JP6110112B2 - 圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、圧電デバイスに関する。

圧電デバイスとしては、水晶振動片などの圧電振動片の表面（一方の主面）に接合材を介してリッド部が接合されるとともに、裏面（他方の主面）に同じく接合材を介してベース部が接合されたタイプが知られている。このタイプで用いられる圧電振動片は、所定の振動数で振動する振動部と、振動部を囲むように形成される枠部と、振動部及び枠部を連結する連結部と、を有している。また、圧電振動片の振動部の表面及び裏面にはそれぞれ励振電極が形成され、各励振電極から枠部までそれぞれ引出電極が形成されるとともに、この引出電極がベース部の外部電極に電気的に接続されている。

例えば、特許文献１には、励振電極から枠部に引き出された引出電極を備える圧電振動片をリッド部及びベース部で挟んだ圧電デバイスが開示されている。そして、この圧電振動片に備える引出電極は、枠部の最外周まで形成されており、圧電振動片にリッド部やベース部を接合した状態（すなわち圧電デバイスとして完成した状態）であっても引出電極の側面が外部に露出した状態となっている。

特開２０１０−２００１１８号公報

特許文献１に示される圧電デバイスは、引出電極の側面が外部に露出しているため、外気に晒された状態となっており、引出電極に用いた金属が大気中の水分によって腐食（溶解）する場合がある。この腐食に起因して、圧電振動片に対するリッド部やベース部の接合強度が低下し、リッド部やベース部が圧電振動片から剥離する等、圧電デバイスの破損を招くおそれがある。また、一般に圧電デバイスの内部空間（振動部を保持している空間）内は真空等の所定雰囲気で形成されているが、腐食した引出電極を介して外気が内部空間に入り込み、振動数の変動や励振電極の破損等を引き起こすといった、圧電デバイスの信頼性の低下に繋がるおそれがある。

また、特許文献１のように、圧電振動片をリッド部及びベース部で挟むタイプの圧電デバイスでは、振動部の励振電極と枠部の引出電極とがほぼ同時に形成される。従って、引出電極の腐食等を防止するため、これら電極を複数の金属膜による積層構造とすることも考えられる。しかしながら、用いる金属によっては振動部の振動特性への影響や、抵抗値（ＣＩ値）の上昇を招くおそれがあるため、複数の金属による適切な積層構造を見つけ出すことが要請されている。

以上のような事情に鑑み、本発明では、引出電極の腐食等を防いで破損防止や動作信頼性を確保するとともに、振動特性への影響や抵抗値の上昇を抑制することが可能な圧電デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、振動部を囲んだ枠部を有し、振動部に設けられた励振電極と電気的に接続された引出電極を枠部に備える圧電振動片と、圧電振動片の表面に接合材を介して接合されるリッド部と、圧電振動片の裏面に接合材を介して接合され、引出電極と電気的に接続される外部電極を備えるベース部と、を備える圧電デバイスにおいて、励振電極及び引出電極は、不動態を形成可能な金属で形成された下地膜と、下地膜に積層された第１金属膜及び第２金属膜とを有し、下地膜は、その膜厚が１．０ｎｍ〜８．０ｎｍに設定される。

また、下地膜は、その膜厚が３．０ｎｍ〜７．５ｎｍに設定されてもよい。また、励振電極及び前記引出電極は、下地膜、第１金属膜、第２金属膜の順で積層され、第１金属膜は、下地膜の金属原子が第２金属膜へ拡散するのを抑制するバリア膜であり、その膜厚が０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍに設定されてもよい。また、第１金属膜は、その膜厚が２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍに設定されてもよい。また、引出電極は、前記枠部の外周縁から離間して形成されてもよい。

本発明によれば、下地膜の金属によって引出電極の外周縁部分に不動態の被膜が形成されるため、大気中の水分から保護されることにより引出電極の腐食等が抑制され、圧電デバイスの破損を防止することにより動作信頼性を確保できる。さらに、下地膜や第１金属膜の膜厚を規定することにより、振動部の振動特性への影響や励振電極等の抵抗値の上昇を抑制することができる。

第１実施形態に係る圧電デバイスの分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２の領域Ｂを拡大した断面図である。 評価用試料の平面図である。 熱処理前の抵抗値の測定結果をグラフに示した図である。 熱処理後の抵抗値の測定結果をグラフに示した図である。

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、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。また、図面においてハッチングを施した部分は導電性の金属膜及び接合材を表している。

