JP7387979B2 - 振動デバイス、振動デバイスの製造方法および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、振動デバイス、振動デバイスの製造方法および電子機器に関するものである。
特許文献１には、半導体集積部品に圧電振動子を直接載置して、半導体集積部品上から圧電振動子を覆うように蓋を配置してなる発振器が記載されている。また、特許文献２には、ベース部材と蓋部材とが金属膜を介して接合された密閉容器と、密閉容器内に収納された圧電振動子片と、圧電振動子片に電圧を印加する電極部と、電極部と電気的に接続され、ベース部材と蓋部材との接合部分を通過して配置された引出電極と、引出電極と金属膜との間に配置された絶縁膜と、を有する圧電振動子が記載されている。
しかしながら、特許文献１の発振器では、半導体集積部品上に配置された電極と圧電振動子が有する励振電極との短絡について何ら対策が施されていないし、特許文献２の圧電振動子でも、電極部と圧電振動子片が有する励振電極との短絡について何ら対策が施されていない。
本発明の一態様は、半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面側に搭載されている振動素子と、
前記半導体基板の前記一方の主面側における前記振動素子を囲む部分に接合されている蓋体と、を備え、
前記振動素子は、
振動片と、
前記振動片に配置されている励振電極と、
を備え、
前記励振電極は、一部が前記振動片の前記半導体基板側に配置され、
前記半導体基板の前記一方の主面側には絶縁膜が配置され、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されていない振動デバイスである。
前記半導体基板の一方の主面側に搭載されている振動素子と、
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前記振動片に配置されている励振電極と、
を備え、
前記励振電極は、一部が前記振動片の前記半導体基板側に配置され、
前記半導体基板の前記一方の主面側には絶縁膜が配置され、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されていない振動デバイスである。
本発明の一態様では、前記半導体基板の構成材料および前記蓋体の構成材料は、それぞれ、シリコンであることが好ましい。
本発明の一態様では、前記半導体基板に前記振動素子と電気的に接続されている回路が形成されていることが好ましい。
本発明の一態様では、前記絶縁膜は、前記振動素子側から見た平面視で、前記振動素子の外側へ露出した部分を有し、
前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子と前記接合部分との間に位置していることが好ましい。
前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子と前記接合部分との間に位置していることが好ましい。
本発明の一態様では、前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子の輪郭に沿っていることが好ましい。
本発明の一態様は、本発明の振動デバイスを有する電子機器である。
本発明の一態様は、半導体基板の一方の主面側に絶縁膜を配置する工程と、
振動片と前記振動片に配置されている励振電極とを備えている振動素子を準備し、前記励振電極の一部を前記半導体基板側に向けて、前記振動素子を前記半導体基板の前記一方の主面側に搭載する工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面側における前記振動素子を囲む部分に蓋体を接合する工程と、を含み、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されていない振動デバイスの製造方法である。
振動片と前記振動片に配置されている励振電極とを備えている振動素子を準備し、前記励振電極の一部を前記半導体基板側に向けて、前記振動素子を前記半導体基板の前記一方の主面側に搭載する工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面側における前記振動素子を囲む部分に蓋体を接合する工程と、を含み、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されていない振動デバイスの製造方法である。
以下、本発明の一態様の振動デバイス、振動デバイスの製造方法および電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動デバイスを示す平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、振動素子を上面側から見たときの下面を示す透過平面図である。図４は、振動デバイスの製造工程を示す図である。図５ないし図１６は、それぞれ、振動デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１、図３中の紙面手前側および図２、図５～図１６の上側を「上」とも言い、図１、図３中の紙面奥側および図２、図５～図１６の下側を「下」とも言う。