、薄膜バルク波共振器１０を実装基板７０に接続する処理、及び封止部材８０による封止処理を実施する処理は、実施例１と同様であるため、これらの処理についての説明を省略する。   The process for bonding the lid substrate 60 to the element substrate 20, the process for connecting the thin film bulk acoustic wave resonator 10 to the mounting substrate 70, and the process for performing the sealing process by the sealing member 80 in this example are the same as those in Example 1. Since it is the same, description about these processes is abbreviate | omitted.

本実施例によれば、ダイシングライン２００，３００に沿って、気体流路６３を形成するので、プロセス要因による流路閉塞を抑制できるとともに、キャビティ２２外部と外気との通気性を向上できる。   According to the present embodiment, the gas flow path 63 is formed along the dicing lines 200 and 300, so that the blockage of the flow path due to process factors can be suppressed, and the air permeability between the outside of the cavity 22 and the outside air can be improved.

次に、実施例３に係わる蓋基板６０について説明する。上述の実施例１及び実施例２では、蓋基板６０の流路形成面に沿って、流路形成面に対して平行な方向に気体流路６３を形成する例を示したが、キャビティ形成位置４００に対応する位置において、蓋基板６０の表裏を貫通する気体流路６３を形成してもよい。   Next, the lid substrate 60 according to the third embodiment will be described. In the first and second embodiments described above, the example in which the gas flow path 63 is formed in the direction parallel to the flow path forming surface along the flow path forming surface of the lid substrate 60 has been described. A gas flow path 63 penetrating the front and back of the lid substrate 60 may be formed at a position corresponding to 400.

上述の実施例１乃至３に係わる薄膜バルク波共振器１０の周波数特性を図１３に示し、従来の薄膜バルク波共振器の周波数特性を図１２に示す。図１２及び図１３において、実線は、封止処理前の薄膜バルク波共振器の周波数特性（基準値）を示し、破線は、封止処理後の薄膜バルク波共振器の周波数特性を示す（但し、図１３では、実線と破線とが重なっているので、実線のみ図示されている点に留意されたい。）。実施例１乃至実施例３に係わる薄膜バルク波共振器１０では、図１３に示すように、封止処理の前後を通じてその周波数特性に変化は見られない。一方、従来の薄膜バルク波共振器では、図１２に示すように、封止処理の前後を通じてキャビティ空間と外気との間に気圧差が生じ、その周波数特性に変化が見られる。実施例１乃至実施例３に係わる薄膜バルク波共振器１０によれば、封止処理によるキャビティ空間と外気との間の気圧差を原因とする周波数特性の変化を抑制できる。   FIG. 13 shows frequency characteristics of the thin film bulk acoustic wave resonator 10 according to the first to third embodiments, and FIG. 12 shows frequency characteristics of the conventional thin film bulk acoustic wave resonator. 12 and 13, the solid line indicates the frequency characteristic (reference value) of the thin film bulk acoustic wave resonator before the sealing process, and the broken line indicates the frequency characteristic of the thin film bulk acoustic wave resonator after the sealing process (however, Note that in FIG. 13, since the solid line and the broken line overlap, only the solid line is shown.) In the thin film bulk acoustic wave resonator 10 according to the first to third embodiments, as shown in FIG. 13, there is no change in the frequency characteristics before and after the sealing process. On the other hand, in the conventional thin film bulk acoustic wave resonator, as shown in FIG. 12, there is a pressure difference between the cavity space and the outside air before and after the sealing process, and the frequency characteristics are changed. According to the thin film bulk acoustic wave resonator 10 according to the first to third embodiments, it is possible to suppress a change in frequency characteristics caused by a pressure difference between the cavity space and the outside air due to the sealing process.