（圧電デバイス１００の構成）
本実施形態に係る圧電デバイス１００について説明する。
図1及び図２に示すように、圧電デバイス１００は、リッド部１１０と、圧電振動片１３０と、ベース部１２０とにより構成されている。なお、以下の説明では、圧電振動片１３０の軸方向を基準とし、圧電デバイス１００の長辺方向をＸ軸方向、圧電デバイス１００の高さ方向をＹ軸方向、Ｘ、Ｙ軸方向に垂直な方向、すなわち圧電デバイス１００の短辺方向をＺ軸方向として説明する。

リッド部１１０、ベース部１２０、及び圧電振動片１３０は、例えばＡＴカットの水晶材が用いられている。ＡＴカットは、水晶振動子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。

リッド部１１０は、図１及び図２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１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とを有している。接合面１１２は、後述する圧電振動片１３０の枠部１３２の表面１３２ａと対向する。リッド部１１０は、図２に示すように、接合面１１２と枠部１３２の表面１３２ａとの間に配置された接合材１４１により、圧電振動片１３０の表面（＋Ｙ側の面）に接合されている。

ベース部１２０は、図１及び図２に示すように、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１２１と、凹部１２１を囲む接合面１２２とを有している。接合面１２２は、後述する圧電振動片１３０の枠部１３２の裏面１３２ｂと対向する。ベース部１２０は、図２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１４２により、圧電振動片１３０の裏面（−Ｙ側の面）に接合されている。

さらに、ベース部１２０の４つの角部のうち、対角となる２つの角部（＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の角部、及び−Ｘ側かつ−Ｚ側の角部）には、キャスタレーション（切り欠き部）１２３が形成されている。また、ベース部１２０の裏面（−Ｙ側の面）には、一対の実装端子としての外部電極１２４がそれぞれ設けられている。キャスタレーション１２３の表面にはキャスタレーション電極１２５が形成され、さらに、ベース部１２０の表面であってキャスタレーション１２３を囲む領域には接続電極１２６が形成されている。この接続電極１２６と外部電極１２４とは、キャスタレーション電極１２５を介して電気的に接続されている。

外部電極１２４、キャスタレーション電極１２５、及び接続電極１２６は導電性の金属膜により形成されている。導電性の金属膜は、例えば、クロム（Ｃｒ）の層、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）の層、金（Ａｕ）の層の順で積層された３層構造を有している。この場合、クロムの層は、ベース部１２０に用いられる水晶材との密着性に優れているとともに、成膜後にニッケルタングステンの層に拡散してその露出面で不動態の膜（酸化被膜）を形成し、金属膜の耐腐食性を向上させるために用いられる。ニッケルタングステンの層は、クロム原子が金の層に拡散するのを抑制するために用いられる。金の層は、金属膜の導電性及び安定性を向上させるために用いられる。

また、導電性の金属膜としては、ニッケルタングステンの層、金の層の順で成膜された２層の構成であってもよい。また、金属膜を３層構造とする場合、クロムに代えて、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、またはそれらの合金などを用いてもよい。また、ニッケルタングステンに代えて、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やタングステン（Ｗ）などを用いてもよい。また、金に代えて、例えば、銀（Ａｇ）などを用いてもよい。

外部電極１２４、キャスタレーション電極１２５、及び接続電極１２６は、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングにより成膜されることで一体として形成されている。ただし、外部電極１２４、キャスタレーション電極１２５、及び接続電極１２６はそれぞれ別々に形成されてもよい。例えば、ベース部１２０の裏面に予め外部電極１２４が形成され、その後に、この外部電極１２４と接続するように、キャスタレーション電極１２５及び接続電極１２６が設けられてもよい。なお、金属膜は、スパッタリングにより成膜されることに代えて真空蒸着を用いてもよい。

なお、ベース部１２０に形成された接続電極１２６は、後述する圧電振動片１３０の引出電極１３７ｂ、１３８と接続され、この引出電極１３７ｂ、１３８と外部電極１２４とを、接続電極１２６及びキャスタレーション電極１２５を介して電気的に接続している。ただし、このような接続電極１２６を用いた接続形態に限定されるものではない。例えば、ベース部１２０を圧電振動片１３０に接合した後、外部電極１２４の形成とともに、この外部電極１２４からキャスタレーション１２３を介して引出電極１３７ｂ、１３８まで延びる金属膜を用いた接続形態でもよい。

