JP6483199B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、圧電デバイスに関する。
携帯端末や携帯電話、各種情報・通信機器などでは、水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスは、リッドやベースで構成されたパッケージ内に水晶振動片などの圧電振動片を搭載して作成されることが知られている。圧電デバイスは、小型化及び低コスト化が求められている。そのため、ウェハレベルのパッケージングにて、水晶振動子を作成することが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。又、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて、ＭＥＭＳ振動子を作成することが提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
特許文献１に記載の振動子パッケージは、ウェハレベルの貼り合わせで振動子を形成することになるが、ウェハの貼り合わせ面に対して、平坦度要求が高く、又、数百或いは数千の箇所を同時に貼り合わせするため、全ての接合部に対し均一かつ信頼性ある接合状態を得るのは困難である。また、特許文献２に記載のＭＥＭＳ振動子はＭＥＭＳ技術を用いて形成され、静電気型の振動子となる。しかし、シリコンからなるため、ＭＥＭＳ振動子は水晶振動片等の圧電振動片と比較して共振のＱ値を高くするのが難しく、良好な振動特性を得るのが難しいといった課題がある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたもので、ウェハレベルで作成されることにより低コスト化を可能にするとともに、振動部がＭＥＭＳ構造体を用いたものと比べてＱ値を高くできるので振動特性の優れた圧電デバイスを提供することを目的とする。
本発明では、周辺部に対して薄肉の振動部を有する圧電振動片と、圧電振動片の表面及び裏面に成膜されて振動部から離間して周辺部と接合する中間膜と、中間膜の表面に成膜されて中間膜に積層される封止膜と、を含み、封止膜は、中間膜の表面及び側面を覆った状態で形成される。
また、振動部は、圧電振動片の厚さの中央部分において圧電振動片と平行に形成され、振動部の表面側及び裏面側において、圧電振動片と中間膜とにより画定される空洞を有してもよい。また、封止膜は、圧電振動片の表面側及び裏面側に形成され、圧電振動片の表面側の中間膜は圧電振動片の裏面側の中間膜と同一の材料で同一の厚さに形成され、かつ表面側の封止膜は裏面側の封止膜と同一の材料で同一の厚さに形成されてもよい。また、圧電振動片は、水晶振動片であってもよい。
本発明によれば、ウェハレベルで作成できるので圧電デバイスを低コストで製造することができる。また、振動部として圧電振動片が用いられるので、振動部をＭＥＭＳ構造体としたものと比べてＱ値を高くでき、振動特性の優れた圧電デバイスを提供できる。
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、本発明は以下に説明する実施形態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、模式的に記載するとともに、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、本実施形態において方向を示す場合は、以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系は、圧電デバイス１００の表面に平行な平面をＸＺ平面とする。このＸＺ平面において圧電デバイス１００の長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ方向と表記する。ＸＺ平面に垂直な方向（圧電デバイス１００の厚さ方向）はＹ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
＜第１実施形態＞
（圧電デバイス１００の構成）
第１実施形態に係る圧電デバイス１００について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態に係る圧電デバイス１００を示し、（ａ）は、＋Ｙ側から中間層１２０と封止層１４０とを透過して見たときの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧電デバイス１００は、圧電振動片１１０と、中間膜１２０、１３０と、封止膜１４０、１５０と、を有しており、５層構造に構成された圧電振動子である。この圧電デバイス１００は、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。