また、水晶の結晶軸をＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）として説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動デバイスを示す平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。図３は、振動素子を上面側から見たときの下面を示す透過平面図である。図４は、振動デバイスの製造工程を示す図である。図５ないし図１６は、それぞれ、振動デバイスの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１、図３中の紙面手前側および図２、図５～図１６の上側を「上」とも言い、図１、図３中の紙面奥側および図２、図５～図１６の下側を「下」とも言う。また、水晶の結晶軸をＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）として説明する。
図１に示すように、振動デバイス１は、パッケージ２と、パッケージ２内に収容された振動素子９と、を有している。
＜パッケージ＞
パッケージ２は、半導体基板３と、半導体基板３に接合された蓋体４と、を有し、これらが接合されて内部に気密な収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されないが、本実施形態では減圧状態、好ましくは真空状態となっている。収納空間Ｓを減圧状態とすることにより、振動素子９の発振効率が向上する。
パッケージ２は、半導体基板３と、半導体基板３に接合された蓋体４と、を有し、これらが接合されて内部に気密な収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されないが、本実施形態では減圧状態、好ましくは真空状態となっている。収納空間Ｓを減圧状態とすることにより、振動素子９の発振効率が向上する。
蓋体４は、下面に開放する凹部４１を有し、この凹部４１内に振動素子９を収納するようにして半導体基板３の上面３１に接合されている。具体的には、蓋体４は、半導体基板３の上面３１（一方の主面）側における振動素子９を囲む部分に半導体基板３に接合されている。また、半導体基板３および蓋体４は、それぞれ、単結晶シリコン基板で構成され、半導体基板３と蓋体４とは、直接接合されている。なお、直接接合は、特に常温活性化接合のことを言う。常温活性化接合とは、まず、半導体基板３の接合面および蓋体４の接合面をそれぞれイオンビームの照射によって活性化し、半導体基板３および蓋体４の活性化した接合面同士を貼り合せ、圧力を加えることにより半導体基板３と蓋体４とを接合する方法である。このような接合方法によれば、加熱処理やアニールを行わず、室温にて接合するため、パッケージ２の熱歪みを低減することができる。また、例えば、接着剤等の別材料を介在しないため、パッケージ２の低背化を図ることができる。また、アウトガスが発生するおそれもなく、収納空間Ｓの減圧状態を維持することができる。
なお、半導体基板３と蓋体４との接合方法は、直接接合に限定されず、例えば、接着剤、金属製の接合膜等を介して接合してもよい。また、半導体基板３としては、特に限定されず、例えば、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、酸化亜鉛、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、炭化ケイ素等で構成された半導体基板を用いることができる。また、蓋体４としても、特に限定されず、例えば、シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよいし、各種金属材料（合金を含む）で構成された金属基板、各種ガラス材料で構成されたガラス基板等を用いてもよい。
ここで、半導体基板３および蓋体４は、双方共にＰ型（ポジティブ型）であるかまたは双方共にＮ型（ネガティブ型）であることが好ましい。このように、半導体基板３および蓋体４を同じ型とすることにより、半導体基板３と蓋体４との間にｐｎ接合部分が形成されず、半導体基板３と蓋体４とを容易に同電位とすることができる。そのため、例えば、半導体基板３および蓋体４をＧＮＤ等の固定電位とすれば、シールド効果が得られ、外乱の影響を低減することができる。ただし、これに限定されず、半導体基板３および蓋体４は、互いに異なる型の半導体であってもよい。
また、図２に示すように、半導体基板３には厚さ方向に貫通する一対の貫通孔３３、３４が形成されている。また、半導体基板３の上面３１、下面３２および貫通孔３３、３４の内周面には、それぞれ、絶縁膜６が配置されている。なお、この絶縁膜６については後に詳細に説明する。
図２に示すように、半導体基板３の上面３１には絶縁膜６を介して一対の内部電極５１、５２が配置されている。また、半導体基板３の下面３２には絶縁膜６を介して一対の外部電極５３、５４が配置されている。また、貫通孔３３、３４内には貫通電極５５、５６が形成されており、貫通電極５５によって内部電極５１と外部電極５３とが電気的に接続され、貫通電極５６によって内部電極５２と外部電極５４とが電気的に接続されている。
＜振動素子＞