圧電振動片１３０は、所定の振動数で振動する振動部１３１と、振動部１３１を囲んだ枠部１３２と、振動部１３１と枠部１３２とを連結する連結部１３３とを有し、振動部１３１と枠部１３２との間にはＹ軸方向に貫通する貫通穴１３４が形成されている。振動部１３１及び連結部１３３は、Ｙ軸方向の厚さが枠部１３２と比べて薄く形成されている。また、圧電振動片１３０は、全体として、Ｘ軸方向に長辺、Ｚ軸方向に短辺を有する矩形状に形成されている。

圧電振動片１３０の振動部の表面（＋Ｙ側の面）１３１ａ及び裏面（−Ｙ側の面）１３１ｂには、それぞれ励振電極１３５、１３６が形成されている。そして、圧電振動片１３０の枠部１３２の表面（＋Ｙ側の面）１３２ａ及び裏面（−Ｙ側の面）１３２ｂには、それぞれ励振電極１３５、１３６と電気的に接続する引出電極１３７、１３８が形成されている。引出電極１３７は、図１に示すように、励振電極１３５から連結部１３３の表面（＋Ｙ側の面）１３３ａを通って枠部１３２の表面１３２ａまで−Ｘ軸方向に引き出され、次に、この表面１３２ａを＋Ｚ軸方向に延びた後に折り曲げられて＋Ｘ軸方向に引き出され、表面１３２ａの＋Ｘ側かつ＋Ｚ側の領域まで形成された引出電極１３７ａを有している。さらに、引出電極１３７は、引出電極１３７ａから、枠部１３２の内側の面に形成された引出電極１３７ｃを介して、枠部１３２の裏面１３２ｂに形成された矩形の引出電極１３７ｂを有している。なお、この引出電極１３７は、枠部１３２の外周縁から離間して形成されている。

また、引出電極１３８は、図１に示すように、励振電極１３６から連結部の裏面（−Ｙ側の面）１３３ｂを通って枠部１３２の裏面１３２ｂまで−Ｘ軸方向に引き出され、次に、この裏面１３２ｂを−Ｚ軸方向に引き出され、裏面１３２ｂの−Ｘ側かつ−Ｚ側の領域まで引き出される。なお、この引出電極１３８は、引出電極１３７と同様に、枠部１３２の外周縁から離間して形成されている。

なお、図２に示すように、引出電極１３７ａは、リッド部１１０を圧電振動片１３０に接合した際、接合材１４１によって覆われており、外部に露出しない。また、引出電極１３８は、ベース部１２０を圧電振動片１３０に接合した際、接続電極１２６と接続する部分を除いて接合材１４２によって覆われている。

圧電振動片１３０に形成される励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８は、導電性の金属膜により形成されている。なお、励振電極１３５及び引出電極１３７と、励振電極１３６及び引出電極１３８は、それぞれ一体の金属膜として形成されている。図３に示すように、この金属膜は、圧電振動片１３０である水晶材の表面に形成される下地膜２０１と、この下地膜２０１に積層される第１金属膜２０２と、この第１金属膜２０２に積層される第２金属膜２０３とを有する３層構造となっている。励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８は、同一の膜構成により形成されている。

下地膜２０１は、不動態を形成可能な金属材料が用いられ、圧電振動片１３０を構成する水晶片に対する密着性を向上させるものとして用いられる。不動態を形成可能な金属材料としては、クロム（Ｃｒ）が用いられる。また、クロム（Ｃｒ）の代わりに、例えばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、またはそれらの合金などを用いることもできる。下地膜２０１に含まれる金属（例えばクロム原子）が第１金属膜２０２に拡散してその露出面で不動態の膜（酸化被膜）を形成し、第１金属膜２０２の耐腐食性を向上させることができる。

第１金属膜２０２は、下地膜２０１に含まれる金属原子が第２金属膜２０３へ拡散するのを抑制する、いわゆるバリア膜として機能する。第１金属膜２０２を構成する金属材料としては、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）が用いられる。また、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）の代わりに、例えば、ニッケル（Ｎｉ）やタングステン（Ｗ）などを用いることもできる。

第２金属膜２０３は、励振電極１３５、１３６や引出電極１３７、１３８の導電性を確保しつつ、電極を保護する役割を有する。第２金属膜２０３を構成する金属材料としては、金（Ａｕ）が用いられる。また、金（Ａｕ）の代わりに、例えば、銀（Ａｇ）などを用いることもできる。これら下地膜２０１、第１金属膜２０２、及び第２金属膜２０３は、例えばメタルマスクや、フォトリソグラフィ法によるレジストのマスクを用いてスパッタリングにより成膜される。なお、スパッタリングによる成膜に代えて真空蒸着が用いられてもよい。