（圧電デバイス１００の構成）
第１実施形態に係る圧電デバイス１００について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態に係る圧電デバイス１００を示し、（ａ）は、＋Ｙ側から中間層１２０と封止層１４０とを透過して見たときの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧電デバイス１００は、圧電振動片１１０と、中間膜１２０、１３０と、封止膜１４０、１５０と、を有しており、５層構造に構成された圧電振動子である。この圧電デバイス１００は、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。
圧電振動片１１０は、Ｙ方向から見たときに圧電デバイス１００と同様の寸法で板状に形成される。圧電振動片１１０は、例えば、ＡＴカットされた水晶振動片が用いられる。ＡＴカットは、圧電デバイス１００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。ただし、圧電振動片１１０として、ＡＴカットの水晶振動片に限定されず、例えばＢＴカット等の水晶振動片が用いられてもよい。また、圧電振動片１１０として水晶片に限定されず、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等が用いられてもよい。
圧電振動片１１０の中央部には、周辺部１１０ａに対して薄肉の振動部１１０ｂが形成される。振動部１１０ｂは、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。振動部１１０ｂと周辺部１１０ａとの間には傾斜面１１０ｃが形成される。ただし、振動部１１０ｂと周辺部１１０ａとを傾斜面１１０ｃによって接続させるか否かは任意である。このように、振動部１１０ｂが周辺部１１０ａより薄肉されることにより、逆メサ型の振動部１１０ｂが形成される。
振動部１１０ｂの厚さ（Ｙ方向の幅）は、圧電デバイス１００から取り出される周波数に応じて設定される。振動部１１０ｂは、圧電振動片１１０の表面（＋Ｙ側の面）からの深さと、裏面（−Ｙ側の面）からの深さが同一に設定される。ただし、振動部１１０ｂの表面及び裏面の深さを同一に設定することに限定されず、例えば、表面側が裏面側より深くなるように形成されてもよい。また、振動部１１０ｂは、圧電振動片１１０と平行に（ＸＺ平面と平行に）形成される。ただし、振動部１１０ｂを圧電振動片１１０と平行とすることに限定されず、例えば、振動部１１０ｂの＋Ｘ側が＋Ｙ側に配置され、かつ振動部１１０ｂの−Ｘ側が−Ｙ側に配置されて、圧電振動片１１０に対して傾斜するように形成されてもよい。
圧電振動片１１０の表面及び裏面には、励振電極１６１、１６２と、励振電極１６１、１６２のそれぞれに電気的に接続される引出電極１６３、１６４とが形成される。励振電極１６１、１６２は、平面視で矩形に形成される。励振電極１６１、１６２は、圧電振動片１１０の振動部１１０ｂをＹ方向に挟んで対向した状態で配置され、ほぼ同一の大きさに形成される。振動部１１０ｂは、これら励振電極１６１、１６２に所定の交流電圧が印加されることにより、所定の振動数で振動する。
引出電極１６３は、圧電振動片１１０の表面において励振電極１６１から＋Ｘ方向に引き出されて形成される。引出電極１６４は、圧電振動片１００の裏面において励振電極１６２から−Ｘ方向に引き出されて形成される。なお、引出電極１６３と引出電極１６４とは、電気的に接続されない。
励振電極１６１、１６２及び引出電極１６３、１６４は、導電性の金属膜により形成される。この金属膜としては、例えば、水晶材との密着性を高めるためにクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金などからなる下地膜と、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）などからなる主電極膜との２層構造が採用される。この金属膜は、例えば、成膜後にフォトリソグラフィ技術及びエッチングにより形成されるか、またはメタルマスクを介したスパッタ蒸着または真空蒸着等により形成される。なお、金属膜として２層構造に限定するものではなく、１層または３層以上の導電性の金属膜による構成が用いられてもよい。