図１および図３に示すように、振動素子９は、平面視形状が長方形の板状をなす振動片９１と、振動片９１に配置された電極９２と、を有している。振動片９１は、厚み滑り振動をする水晶素板である。本実施形態では、振動片９１としてＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いている。なお、ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸とＺ軸とを含む平面をＸ軸回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分程度回転させて得られる主面（Ｘ軸とＺ’軸とを含み、Ｙ’軸を法線とする面）を有するように切り出すことを言う。なお、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸方向のプラス側を「先端」または「先端側」とも言い、Ｘ軸方向のマイナス側を「基端」または「基端側」とも言う。
図１および図３に示すように、振動素子９は、平面視形状が長方形の板状をなす振動片９１と、振動片９１に配置された電極９２と、を有している。振動片９１は、厚み滑り振動をする水晶素板である。本実施形態では、振動片９１としてＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶素板を用いている。なお、ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸とＺ軸とを含む平面をＸ軸回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分程度回転させて得られる主面（Ｘ軸とＺ’軸とを含み、Ｙ’軸を法線とする面）を有するように切り出すことを言う。なお、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸方向のプラス側を「先端」または「先端側」とも言い、Ｘ軸方向のマイナス側を「基端」または「基端側」とも言う。
また、電極９２は、振動片９１の下面９１ａ（一方の主面）の先端側に偏って配置された励振電極９２１と、振動片９１の上面９１ｂ（他方の主面）の先端側に偏って、励振電極９２１と対向配置された励振電極９２２と、振動片９１の下面９１ａの基端部にＺ’方向に並んで配置された接続電極９２３、９２４と、励振電極９２１と接続電極９２３とを電気的に接続する引出配線９２５と、励振電極９２２と接続電極９２４とを電気的に接続する引出配線９２６と、を有している。
図２に示すように、このような振動素子９は、下面９１ａを半導体基板３側に向けて収納空間Ｓに収納されている。また、振動素子９は、固定部材としての一対の金属バンプＢ１、Ｂ２を介して半導体基板３に固定されている。金属バンプＢ１は、内部電極５１と接続電極９２３とに接触しており、振動素子９を半導体基板３に固定すると共に、内部電極５１と接続電極９２３とを電気的に接続している。金属バンプＢ２は、内部電極５２と接続電極９２４とに接触しており、振動素子９を半導体基板３に固定すると共に、内部電極５２と接続電極９２４とを電気的に接続している。
なお、金属バンプＢ１、Ｂ２としては、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、アルミニウムバンプ、はんだバンプ等を用いることができる。また、固定部材としては、金属バンプＢ１、Ｂ２に限定されず、例えば、導電性の接着剤を用いてもよい。ただし、アウトガスの発生を防止できる観点から、本実施形態のような金属バンプＢ１、Ｂ２を用いることが好ましい。
以上、振動素子９について説明したが、振動素子９としては、図示の構成に限定されない。例えば、本実施形態の振動素子９では、振動片９１が平板状をなしているが、例えば、振動部が突出した「メサ型」であってもよいし、振動部が凹んだ「逆メサ型」であってもよい。また、ＡＴカットに替えてＢＴカットの振動片９１を用いてもよい。また、本実施形態の振動素子９は、厚みすべり型の振動素子であるが、その他、２本の振動腕を有し、これらが互いに接近・離間を繰り返して振動する面内屈曲振動型の振動素子であってもよい。
また、振動片９１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、チタン酸ジルコン酸鉛、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、ガリウム砒素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸ナトリウムカリウム、ビスマスフェライト、ニオブ酸ナトリウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ビスマスナトリウム等の水晶以外の圧電体材料を用いてもよい。また、振動片９１は、例えば、シリコン等の圧電体材料以外の材料を用いてもよい。この場合は、例えば、振動片９１に圧電素子を形成し、通電により圧電素子を伸縮させることにより、振動片９１を振動させる構成とすることができる。
＜絶縁膜＞
次に、絶縁膜６について説明する。前述したように、絶縁膜６は、半導体基板３の表面、具体的には半導体基板３の上面３１、下面３２および貫通孔３３、３４の内周面に配置されている（図２参照）。そして、絶縁膜６を介して半導体基板３に内部電極５１、５２、外部電極５３、５４および貫通電極５５、５６が配置されている。このように、半導体基板３の表面に絶縁膜６を形成することにより、半導体基板３を介して内部電極５１、外部電極５３および貫通電極５５からなる電極群と、内部電極５２、外部電極５４および貫通電極５６からなる電極群と、が短絡することを効果的に抑制することができる。