下地膜２０１、第１金属膜２０２、及び第２金属膜２０３は、図３に示すように、それぞれ膜厚Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３に設定されている。これら膜厚Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８で同一に設定されているが、これに限定されず、部分的に異なるようにしてもよい。例えば、励振電極１３５、１３６では下地膜２０１の膜厚Ｈ１を薄くするとともに、引出電極１３７、１３８では下地膜２０１の膜厚Ｈ１を厚くしてもよい。なお、各膜厚Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７ａ、１３７ｂ、１３８においてはＹ軸方向の長さであり、引出電極１３７ｃにおいてはＸ軸方向及びＺ軸方向の長さである。

下地膜２０１の膜厚Ｈ１は、１．０ｎｍ〜８．０ｎｍに設定される。膜厚Ｈ１が１．０ｎｍに満たない場合は、下地膜２０１として均一かつ安定した膜を形成することが難しく、水晶材との密着性を維持できない可能性がある。さらに、下地膜２０１を構成する金属（例えばクロム）の絶対的な量が不足するため、下地膜２０１から第１金属膜２０２に拡散する金属原子（例えばクロム原子）の量が少なくなり、第１金属膜２０２の露出面で形成される不動態の膜（酸化膜）も十分に形成されない可能性がある。従って、第１金属膜２０２の耐腐食性が確保されず（すなわち浸食強度が低く）、金属膜（特に引出電極１３７ｂや引出電極１３８）の耐久性が損なわれ、圧電デバイス１００の信頼性が低下する結果となる。また、下地膜２０１を構成する金属が少ないと、この金属原子が第１金属膜２０２に拡散することで下地膜２０１に残る金属が減少し、水晶材との密着性が損なわれることも考えられる。

一方、下地膜２０１の膜厚Ｈ１が１．０ｎｍ以上では、下地膜２０１として安定した膜を形成することが可能となり、水晶材との密着性を維持できる。さらに、下地膜２０１を構成する金属原子が第１金属膜２０２に十分に拡散するため、第１金属膜２０２の露出面で不動態の膜が形成され、第１金属膜２０２の耐腐食性を確保するこができる（すなわち浸食強度を高くすることができる）。

また、下地膜２０１の膜厚Ｈ１が８．０ｎｍを超えた場合は、下地膜２０１を構成する金属の量が多くなるため、下地膜２０１から第１金属膜２０２へ拡散する金属原子の量が増大する。その結果、下地膜２０１の金属原子が第１金属膜２０２を超えて第２金属膜２０３中に多く入り込むことになり、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８の抵抗値を上昇させ、ＣＩ値の上昇を招いて圧電デバイス１００の特性を悪化させることになる。さらに、下地膜２０１の膜厚Ｈ１が厚いと励振電極１３５、１３６の膜厚も厚くなり、振動部１３１の振動特性を変化させることになる。

一方、下地膜２０１の膜厚Ｈ１が８．０ｎｍ以下では、第１金属膜２０２に拡散する金属原子の量が抑えられるため、第２金属膜２０３中に入り込む金属原子の量が少なくなり、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８の抵抗値の上昇が抑制されて、圧電デバイス１００の特性を悪化させることはない。さらに、振動部１３１に形成される励振電極１３５、１３６の膜厚も必要以上に厚くならないので、振動部１３１の振動特性に与える影響が少ない。

このように、下地膜２０１の膜厚Ｈ１を１．０ｎｍ〜８．０ｎｍに設定することにより、水晶材との密着性を維持しつつ、第１金属膜２０２の露出面で不動態の膜（酸化膜）を形成して、第１金属膜２０２の耐腐食性を確保することができる。これに加えて、下地膜２０１の金属原子が第１金属膜２０２及び第２金属膜２０３中に拡散する量を抑えて、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８の抵抗値が上昇するのを抑制し、圧電デバイス１００の特性が悪化するのを防止することができる。

なお、下地膜２０１の膜厚Ｈ１は、３．０ｎｍ〜７．５ｎｍに設定されてもよい。膜厚Ｈ１を３．０ｎｍ以上とすることにより、下地膜２０１を構成する金属原子が第１金属膜２０２に十分かつ確実に拡散するため、第１金属膜２０２の露出面において不動態の膜をより一層確実に形成させることができる。なお、膜厚Ｈ１を３．０ｎｍ以上とすることで、水晶材に対する密着性は十分に確保されている。