圧電振動片１１０は、引出電極１６３に対応してＹ方向に貫通する貫通穴１１０ｄが形成される。この貫通穴１１０ｄには、貫通電極１６５が形成される。また、圧電振動片１１０の裏面側には、貫通電極１６５を覆うように矩形状の接続電極１６６が形成される。貫通電極１６５によって、引出電極１６３と接続電極１６６とは電気的に接続される。貫通電極１６５は、例えば、銅めっきや導電性ペーストの充填により形成される。接続電極１６６は、例えば、メタルマスクを介したスパッタ蒸着または真空蒸着等により形成される。
中間膜１２０、１３０は、圧電振動片１１０の表面及び裏面のそれぞれに形成され、封止膜１４０、１５０の内側に配置されている。中間膜１２０、１３０は、Ｙ方向から見たときに圧電振動片１１０の表面及び裏面においてほぼ同一に形成される。中間膜１２０、１３０は、同一の厚さ（Ｙ方向の幅）に形成されるが、これに限定されず、例えば、中間膜１２０が中間膜１３０より厚く形成されてもよい。中間膜１２０、１３０としては、例えば、ポリシリコン、二酸化ケイ素などが用いられる。
中間膜１２０、１３０は、図１（ｂ）に示すように、それぞれ振動部１１０ｂから離れた状態で形成される。従って、振動部１１０ｂの表面側には空洞Ｋ１が形成され、振動部１１０ｂの裏面側には空洞Ｋ２が形成される。これにより、振動部１１０ｂの機械的な振動を許容する。空洞Ｋ１、Ｋ２は、例えば、真空雰囲気に設定されるが、これに代えて、例えば窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気に設定されてもよい。中間膜１２０、１３０は、例えば、真空蒸着やスパッタ蒸着により圧電振動片１１０の表面及び裏面のそれぞれに成膜されることにより形成される。
裏面側の中間膜１３０は、貫通電極１６５に対応してＹ方向に貫通する貫通穴１３０ａが形成される。この貫通穴１３０ａには、貫通電極１６７が形成される。中間膜１３０の裏面には、貫通電極１６７を覆うように矩形状の接続電極１６８が形成される。貫通電極１６７によって、接続電極１６６と接続電極１６８とが電気的に接続される。中間膜１３０は、引出電極１６４に対応してＹ方向に貫通する貫通穴１３０ｂが形成される。この貫通穴１３０ｂには、貫通電極１６９が形成される。中間膜１３０の裏面には、貫通電極１６９を覆うように矩形状の接続電極１７０が形成される。貫通電極１６９によって、引出電極１６４と接続電極１７０とが電気的に接続される。貫通電極１６７、１６９は、例えば、銅めっきや導電性ペーストの充填により形成される。接続電極１６８、１７０は、例えば、メタルマスクを介したスパッタ蒸着または真空蒸着等により形成される。
封止膜１４０、１５０は、中間膜１２０、１３０のそれぞれを覆った状態で形成される。封止膜１４０、１５０は、同一の厚さ（Ｙ方向の幅）に形成されるが、これに限定されず、例えば、封止膜１４０が封止膜１５０より厚く形成されてもよい。封止膜１４０、１５０としては、例えば、窒化シリコン等が用いられる。封止膜１４０、１５０は、例えば、真空蒸着やスパッタ蒸着により中間膜１２０、１３０上のそれぞれに成膜されることにより形成される。
裏面側の封止層１５０は、貫通電極１６７、１６９のそれぞれに対応してＹ方向に貫通する貫通穴１５０ａ、１５０ｂが形成される。この貫通穴１５０ａ、１５０ｂには、貫通電極１７１、１７３がそれぞれ形成される。封止膜１５０の裏面には、貫通電極１７１、１７３をそれぞれ覆うように矩形状の外部電極１７２、１７４が形成される。貫通電極１７１によって、接続電極１６８と外部電極１７２とが電気的に接続される。また、貫通電極１７３によって、接続電極１７０と外部電極１７４とが電気的に接続される。貫通電極１７１、１７３は、例えば、銅めっきや導電性ペーストの充填により形成される。外部電極１７２、１７４は、例えば、メタルマスクを介したスパッタ蒸着または真空蒸着等により形成される。
外部電極１７２は、貫通電極１７１、接続電極１６８、貫通電極１６７、接続電極１６６、及び貫通電極１６５を介して引出電極１６３（励振電極１６１）に電気的に接続される。一方、外部電極１７４は、貫通電極１７３、接続電極１７０、及び貫通電極１６９を介して引出電極１６４（励振電極１６２）に電気的に接続される。