実施例１に係わる薄膜バルク波共振器の断面図である。1 is a cross-sectional view of a thin film bulk acoustic wave resonator according to Example 1. FIG. 実施例１に係わる蓋基板の平面図である。2 is a plan view of a lid substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施例１に係わる蓋基板の断面図である。2 is a cross-sectional view of a lid substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施例１に係わる気体流れ路の形成パターンとキャビティ形成位置との関係を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing a relationship between a gas flow path formation pattern and a cavity formation position according to Example 1. FIG. 図４の５−５線断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 図４の６−６線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. 実施例１に係わる薄膜バルク波共振器の断面図である。1 is a cross-sectional view of a thin film bulk acoustic wave resonator according to Example 1. FIG. 実施例２に係わる気体流路の形成パターンとキャビティ形成位置との関係を示す模式図であるIt is a schematic diagram which shows the relationship between the formation pattern of a gas flow path concerning Example 2, and a cavity formation position. 図８の９−９線断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line 9-9 in FIG. 8. 図８の１０−１０線断面図である。FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG. 8. 図８の１１−１１線断面図である。It is the 11-11 line sectional view of FIG. 従来の薄膜バルク波共振器の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the conventional thin film bulk wave resonator. 実施例１乃至実施例３に係わる薄膜バルク波共振器の周波数特性を示すグラフである。6 is a graph showing frequency characteristics of a thin film bulk acoustic wave resonator according to Examples 1 to 3.

符号の説明Explanation of symbols

１０…薄膜バルク波共振器 ２０…素子基板 ２２…キャビティ ３０…積層共振体 ３１…圧電体膜 ３１Ａ…振動領域 ３１Ｂ…支持領域 ４１…下部電極 ４２…上部電極 ４３…嵩上げ電極 ４４…重石電極 ５０…保護膜 ６０…蓋基板 ６１…基板 ６２…絶縁膜 ６３…気体流路 ６４…アライメントマーク ６５…貫通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Thin film bulk wave resonator 20 ... Element substrate 22 ... Cavity 30 ... Laminated resonator 31 ... Piezoelectric film 31A ... Vibrating region 31B ... Support region 41 ... Lower electrode 42 ... Upper electrode 43 ... Raised electrode 44 ... Cobble stone electrode 50 ... Protective film 60 ... Lid substrate 61 ... Substrate 62 ... Insulating film 63 ... Gas flow path 64 ... Alignment mark 65 ... Through-hole

Claims (4)

積層共振体と、
前記積層共振体がその厚み方向に自由振動できる空間を提供するキャビティを有する素子基板と、
前記キャビティの開口部を閉塞する蓋基板であって、前記キャビティを外気に連通させるための気体流路を有する蓋基板と、
前記積層共振体、前記素子基板、及び前記蓋基板を封止する封止部材と、
を備える薄膜バルク波共振器。 A laminated resonator;
An element substrate having a cavity that provides a space in which the laminated resonator can freely vibrate in its thickness direction;
A lid substrate for closing the opening of the cavity, the lid substrate having a gas flow path for communicating the cavity with outside air;
A sealing member for sealing the laminated resonator, the element substrate, and the lid substrate;
A thin film bulk acoustic wave resonator. 請求項１に記載の薄膜バルク波共振器であって、
前記気体流路は、前記蓋基板の主面に対して平行に形成されている、薄膜バルク波共振器。 The thin film bulk acoustic wave resonator according to claim 1,
The gas channel is a thin film bulk acoustic wave resonator formed in parallel to the main surface of the lid substrate. 請求項１又は請求項２に記載の薄膜バルク波共振器であって、
前記気体流路は、前記蓋基板のダイシングラインに沿って形成されている、薄膜バルク波共振器。 The thin film bulk acoustic wave resonator according to claim 1 or 2,
The gas channel is a thin film bulk acoustic wave resonator formed along a dicing line of the lid substrate. 請求項３に記載の薄膜バルク波共振器であって、
前記蓋基板の表裏を貫通するとともに前記気体流路に連通する複数の貫通孔が前記ダイシングラインに沿って形成されている、薄膜バルク波共振器。 The thin film bulk acoustic wave resonator according to claim 3,
A thin film bulk acoustic wave resonator, wherein a plurality of through holes that penetrate the front and back surfaces of the lid substrate and communicate with the gas flow path are formed along the dicing line.
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