また、下地膜２０１の膜厚Ｈ１を７．５ｎｍ以下とすることにより、下地膜２０１の金属原子が第１金属膜２０２や第２金属膜２０３中に拡散する量をより一層抑えるため、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８の抵抗値の上昇が確実に抑制され、圧電デバイス１００の特性が悪化するのを確実に防止できる。従って、圧電デバイス１００として一般的に提供可能な抵抗値の範囲内に抑えることが可能となる。さらに、振動部１３１に形成される励振電極１３５、１３６の膜厚も薄くなるので、振動部１３１の振動特性に与える影響をより一層少なくできる。

次に、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２は、０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍに設定される。膜厚Ｈ２が０．５ｎｍに満たない場合は、第1金属膜２０２の成膜工程において、均一な金属膜（例えばニッケルタングステンの膜）を形成することが難しく、成膜後の膜厚が不均一なだけでなく、部分的に成膜されない状態が生じ易い。従って、第１金属膜２０２は、下地膜２０１を形成する金属原子が第２金属膜２０３へ拡散するのを抑制する、いわゆるバリア膜としての機能が効果的に発揮されないことになる。

一方、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２が０．５ｎｍ以上の場合は、均一な第1金属膜２０２が形成されるので、下地膜２０１を構成する金属原子が第２金属膜２０３へ拡散するのを抑制する、いわゆるバリア膜として効果的に機能させることができる。なお、下地膜２０１の金属原子が第１金属膜２０２に拡散することにより、その露出面では不動態の膜（酸化膜）が形成され、耐腐食性が確保される。

また、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２が１２．５ｎｍを超えた場合は、下地膜２０１を構成する金属原子が第１金属膜２０２に拡散しても膜厚Ｈ２が厚いため第１金属膜２０２の露出面までに十分な量の金属原子が到達せず、その露出面で形成される不動態の膜も不十分となる。その結果、第１金属膜２０２の耐腐食性が確保されず（すなわち浸食強度が低く）、圧電デバイス１００の信頼性が損なわれることとなる。

一方、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２が１２．５ｎｍ以下の場合は、下地膜２０１を構成する金属原子が第１金属膜２０２に拡散して第１金属膜２０２の露出面まで十分な量の金属原子が到達でき、その露出面で不動態の膜を形成することができる。従って、第１金属膜２０２の耐腐食性が確保され（すなわち浸食強度が高く）、圧電デバイス１００の信頼性を確保することができる。

このように、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２を０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍに設定することにより、第1金属膜２０２の露出面において不動態の膜を形成することができ、第１金属膜２０２の耐腐食性を確保することができるので、圧電デバイス１００の信頼性を向上させることができる。

なお、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２は、２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍに設定されてもよい。膜厚Ｈ２が２．５ｎｍ以上の場合は、均一な第1金属膜２０２が確実に形成されるので、下地膜２０１を構成する金属原子が第２金属膜２０３へ拡散するのを確実に抑制し、いわゆるバリア膜をより一層効果的に機能させることができる。なお、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２が２．５ｎｍ以上の場合も、下地膜２０１の金属原子が第１金属膜２０２に拡散することにより、その露出面では不動態の膜（酸化膜）が形成され、耐腐食性が確保される。

また、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２を１０．０ｎｍ以下とすることにより、下地膜２０１を構成する金属原子が第１金属膜２０２に拡散して第１金属膜２０２の露出面まで到達しやすくなり、この露出面で不動態の膜を確実に形成することができる。従って、第１金属膜２０２の耐腐食性が十分に確保され、圧電デバイス１００の信頼性を確保することができる。

このように、第1金属膜２０２の膜厚Ｈ２を２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍに設定することにより、第1金属膜２０２の露出面において不動態の膜を確実に形成することができ、第１金属膜２０２の耐腐食性を十分に確保することができるので、圧電デバイス１００の信頼性をより一層向上させることができる。なお、第２金属膜２０３（例えば金の膜）の膜厚Ｈ３は、１００．０ｎｍまたは１２８．０ｎｍに設定されている。なお、膜厚Ｈ３の値は、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８としての機能・効果が得られる範囲内であれば、特に限定はされない。