次に、絶縁膜６について説明する。前述したように、絶縁膜６は、半導体基板３の表面、具体的には半導体基板３の上面３１、下面３２および貫通孔３３、３４の内周面に配置されている（図２参照）。そして、絶縁膜６を介して半導体基板３に内部電極５１、５２、外部電極５３、５４および貫通電極５５、５６が配置されている。このように、半導体基板３の表面に絶縁膜６を形成することにより、半導体基板３を介して内部電極５１、外部電極５３および貫通電極５５からなる電極群と、内部電極５２、外部電極５４および貫通電極５６からなる電極群と、が短絡することを効果的に抑制することができる。
このような絶縁膜６は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成されている。これにより、十分に高い抵抗値を有する絶縁膜６となる。また、前述したように、半導体基板３がシリコンで構成されているため、例えば、半導体基板３の表面を熱酸化することにより、容易に絶縁膜６を形成することができる。ただし、絶縁膜６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いてもよい。また、絶縁膜６の形成方法としても、熱酸化に限定されず、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等を用いてもよい。
次に、半導体基板３の上面３１側に配置された絶縁膜６（以下、説明の便宜上「絶縁膜６１」とも言う。）について詳細に説明する。図３に示すように、絶縁膜６１は、その平面視で、振動素子９の励振電極９２１と重なって配置されている。なお、「励振電極９２１と重なって配置されている」とは、励振電極９２１の少なくとも一部と重なって配置されていることを意味し、好ましくは、励振電極９２１の全域と重なって配置されていることを意味する。絶縁膜６１をこのように配置することにより、励振電極９２１と半導体基板３との接触を抑制することができ、半導体基板３と励振電極９２１との短絡を効果的に抑制することができる。
ここで、振動素子９は、その基端側において金属バンプＢ１、Ｂ２を介して半導体基板３に固定されているため、先端側が自由端となる。そして、自由端側ほど振動や固定時の傾きによって半導体基板３と接触し易い。そこで、絶縁膜６が励振電極９２１の一部と重なって配置されている場合、励振電極９２１の先端部すなわち半導体基板３と最も接触し易い部分と重なって配置されることが好ましい。これにより、上述した効果を効果的に発揮することができる。
また、絶縁膜６１は、半導体基板３と蓋体４との接合部分Ｑには配置されていない。これにより、半導体基板３と蓋体４との間に絶縁膜６が介在せず、半導体基板３と蓋体４とを前述したような直接接合法にて接合することができる。また、絶縁膜６が介在しない分、パッケージ２の低背化を図ることができる。
また、絶縁膜６１は、振動素子９側から見た平面視で、振動素子９の外側へ露出した露出部６１１を有している。そして、露出部６１１の輪郭は、振動素子９と接合部分Ｑとの間に位置している。このように、露出部６１１の輪郭６１２が振動素子９と接合部分Ｑとの間に位置することにより、励振電極９２１と半導体基板３との接触をより確実に抑制することができると共に、半導体基板３と蓋体４との直接接合を妨げることを抑制することができる。なお、本実施形態では、露出部６１１が振動素子９の全周から外側へ露出しているが、これに限定されず、振動素子９の周囲の少なくとも一部から外側へ露出していてもよいし、露出部６１１を有していなくてもよい。
特に、本実施形態では、絶縁膜６の平面視で、露出部６１１の輪郭６１２が振動素子９の輪郭９０に沿っている。具体的には、振動素子９の輪郭９０は、先端側に位置し、Ｚ’軸方向に延在する第１振動片輪郭９０１と、基端側に位置し、Ｚ’軸方向に延在する第２振動片輪郭９０２と、第１振動片輪郭９０１および第２振動片輪郭９０２のＺ’軸方向プラス側の端部同士を接続し、Ｘ軸方向に延在する第３振動片輪郭９０３と、第１振動片輪郭９０１および第２振動片輪郭９０２のＺ’軸方向マイナス側の端部同士を接続し、Ｘ軸方向に延在する第４振動片輪郭９０４と、を有している。
これに対して、露出部６１１の輪郭６１２は、第１振動片輪郭９０１の先端側に位置し、第１振動片輪郭９０１と平行な第１絶縁膜輪郭６１２ａと、第２振動片輪郭９０２の基端側に位置し、第２振動片輪郭９０２と平行な第２絶縁膜輪郭６１２ｂと、第３振動片輪郭９０３のＺ’軸方向プラス側に位置し、第３振動片輪郭９０３と平行な第３絶縁膜輪郭６１２ｃと、第４振動片輪郭９０４のＺ’軸方向マイナス側に位置し、第４振動片輪郭９０４と平行な第４絶縁膜輪郭６１２ｄと、を有する。なお、「平行」とは、対応する２つの輪郭のうちの一方の輪郭が他方の輪郭に対して５°以下の範囲内で傾斜している場合も含む。
このような構成とすることにより、露出部６１１の輪郭６１２が振動素子９の輪郭９０とほぼ相似形となり、絶縁膜６を、振動素子９を半導体基板３に固定する際の目印（マーカー）として用いることができる。そのため、半導体基板３に対して振動素子９を精度よく配置することができる。