このように、圧電デバイス１００によれば、圧電振動片１１０に形成された薄肉の振動部１１０ｂから離れた状態で振動部１１０ｂの表面及び裏面に中間膜１２０、１３０が形成されるので、振動部１１０ｂの機械的な振動が中間膜１２０等によって干渉されない。また、振動部１１０ｂは圧電振動片１１０の一部が用いられるので、ＭＥＭＳ構造体の振動部と比較してＱ値を高くすることができ、振動特性に優れた圧電デバイス１００を提供できる。また、中間膜１２０、１３０上に封止層１４０、１５０が形成される内部空間Ｋ１、Ｋ２の気密を維持することができる。
また、振動部１１０ｂは、圧電振動片１１０の厚さの中央部分において圧電振動片１１０と平行に形成されるので、中間膜１２０、１３０から振動部１１０ｂを確実に離すことができ、振動部１１０ｂが中間膜１２０等に干渉するのを防止できる。また、また、封止層１４０、１５０は、中間層１２０、１３０を覆った状態で形成されるので、封止層１４０、１５０によって中間層１２０、１３０を保護することができる。
（圧電デバイス１００の製造方法）
次に、圧電デバイス１００の製造方法について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、図１に示す圧電デバイス１００の製造方法を説明するフローチャートである。図３〜図５は、図２に示すフローチャートのそれぞれに対応した工程を示している。以下の説明では、図２のフローチャートに沿いつつ、適宜図３〜図５を参酌して説明する。
次に、圧電デバイス１００の製造方法について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、図１に示す圧電デバイス１００の製造方法を説明するフローチャートである。図３〜図５は、図２に示すフローチャートのそれぞれに対応した工程を示している。以下の説明では、図２のフローチャートに沿いつつ、適宜図３〜図５を参酌して説明する。
まず、図２に示すように、圧電ウェハＡＷの加工が行われる（ステップＳ０１）。圧電ウェハＡＷとしては、例えば、ＡＴカットされた水晶ウェハが用いられる。圧電ウェハＡＷの加工では、図３（ａ）に示すように、振動部１１０ｂの形成や、励振電極１６１、１６２及び引出電極１６３、１６４の形成、貫通穴１１０ｄの形成、貫通電極１６５の形成、接続電極１６６の形成が行われる。先ず、圧電ウェハＡＷの表面及び裏面の所定箇所がウェットエッチング等により薄肉化され、周辺部１１０ａ及び振動部１１０ｂが形成される（振動部形成工程）。なお、圧電ウェハＡＷをウェットエッチングにより薄肉化することに限定されず、例えばサンドブラスト等が用いられてもよい。
次いで、圧電ウェハＡＷ（圧電振動片１１０）の表面及び裏面に、振動部１１０ｂを挟んで励振電極１６１、１６２が形成されるとともに、この励振電極１６１、１６２から延びる引出電極１６３、１６４が形成される。これら励振電極１６１等は、フォトリソグラフィ法及びエッチングによる手法、またはメタルマスクを介した蒸着等により導電性の金属膜が成膜されることで形成される。
次いで、圧電ウェハＡＷの、引出電極１６３に対応する部分に、Ｙ方向に貫通する貫通穴１１０ｄが形成される。この貫通穴１１０ｄは、例えば、ウェットエッチングやサンドブラスト等の機械加工により形成される。次いで、貫通穴１１０ｄに、例えば、銅めっきや導電性ペーストの充填によって、貫通電極１６５が形成される。次いで、この貫通電極１６５を覆うように接続電極１６６が形成される。
続いて、犠牲層１７５、１７６が形成される（ステップＳ０２）。図３（ｂ）に示すように、振動部１１０ｂの表面側及び裏面側には、犠牲層１７５、１７６が形成される（犠牲層形成工程）。犠牲層１７５、１７６としては、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、アモルファスシリコン、フォトレジスト、その他ポリマー材料等が適宜選択可能である。犠牲層１７５、１７６として二酸化珪素を用いる場合は、例えば、所定のガスを用いたプラズマＣＶＤ法や、スパッタリング法等の真空プロセスにより形成される。なお、二酸化珪素に対するエッチングには、ドライエッチング法では、例えば、フッ酸蒸気によるエッチングが用いられ、ウェットエッチング法では、例えば、バッファフッ酸内に浸漬する等の手法が利用できる。
犠牲層１７５、１７６としてアモルファスシリコンを用いる場合は、例えば、Ｈ２やＳｉＨ４等のガスを用いたプラズマＣＶＤ法や、スパッタリング法等の真空プロセスにより形成される。なお、アモルファスシリコンに対するエッチングは、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法が用いられる。ドライエッチング法では、例えば、ＸｅＦ２（フッ化キセノン）ガス等が用いられ、ウェットエッチング法では、例えば、フッ硝酸等が用いられる。