本実施形態に係る圧電デバイス１００の構成によれば、下地膜２０１の膜厚Ｈ１を規定することにより、第１金属膜２０２の露出面に不動態の膜を形成して金属膜の耐腐食性を向上しつつも、この金属膜の密着性の低下や抵抗値の上昇、振動部１３１の振動特性への影響を抑えることができ、圧電デバイス１００の特性が悪化するのを防止できる。また、第１金属膜２０２の膜厚Ｈ２を規定することにより、第１金属膜２０２の露出面に形成される不動態の膜を確実のものとし、これにより引出電極１３７、１３８等の耐腐食性を向上させ（すなわち浸食強度を高くして）圧電デバイス１００の信頼性を向上できる。また、引出電極１３７、１３８が枠部１３２の外周縁から離間して形成される場合は、接続電極１２６と接続する部分を除いて接合材１４１、１４２で被覆されるため、第１金属膜２０２は大気中の水分から保護される。なお、接合材１４１等が破損しても、第１金属膜２０２が外気に触れることで不動態の膜を形成するので、第１金属膜２０２の耐腐食性が維持される。

（圧電デバイス１００の製造方法）
次に、上記のように構成された圧電デバイス１００の製造方法を説明する。
圧電振動片１３０は、例えば人工水晶をＡＴカットして作成された圧電ウエハから個々の圧電振動片１３０を切り出す多面取りが行われる。同様に、リッド部１１０及びベース部１２０は、ＡＴカットして作成されたリッドウエハ及びベースウエハから個々を切り出す多面取りが行われる。なお、圧電ウエハ、リッドウエハ、ベースウエハに対するそれぞれの加工は、例えば並行して行われる。

圧電ウエハは、圧電振動片１３０を構成する振動部１３１が所望の周波数特性を備えるように、振動部１３１を含んだ領域の厚さが調整される。この厚さ調整は、例えば、圧電ウエハのうち振動部１３１を含んだ領域をエッチングすることにより行う。その後、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって、振動部１３１、枠部１３２及び連結部１３３が圧電ウエハに形成される。

続いて、圧電ウエハの振動部１３１、枠部１３２及び連結部１３３に、励振電極１３５、１３６及び引出電極１３７、１３８が形成される。これら電極は、先ず、下地層２０１として例えばクロムが圧電ウエハ（水晶片）の表面に膜厚Ｈ１（１．０ｎｍ〜８．０ｎｍの範囲または３．０ｎｍ〜７．５ｎｍの範囲）で成膜される。次いで、第１金属膜２０２として例えばニッケルタングステンが下地層２０１の表面に膜厚Ｈ２（０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍの範囲または２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍの範囲）で成膜される。次いで、第２金属膜２０３として例えば金が第１金属膜２０２の表面に膜厚Ｈ３（例えば１００．０ｎｍ〜１２８．０ｎｍの範囲）で成膜される。

これら下地層２０１、第１金属膜２０２、第２金属膜２０３の形成方法としては、例えば、メタルマスクを用いたスパッタリングまたは真空蒸着により順次金属膜を成膜する方法の他に、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって各金属膜をパターニングする方法など、各種の方法が用いられる。

リッドウエハには、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって凹部１１１がそれぞれ形成される。また、ベースウエハには、フォトリソグラフィ法及びエッチングによって凹部１２１がそれぞれ形成されるとともに、キャスタレーション１２３を形成するための開口部が形成される。さらに、ベースウエハには、所定箇所に外部電極１２４、キャスタレーション電極１２５、接続電極１２６が、例えば、メタルマスクを用いたスパッタリング等により形成される。

続いて、真空雰囲気下において、圧電ウエハの表面にリッドウエハを接合材１４１を介して接合させ、さらに、圧電ウエハの裏面にベースウエハを接合材１４２を介して接合させる。その後、予め設定されたスクライブラインに沿って切断することにより、個々の圧電デバイス１００が完成する。なお、圧電デバイス１００の製造方法としては、以上の方法に限定されず、種々の手法が用いられる。

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。上記した実施形態では、圧電デバイスとして水晶振動子（圧電振動子）を示しているが、発振器であってもよい。発振器の場合は、例えばベース部１２０にＩＣ等が搭載され、圧電振動片１３０の引出電極１３７、１３８等やベース部１２０の外部電極１５０がそれぞれＩＣに接続される。また、上記した実施形態は、圧電振動片１３０として水晶振動片を用いているが、これに代えて、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等から形成された圧電振動片を用いてもよい。また、リッド部１１０及びベース部１２０として水晶材を用いているが、これに代えて、ガラスやセラミックス等を用いてもよい。