ここで、設計で定められた理想的な位置に振動素子９を配置した場合、すなわち、振動素子９の位置ずれが生じていない場合、第１振動片輪郭９０１と第１絶縁膜輪郭６１２ａとの離間距離Ｄ１と、第２振動片輪郭９０２と第２絶縁膜輪郭６１２ｂとの離間距離Ｄ２とは、等しくなることが好ましく、第３振動片輪郭９０３と第３絶縁膜輪郭６１２ｃとの離間距離Ｄ３と、第４振動片輪郭９０４と第４絶縁膜輪郭６１２ｄとの離間距離Ｄ４とは、等しくなることが好ましい。これにより、離間距離Ｄ１と離間距離Ｄ２とが等しくなるように振動素子９を位置決めすることにより、Ｘ軸方向の位置ずれを低減することができる。同様に、離間距離Ｄ３と離間距離Ｄ４とが等しくなるように振動素子９を位置決めすることにより、Ｚ’軸方向の位置ずれを低減することができる。なお、離間距離Ｄ１、Ｄ２が等しいとは、Ｄ１とＤ２とが一致する場合の他、例えば、±５％程度のずれを含む意味である。同様に、離間距離Ｄ３、Ｄ４が等しいとは、Ｄ３とＤ４とが一致する場合の他、例えば、±５％程度のずれを含む意味である。
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、半導体基板３と、半導体基板３の上面３１（一方の主面）側に搭載されている振動素子９と、半導体基板３の上面３１（一方の主面）側における振動素子９を囲む部分に半導体基板３に接合されている蓋体４と、を備えている。また、振動素子９は、振動片９１と、振動片９１に配置されている励振電極９２１、９２２と、を備えている。励振電極９２１、９２２は、励振電極の一部である励振電極９２１が半導体基板３側に配置されている。また、半導体基板３の上面３１側には絶縁膜６１が配置され、絶縁膜６１は、平面視で励振電極９２１と重なって配置され、半導体基板３と蓋体４との接合部分Ｑには配置されていない。このような構成によれば、絶縁膜６１によって、励振電極９２１と半導体基板３との接触による短絡を効果的に抑制することができる。また、絶縁膜６１によって半導体基板３と蓋体４との接合、特に直接接合が阻害されることが抑制される。
また、前述したように、半導体基板３の構成材料および蓋体４の構成材料は、それぞれ、シリコンである。これにより、これらを直接接合法により接合することができる。したがって、半導体基板３と蓋体４とをより強固に接合することができる。また、常温で接合が可能となるため、半導体基板３と蓋体４とからなるパッケージ２に熱歪みが生じ難くなる。
また、前述したように、絶縁膜６１は、振動素子９側から見た平面視で、振動素子９の外側へ露出した部分である露出部６１１を有する。露出部６１１の輪郭６１２は、振動素子９と接合部分Ｑとの間に位置している。これにより、絶縁膜６１によって、励振電極９２１と半導体基板３との接触による短絡をより効果的に抑制することができる。また、絶縁膜６１によって半導体基板３と蓋体４との直接接合が阻害されることがより効果的に抑制される。
また、前述したように、露出部６１１の輪郭６１２は、振動素子９の輪郭９０に沿っている。これにより、半導体基板３に対する振動素子９の位置決めが容易となる。
次に、上述の振動デバイス１の製造方法について説明する。振動デバイス１の製造方法は、図４に示すように、半導体基板３に絶縁膜６を形成する絶縁膜形成工程と、振動素子を半導体基板３に搭載する振動素子搭載工程と、半導体基板３に蓋体４を接合する蓋体接合工程と、を含んでいる。以下、これら各工程について順次詳細に説明する。
［絶縁膜形成工程］
まず、図５に示すように、シリコン基板からなる半導体基板３を準備する。なお、ここで準備される半導体基板３は、完成品となった状態での半導体基板３よりも厚くなっている。これにより、ハンドリングが向上する。次に、図６に示すように、例えば、ドライエッチング、特にボッシュ法によって半導体基板３の上面３１に有底の孔３３０、３４０を形成する。ただし、孔３３０、３４０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。
まず、図５に示すように、シリコン基板からなる半導体基板３を準備する。なお、ここで準備される半導体基板３は、完成品となった状態での半導体基板３よりも厚くなっている。これにより、ハンドリングが向上する。次に、図６に示すように、例えば、ドライエッチング、特にボッシュ法によって半導体基板３の上面３１に有底の孔３３０、３４０を形成する。ただし、孔３３０、３４０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ウェットエッチングによって形成してもよい。
次に、図７に示すように、半導体基板３を熱酸化し、半導体基板３の表面に酸化シリコンで構成された絶縁膜６を形成する。次に、図８に示すように、半導体基板３をその下面３２側から研削、研磨し、孔３３０、３４０が貫通するまで半導体基板３を薄くする。これにより、孔３３０、３４０が貫通孔３３、３４となる。なお、研削、研磨の方法としては、特に限定されず、例えば、バックグラインド、ＣＭＰ（化学機械研磨）、ドライポリッシュ等を組み合わせて用いることができる。次に、図９に示すように、半導体基板３を再び熱酸化し、半導体基板３の下面に再び酸化シリコンで構成された絶縁膜６を形成する。
次に、図１０に示すように、絶縁膜６の表面にシード層７１を形成する。シード層７１としては、特に限定されないが、例えば、ＴｉＷ層／Ｃｕ層の積層体で構成することができる。また、シード層７１は、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング等により成膜することができる。次に、図１１に示すように、シード層７１の表面に内部電極５１、５２および外部電極５３、５４に対応する開口を有するレジスト層７２を形成し、シード層７１のレジスト層７２から露出している部分にＣｕめっき５Ａを施す。この際、Ｃｕめっき５Ａが貫通孔３３、３４を埋めることにより貫通電極５５、５６が形成される。次に、レジスト層７２を除去したのち、図１２に示すように、シード層７１のＣｕめっき５Ａから露出している部分を除去する。次に、図１３に示すように、Ｃｕめっき５Ａ上に無電解めっきによって金属膜５Ｂを形成する。これにより、内部電極５１、５２および外部電極５３、５４が形成される。なお、金属膜５Ｂとしては、特に限定されないが、例えば、Ｎｉ層／Ｐｄ層／Ａｕ層の積層体で構成することができる。