続いて、犠牲層１７５、１７６の平坦化が行われる（ステップＳ０３）。ステップＳ０２で犠牲層１７５、１７６を成膜する際、圧電振動片１１０の表面及び裏面の全体に犠牲層１７５等が成膜されている。この膜を平坦化することにより、圧電振動片１１０の周辺部１１０ａを露出させる（平坦化工程）。この平坦化工程は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 化学機械研磨）が用いられる。平坦化工程により、振動部１１０ｂの表面及び裏面の犠牲層１７５、１７６は残り、周辺部１１０ａ上の犠牲層が除去される。これにより、犠牲層１７５、１７６は、周辺部１１０ａに対して同一面に形成される。
ただし、犠牲層１７５、１７６を周辺部１１０ａと同一面とすることに限定されず、例えば、犠牲層１７５、１７６が周辺部１１０ａに対してＹ方向に凹んだ状態や盛り上がった状態に形成されてもよい。また、犠牲層１７５、１７６は、上記のようにプラズマＣＶＤ法等により圧電振動片１１０の全面に形成されることに限定されず、例えば、インクジェット法等を用いて振動部１１０ｂに対して局所的に形成させるようにしてもよい。このように、犠牲層１７５、１７６を局所的に形成可能な場合は、上記したステップＳ０３の平坦化工程は行われなくてもよい。
続いて、中間膜１２０、１３０の形成が行われる（ステップＳ０４）。図３（ｃ）に示すように、平坦化工程が終了した圧電ウェハＡＷの表面及び裏面のそれぞれに中間膜１２０、１３０が形成される（中間膜形成工程）。中間膜１２０、１３０としては、例えば、ポリシリコン、二酸化ケイ素が用いられる。中間膜形成工程は、例えば、真空蒸着やスパッタ蒸着、低圧ＣＶＤ等が用いられる。
中間膜１２０、１３０の膜厚は任意に設定可能である。ただし、空洞Ｋ１、Ｋ２（図１参照）が形成された際に、中間膜１２０、１３０が振動部１１０ｂから離間した状態を維持可能な強度を持つような膜厚に設定される。中間膜１２０、１３０は、同一の膜厚に形成されるが、異なってもよい。また、中間膜１２０、１３０は、均一な膜厚に形成されることに限定されず、例えば、振動部１１０ｂに対向する部分の膜厚を他より大きくするなど、部分的に膜厚を変えてもよい。また、中間膜１２０、１３０は、同一の材料で形成されることに限定されず、異なる材料で形成されてもよい。
続いて、レジスト膜１７８、１７９が形成される（ステップＳ０５）。図３（ｄ）に示すように、中間膜１２０、１３０の表面及び裏面の全面にレジスト膜１７８、１７９が形成される。レジスト膜１７８、１７９としては、例えば、ノボラック樹脂によるネガフォトレジスト等が用いられる。レジスト膜の形成は、例えば、スピンコーターやスリットコーター等が用いられる。
続いて、露光、現像が行われる（ステップＳ０６）。図４（ｅ）に示すように、レジスト膜１７８、１７９に対して、所定のマスクを用いた露光処理を行った後、現像処理を行うことにより、レジストパターンとして、Ｙ方向に貫通する複数の貫通穴１７８ａ、１７９ａが形成される。貫通穴１７８ａ、１７９ａは、犠牲層１７５、１７６に対応する箇所に形成される。また、裏面側のレジスト膜１７９には、貫通電極１６５に対応してＹ方向に貫通する貫通穴１７９ｂが形成されるとともに、引出電極１６４に対応してＹ方向に貫通した貫通穴１７９ｃが形成される。
続いて、中間膜１２０、１３０のエッチングが行われる（ステップＳ０７）。図４（ｆ）に示すように、レジストパターンを介して中間膜１２０、１３０がエッチングされることにより、中間膜１２０、１３０には、レジスト膜１７８、１７９の貫通穴１７８ａ、１７９ａに連通する貫通穴１２０ａ、１３０ｃが形成される。このように、上記したステップＳ０５〜ステップＳ０７に示す一連の各工程により、中間膜１２０、１３０に貫通穴１２０ａ、１３０ｃが形成される（貫通穴形成工程）。なお、貫通穴１２０ａ、１３０ｃの個数や開口径は任意に設定できる。
貫通穴１２０ａ、１３０ｃの形成により、犠牲層１７５、１７６は、貫通穴１７８ａ、１７９ａ及び貫通穴１２０ａ、１３０ｃを介して外部に露出される。また、裏面の中間膜１３０には、貫通穴１７９ｂ、１７９ｃに対応してＹ方向に貫通する貫通穴１３０ａ、１３０ｂが形成される。