以下、実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例の評価は、以下のようにして行った。
本評価で用いられる評価用試料２３０は、図４に示すように、水晶材によって矩形の板状に形成されたＰＬウエハ２３１を用い、その表面に金属膜をパターニングしている。この金属膜は、ＰＬウエハ２３１の中央領域に形成される中央部電極２３２と、中央部電極２３２から引き出されて中央領域の周辺に形成される周辺部電極２３３と、矩形状電極２３４と、を有する。なお、これら電極は、図１に示す圧電振動片１３０の裏面側（−Ｙ側の面）をモデル化したものであり、中央部電極２３２は励振電極１３６に、周辺部電極２３３は引出電極１３８に、矩形状電極２３４は引出電極１３７ｂに、それぞれ相当する。

中央部電極２３２、周辺部電極２３３、及び矩形状電極２３４は、下地膜、第１金属膜、第２金属膜の順で積層された３層構造の金属膜であり、例えば、メタルマスクを用いたスパッタリング等により形成されている。これら中央部電極２３２、周辺部電極２３３、及び矩形状電極２３４における各金属厚の構成は同一となっている。下地膜としてはクロム（Ｃｒ）が用いられ、第1金属膜としてはニッケルタングステン（ＮｉＷ）が用いられ、第２金属膜としては金（Ａｕ）が用いられる。

表１では、クロム、ニッケルタングステン、金の膜厚を変更した実施例１〜１１と比較例０、１２、１３とを示している。表１に示すように、膜構成は水晶側からクロム（Ｃｒ）／ニッケルタングステン（ＮｉＷ）／金（Ａｕ）の膜厚について、それぞれ記載している。なお、比較例０は、下地膜としてＣｒが形成されず、ＰＬウエハ２３０にニッケルタングステン、金の順で積層された２層構造の金属膜である。なお、表１の左の列は番号のみを記載している。

これら実施例１〜１１及び比較例０、１２、１３について、図４に示すように、各評価用試料２３０の周辺部電極２３３上の領域Ｓ、及び中央部電極２３２上の領域Ｔのそれぞれに測定用プローブを接触させ、Ｓ−Ｔ間の抵抗値を測定した。この抵抗値は、図1に示す圧電振動片１３０における励振電極１３６と引出電極１３８との間の抵抗値に相当する。なお、データの信頼性のため、評価用試料２３０ごとにそれぞれ１０回測定し、その平均値を抵抗値として用いている。

図５は、これら実施例１〜１１及び比較例０、１２、１３について、それぞれの抵抗値を示している。なお、図５に示す各抵抗値は熱処理前の値である。図５を見ると、実施例１〜１１では抵抗値が２０Ω以下であるのに対し、比較例１２及び比較例１３では抵抗値が２４Ωを超えることが確認された。従って、クロムの膜厚が少なくとも１．０ｎｍ〜７．５ｎｍに設定された実施例１〜１１は、抵抗値の上昇が比較例１２、１３に対して抑制されていることが確認された。なお、このような抵抗値の差は、熱処理を加えるとより顕著となる。

図６は、熱処理後の各抵抗値を示している。ここで、熱処理について説明すると、評価用試料２３０に対して、リッド接合機により５００Ｎ、真空雰囲気、３７５℃、１０分間の条件で１回目の熱処理を行い、次いで、リッド接合機により５００Ｎ、真空雰囲気、３６５℃、１０分間の条件で２回目の熱処理を行っている。なお、このような熱処理は、圧電デバイスの製造工程において圧電振動片１３０にリッド１１０部やベース部１２０を接合する際の処理に相当する。なお、図６では、実施例６〜８、１０、１１と比較例０、１２、１３を示している。

図６に示すように、実施例６、７では抵抗値が１３Ω以下であり、実施例８、１０、１１では抵抗値が３６Ω以下である。これに対し、比較例１２、１３は抵抗値が５６Ω以上とはるかに大きくなることが確認された。このように、熱処理後の結果から見ても、クロムの膜厚が少なくとも７．５ｎｍ以下に設定された実施例６〜８、１０、１１は、抵抗値の上昇が比較例１２、１３に対して抑制されていることが確認される。従って、クロムの膜厚が８．０ｎｍ以下に設定された場合も、抵抗値の上昇が抑制されることが推察される。

続いて、熱処理後の各評価用試料２３０を９０℃の温純水中に２０時間浸漬して、ニッケルタングステンの膜（第１金属膜）について浸食状態を観察し、腐食度を評価した。また、熱処理後の金属膜をピンセットで擦り、膜の物理的強度や密着強度を評価するスクラッチ試験を行った。