次に、図１４に示すように、半導体基板３の上面３１に位置する絶縁膜６をパターニングすることにより絶縁膜６１を形成する。絶縁膜６のパターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いて行うことができる。絶縁膜６１は、前述したように、振動素子９を設計通りに配置した場合に、平面視で振動素子９の外側へ露出する露出部６１１を有し、さらに、露出部６１１の輪郭６１２が振動素子９の輪郭９０に沿うようにパターニングされる。また、絶縁膜６１は、後の蓋体接合工程において、半導体基板３と蓋体４との接合部分Ｑに配置されないようにパターニングされる。
［振動素子搭載工程］
次に、振動片９１の表面に電極９２が形成された振動素子９を準備する。次に、図１５に示すように、金属バンプＢ１、Ｂ２を介して振動素子９を半導体基板３の上面側に固定する。この際、絶縁膜６１の輪郭６１２に振動素子９の輪郭９０を揃えることにより、振動素子９を容易に所定の位置に位置決めすることができる。また、絶縁膜６１によって振動素子９が有する励振電極９２１と半導体基板３との接触による短絡が抑制される。
次に、振動片９１の表面に電極９２が形成された振動素子９を準備する。次に、図１５に示すように、金属バンプＢ１、Ｂ２を介して振動素子９を半導体基板３の上面側に固定する。この際、絶縁膜６１の輪郭６１２に振動素子９の輪郭９０を揃えることにより、振動素子９を容易に所定の位置に位置決めすることができる。また、絶縁膜６１によって振動素子９が有する励振電極９２１と半導体基板３との接触による短絡が抑制される。
［蓋体接合工程］
次に、シリコン基板で構成された蓋体４を準備し、図１６に示すように、蓋体４を半導体基板３の上面に接合し、振動素子９を収納するパッケージ２を形成する。なお、接合方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、直接接合、特に常温接合によって接合されている。これにより、半導体基板３と蓋体４とを強固に接合することができる。また、接着剤、接合層等を介さないため、その分、パッケージ２の低背化を図ることができるし、アウトガスの発生も抑制することができる。
次に、シリコン基板で構成された蓋体４を準備し、図１６に示すように、蓋体４を半導体基板３の上面に接合し、振動素子９を収納するパッケージ２を形成する。なお、接合方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、直接接合、特に常温接合によって接合されている。これにより、半導体基板３と蓋体４とを強固に接合することができる。また、接着剤、接合層等を介さないため、その分、パッケージ２の低背化を図ることができるし、アウトガスの発生も抑制することができる。
以上の工程により、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、半導体基板３の上面３１（一方の主面）側に絶縁膜６１を配置する工程と、振動片９１と振動片９１に配置されている励振電極９２１、９２２とを備えている振動素子９を準備し、励振電極の一部である励振電極９２１を半導体基板３側に向けて、振動素子９を半導体基板３の上面３１側に搭載する工程と、半導体基板３の上面３１（一方の主面）側における振動素子９を囲む部分に蓋体４を接合する工程と、を含んでいる。そして、絶縁膜６１は、平面視で励振電極９２１と重なって配置され、半導体基板３と蓋体４との接合部分Ｑには配置されていない。このような製造方法によれば、絶縁膜６１によって励振電極９２１と半導体基板３との接触による短絡を効果的に抑制することができる。また、絶縁膜６１によって半導体基板３と蓋体４との接合、特に直接接合が阻害されることが抑制される。
＜第２実施形態＞
図１７は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
図１７は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
本実施形態に係る振動デバイス１は、半導体基板３に回路が形成されていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。以下の説明では、第２実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１７では、前述した第１実施形態と同様の構成について同一符号を付している。
図１７に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、半導体基板３の上面３１が能動面３１０となっており、この能動面３１０には回路８が形成されている。回路８は、振動素子９を駆動するための電気回路（図示せず）であり、例えば、周囲の温度を検知する感温素子、振動素子９の温度特性を補償する温度補償データを格納するとともにその温度補償データに基づいて振動素子９の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路、温度補償回路に接続され、所定の発振出力を生成する発振回路等が含まれている。そして、発振回路で生成された発振出力は、例えば、クロック信号等の基準信号として利用される。すなわち、本実施形態の振動デバイス１は、発振器として用いられる。