続いて、レジスト膜１７８、１７９の除去及び電極の形成が行われる（ステップＳ０８）。図４（ｇ）に示すように、先ず、レジスト膜１７８、１７９が所定の剥離液等によって除去される。次いで、中間膜１３０の貫通穴１３０ａ、１３０ｂに貫通電極１６７、１６９が、銅メッキや導電性ペーストの充填等により形成される。次いで、貫通電極１６７、１６９を覆うように矩形状の接続電極１６８、１７０が形成される。接続電極１６８、１７０は、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング、またはメタルマスクを介したスパッタ蒸着や真空蒸着などにより導電性の金属膜が成膜されて形成される。なお、貫通電極１６７を介して接続電極１６６と接続電極１６８とが電気的に接続され、貫通電極１６９を介して引出電極１６４と接続電極１７０とが電気的に接続される。
続いて、犠牲層１７５、１７６のエッチングが行われる（ステップＳ０９）。図４（ｈ）に示すように、犠牲層１７５、１７６は、中間膜１２０、１３０の貫通穴１２０ａ、１３０ｃを介して、例えば、ドライエッチングあるいは溶解等の処理によって除去される（犠牲層除去工程）。犠牲層１７５、１７６の除去と同時に、振動部１１０ｂに残存する不純物も貫通穴１２０ａ、１３０ｃを通じて除去される。犠牲層１７５、１７６が除去されることにより、振動部１１０ｂの表面側に空洞Ｋ１が形成され、振動部１１０ｂの裏面側に空洞Ｋ２が形成される。
また、犠牲層１７５、１７６を除去した後、振動部１１０ｂの周波数調整を行ってもよい。周波数の調整は、振動部１１０ｂの表面及び裏面の励振電極１６１、１６２をエッチングすることにより行う。従って、予め、所望の周波数より低くなるように、やや肉厚に励振電極１６１、１６２を成膜しておき、空洞Ｋ１、Ｋ２の形成後にエッチングして所望の周波数に合わせこむようにしてもよい。
続いて、高温アニールが行われる（ステップＳ１０）。図５（ｉ）に示すように、犠牲層１７５、１７６を除去した後、中間膜１２０、１３０が加熱される（加熱工程）。この高温アニールは、例えば、加熱炉内に圧電ウェハＡＷが投入されて所定の温度まで加熱されることにより行う。この加熱工程により、中間膜１２０、１３０が加熱されて貫通穴１２０ａ、１３０ｃを閉塞させる。なお、加熱工程において、加熱炉内を真空に設定することにより、貫通穴１２０ａ、１３０ｃを閉塞させた際に、空洞Ｋ１、Ｋ２内を真空雰囲気に設定できる。
なお、ステップＳ１０の加熱工程を行うか否かは任意であり、この加熱工程なしに後段のステップＳ１１が行われてもよい。また、加熱工程において、中間膜１２０、１３０の貫通穴１２０ａ、１３０ａを完全に閉塞させることに限定されず、貫通穴１２０ａ、１３０ａの開口径を縮小させるものでもよい。
続いて、封止膜１４０、１５０の形成が行われる（ステップＳ１１）。図５（ｊ）に示すように、中間膜１２０、１３０の全面を覆うように封止膜１４０、１５０が形成される（封止膜形成工程）。封止膜１４０、１５０としては、例えば、窒化シリコン等が用いられる。封止膜１４０、１５０は、例えば、真空蒸着やスパッタ蒸着等により成膜される。なお、上記したステップＳ１０の加熱工程後に貫通穴１２０ａ等がまだ開口している場合は、この封止膜形成工程が真空雰囲気で行われることにより、空洞Ｋ１、Ｋ２内を真空雰囲気に形成することができる。
封止膜１４０、１５０の膜厚は任意に設定可能である。ただし、中間膜１２０、１３０とともに振動部１１０ｂから離間した状態を維持可能な強度を持つような膜厚に設定される。封止膜１４０、１５０は、同一の膜厚に形成されるが、異なってもよい。また、封止膜１４０、１５０は、均一な膜厚に形成されることに限定されず、例えば、振動部１１０ｂに対応する部分の膜厚を他より大きくするなど、部分的に膜厚を変えてもよい。また、封止膜１４０、１５０は、同一の材料で形成されることに限定されず、異なる材料で形成されてもよい。
続いて、電極が形成される（ステップＳ１２）。図５（ｋ）に示すように、先ず、裏面側の封止膜１５０に、Ｙ方向に貫通する貫通穴１５０ａ、１５０ｂが形成される。貫通穴１５０ａ、１５０ｂは、中間膜１３０に形成された接続電極１６８、１７０に対応した位置に形成される。貫通穴１５０ａ、１５０ｂは、上記したステップＳ０７と同様に、例えば、レジスト膜を露光及び現像してレジストパターンを形成させ、このレジストパターンを介して封止膜１５０をエッチングすることにより形成される。次いで、貫通穴１５０ａ、１５０ｂのそれぞれに貫通電極１７１、１７３が形成される。貫通電極１７１、１７３は、例えば、銅メッキや導電性ペーストの充填等により形成される。