表２は、実施例１〜１１及び比較例１２、１３について、温水浸漬ＮｉＷ浸食の結果と、スクラッチ試験の結果とを示し、これらの結果から浸食強度（耐腐食性）の評価結果について示している。なお、結果については○または×で表している。表２の温水浸漬ＮｉＷ浸食における○または×の判定は、比較例０で同様の浸漬処理を行った場合の結果を基準として、浸食が抑制された場合は○、逆に浸食が進んだ場合は×とした。スクラッチ試験についても、比較例０におけるスクラッチ試験の結果を基準として、良化した場合は○、逆に悪化した場合は×とした。

浸食強度の評価は、浸食強度を有する場合を○、有しない場合を×とした。また、浸食強度の判定は、温水浸漬ＮｉＷ浸食とスクラッチ試験の結果のうち少なくとも一方が×となる場合、浸食強度は有しない（耐腐食性が低い）と判断した。例えば、温水浸漬ＮｉＷ浸食の結果が○で、スクラッチ試験の結果が×の場合、スクラッチ試験の結果から金属膜が脆弱化したことが確認されるため、温水浸漬ＮｉＷ浸食の結果が×となる直前の状態であって金属膜の強度が不十分と考えられ、浸食強度は有しないと判断して×とした。

表２に示すように、実施例８、１０及び比較例１２については、浸食強度を有していない。すなわち、実施例８、１０及び比較例１２のように、ニッケルタングステンの膜厚が１５．０ｎｍでは、浸食強度を有しないことが確認された。また、実施例１〜７、９、１１は、ニッケルタングステンの膜厚が１０．０ｎｍ以下であり、これらについては浸食強度を有することが確認された。従って、ニッケルタングステンの膜厚が１２．５ｎｍ以下で浸食強度を有するものと推察される。また、ニッケルタングステンの膜厚が薄い方がクロムが拡散しやすく、不動態の膜を形成して浸食強度を向上させるため、ニッケルタングステンの膜厚が０．５ｎｍ以上であれば浸食強度を有すると推察される。

以上の結果から、下地膜としてのクロムの膜厚が１．０ｎｍ〜７．５ｎｍもしくは１．０ｎｍ〜８．０ｎｍに設定されると抵抗値の上昇が抑制され、さらに、第１金属膜としてのニッケルタングステンの膜厚が２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍもしくは０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍに設定されると浸食強度を有する（耐腐食性が高い）ことが明らかに説明されている。

Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３…膜厚
１００…圧電デバイス
１１０…リッド部
１２０…ベース部
１２３…キャスタレーション（切り欠き部）
１２４…外部電極
１２５…キャスタレーション電極
１２６…接続電極
１３０…圧電振動片
１３１…振動部
１３２…枠部
１３３…連結部
１３４…貫通穴
１３５、１３６…励振電極
１３７、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ、１３８…引出電極
１４１、１４２…接合剤
２０１…下地膜
２０２…第１金属膜
２０３…第２金属膜

Claims (5)

1. 振動部を囲んだ枠部を有し、前記振動部に設けられた励振電極と電気的に接続された引出電極を前記枠部の表面に備える圧電振動片と、
   前記圧電振動片の表面に前記枠部の領域で接合材を介して接合されるリッド部と、
   前記圧電振動片の裏面に前記枠部の領域で接合材を介して接合され、前記引出電極と電気的に接続される外部電極を備えるベース部と、を備え、
   前記引出電極を前記外部電極に接続するために、前記引出電極の前記枠部に設けた部分の一部が、前記接合材から外部に露出している構造の圧電デバイスにおいて、
   前記励振電極及び前記引出電極は、不動態を形成可能な金属で形成された下地膜と、前記下地膜上にこの順に積層された第１金属膜及び第２金属膜とを有し、
   前記下地膜はクロム膜でありその膜厚が１．０ｎｍ〜８．０ｎｍに設定され、
   前記第１金属膜はＮｉＷ膜又はＮｉ膜である圧電デバイス。
2. 前記下地膜は、その膜厚が３．０ｎｍ〜７．５ｎｍに設定される請求項1記載の圧電デバイス。
3. 前記励振電極及び前記引出電極は、前記下地膜、前記第１金属膜、前記第２金属膜の順で積層され、
   前記第１金属膜は、前記下地膜の金属原子が前記第２金属膜へ拡散するのを抑制するバリア膜であり、その膜厚が０．５ｎｍ〜１２．５ｎｍに設定される請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
4. 前記第１金属膜は、その膜厚が２．５ｎｍ〜１０．０ｎｍに設定される請求項３記載の圧電デバイス。
5. 前記引出電極は、前記枠部の外周縁から離間して形成される請求項1〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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