次いで、この貫通電極１７１、１７３を覆うように矩形状の外部電極１７２、１７４が形成される。外部電極１７２、１７４は、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング、またはメタルマスクを介したスパッタ蒸着や真空蒸着、導電性ペーストの塗布などにより導電性の金属膜が成膜されて形成される。なお、貫通電極１７１を介して接続電極１６８と外部電極１７４とが電気的に接続され、貫通電極１７３を介して接続電極１７０と外部電極１７３とが電気的に接続される。
続いて、圧電ウェハＡＷの切断が行われる（ステップＳ１３）。圧電ウェハＡＷは、予め設定されたスクライブラインに沿って切断される（切断工程）。この切断工程では、例えば、レーザーやダイシングソーを用いたダイシング装置が利用される。この切断工程によって、個別化された圧電デバイス１００が完成する。
なお、図５（ｋ）に示すものでは、中間膜１２０、１３０の側面が露出したままの状態となっており、図１（ｂ）の圧電デバイス１００のように中間膜１２０、１３０の側面が封止膜１４０、１５０に覆われていない。図１に示すような形態を作成するには、先ず、中間膜１２０、１３０の形成後に、これら中間膜１２０、１３０をパターニングして島状に形成させる。次いで、その上から封止膜１４０、１５０を成膜する。次いで、中間膜１２０、１３０がない部分に沿って切断することにより、中間膜１２０、１３０の側面を封止膜１４０、１５０で覆った形態が作成可能である。
このように、圧電デバイス１００の製造方法によれば、中間膜１２０、１３０及び封止膜１４０、１５０によって空洞Ｋ１、Ｋ２を所定雰囲気に保持するので、従来のようにシリコン基板等を接合して封止することと比較して容易に圧電デバイス１００を製造することができる。また、圧電ウェハＡＷを用いることにより、振動特性の優れた圧電デバイス１００をウェハレベルにより低コストで製造することができる。
また、犠牲層１７５、１７６の形成後に平坦化工程を行うことにより、周辺部１１０ａを除いて振動部１１０ｂの表面及び裏面に確実に犠牲層１７５、１７６を形成させることができる。また、犠牲層除去工程の後、中間膜１２０、１３０を加熱する加熱工程を行うことにより、貫通穴１２０ａ、１３０ａを塞ぐ、または開口径を縮小させることができ、その後の封止膜１４０、１５０の成膜を容易に行うことができる。
＜第２実施形態＞
続いて、第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態に係る圧電デバイス２００の一例を示す平面図である。図６では、中間膜及び封止膜（図１参照）を透過した状態で示している。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図６に示すように、圧電デバイス２００は、圧電振動片２１０を有し、第１実施形態の圧電デバイス１００と同様に、圧電振動片２１０の表面及び裏面に中間膜及び封止膜をそれぞれ有しており、５層構造に構成された圧電振動子である。この圧電デバイス２００は、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。
続いて、第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態に係る圧電デバイス２００の一例を示す平面図である。図６では、中間膜及び封止膜（図１参照）を透過した状態で示している。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図６に示すように、圧電デバイス２００は、圧電振動片２１０を有し、第１実施形態の圧電デバイス１００と同様に、圧電振動片２１０の表面及び裏面に中間膜及び封止膜をそれぞれ有しており、５層構造に構成された圧電振動子である。この圧電デバイス２００は、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。
圧電振動片２１０は、Ｙ方向から見たときに圧電デバイス２００と同様の寸法で板状に形成される。圧電振動片２１０は、第１実施形態と同様に、例えば、ＡＴカットされた水晶振動片が用いられる。ただし、圧電振動片２１０として、ＡＴカットの水晶振動片に限定されず、例えばＢＴカット等の水晶振動片が用いられてもよい。また、圧電振動片２１０として水晶片に限定されず、例えば、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等が用いられてもよい。
圧電振動片２１０の中央部には、周辺部２１０ａに対して薄肉の振動部２１０ｂが形成される。振動部２１０ｂは、Ｙ方向から見たときに円形状に形成される。振動部２１０ｂと周辺部２１０ａとの間には傾斜面２１０ｃが形成される。ただし、振動部２１０ｂとして円形状であることに限定されず、例えば、楕円形状、長円形状、多角形状（四角形を除く）に形成されてもよい。また、傾斜面２１０ｃが形成されるか否かは任意である。
圧電振動片２１０の表面及び裏面には、励振電極２６１、２６２と、励振電極２６１、２６２のそれぞれに電気的に接続される引出電極２６３、２６４とが形成される。励振電極２６１、２６２は、平面視で円形に形成される。励振電極２６１、２６２は、圧電振動片２１０の振動部２１０ｂをＹ方向に挟んで対向した状態で配置され、ほぼ同一の大きさに形成される。振動部２１０ｂは、これら励振電極２６１、２６２に所定の交流電圧が印加されることにより、所定の振動数で振動する。
引出電極２６３は、圧電振動片２１０の表面において励振電極２６１から＋Ｘ方向に引き出されて形成される。引出電極２６４は、圧電振動片２１０の裏面において励振電極２６２から−Ｘ方向に引き出されて形成される。なお、引出電極２６３と引出電極２６４とは、電気的に接続されない。なお、この引出電極２６３、２６４から外部電極１７２、１７４（図１（ｂ）参照）までの電気的な接続は、図１に示す圧電デバイス１００と同様である。
このように、圧電デバイス２００によれば、第１実施形態の圧電デバイス１００と同様に、振動部２１０ｂの機械的な振動が中間膜等によって干渉されない。また、振動部２１０ｂは圧電振動片２１０の一部が用いられるのでＱ値を高くでき、振動特性に優れた圧電デバイス２００を提供できる。なお、圧電デバイス２００の製造方法は、上記した圧電デバイス１００の製造方法と同様である。
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。例えば、上記した各実施形態において、引出電極１６３、１６４（２６３、２６４）から外部電極１７２、１７４までの電気的な接続は図示した形態に限定されない。例えば、貫通電極１６７等を用いずに、引出電極１６３、１６４から圧電デバイス１００の側面を介して外部電極１７２、１７４に接続させてもよい。
また、上記した各実施形態の圧電振動片１１０、２１０において、周辺部１１０ａ、２１０ａと振動部１１０ｂ、２１０ｂとの間に、Ｙ方向に貫通する貫通部を形成させてもよい。この場合、例えば、−Ｘ側の部分を残して振動部１１０ｂ、２１０ｂを囲むように貫通部を形成させ、振動部１１０ｂ、２１０ｂを片持ち状態で保持させてもよい。このような貫通部を形成する場合、引出電極１６３、１６４、２６３、２６４は、貫通部を避けて配置される。
１００、２００・・・圧電デバイス
１１０、２１０・・・圧電振動片
１１０ａ、２１０ａ・・・周辺部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・振動部
１２０、１３０・・・中間膜
１４０、１５０・・・封止膜
１１０、２１０・・・圧電振動片
１１０ａ、２１０ａ・・・周辺部
１１０ｂ、２１０ｂ・・・振動部
１２０、１３０・・・中間膜
１４０、１５０・・・封止膜
Claims (4)
- 周辺部に対して薄肉の振動部を有する圧電振動片と、
前記圧電振動片の表面及び裏面に成膜されて前記振動部から離間して前記周辺部と接合する中間膜と、
前記中間膜の表面に成膜されて前記中間膜に積層される封止膜と、を含み、
前記封止膜は、前記中間膜の表面及び側面を覆った状態で形成される圧電デバイス。 - 前記振動部は、前記圧電振動片の厚さの中央部分において前記圧電振動片と平行に形成され、
前記振動部の表面側及び裏面側において、前記圧電振動片と前記中間膜とにより画定される空洞を有する請求項１記載の圧電デバイス。 - 前記封止膜は、前記圧電振動片の表面側及び裏面側に形成され、
前記圧電振動片の表面側の前記中間膜は前記圧電振動片の裏面側の前記中間膜と同一の材料で同一の厚さに形成され、かつ前記表面側の前記封止膜は前記裏面側の前記封止膜と同一の材料で同一の厚さに形成される請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。 - 前記圧電振動片は、水晶振動片である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
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