なお、本実施形態では、半導体基板３の上面３１が能動面３１０となっているため、前述した第１実施形態のように絶縁膜６１を熱酸化で形成することが困難な場合がある。この場合は、例えば、回路８を覆うようにして、絶縁膜６１をＣＶＤ、スパッタリング等によって形成すればよい。
このように、本実施形態の振動デバイス１では、半導体基板３に振動素子９と電気的に接続されている回路８が形成されている。これにより、上述したように、振動デバイス１を発振器等として利用することができる。
以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、本実施形態では、半導体基板３の上面３１が能動面となっているが、これに限定されず、半導体基板３の下面３２が能動面となっていてもよい。
＜第３実施形態＞
図１８は、本発明の第３実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１８は、本発明の第３実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１８に示すモバイル型のパーソナルコンピューター１１００は、本発明の電子機器を適用したものであり、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、振動デバイス１が内蔵されている。なお、振動デバイス１は、例えば、発振器として利用することができる。
このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、振動デバイス１を有している。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第４実施形態＞
図１９は、本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１９は、本発明の第４実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図１９に示す携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）は、本発明の電子機器を適用したものであり、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、振動デバイス１が内蔵されている。なお、振動デバイス１は、例えば、発振器として利用することができる。
このように、電子機器としての携帯電話機１２００は、振動デバイス１を有している。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
図２０は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２０は、本発明の第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
図２０に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本発明の電子機器を適用したものであり、ケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっている。表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、振動デバイス１が内蔵されている。なお、振動デバイス１は、例えば、発振器として利用することができる。
このように、電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、振動デバイス１を有している。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子機器は、前述したパーソナルコンピューター、携帯電話機およびデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。
以上、本発明の振動デバイス、振動デバイスの製造方法および電子機器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、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した第２実施形態では、振動デバイスを発振器に適用した構成について説明したが、これに限定されず、例えば、振動デバイスを加速度、角速度等の物理量を検出可能な物理量センサーに適用してもよい。この場合、振動素子９として、駆動振動モードと、受けた物理量に応じて励振される検出振動モードとを有する素子を用い、回路８を、振動素子９を駆動振動モードで駆動させるための駆動回路と、振動素子９の検出振動モードから得られる信号に基づいて物理量を検出する検出回路と、を有する構成とすればよい。
１…振動デバイス、２…パッケージ、３…半導体基板、３１…上面、３１０…能動面、３２…下面、３３、３４…貫通孔、３３０、３４０…孔、４…蓋体、４１…凹部、５Ａ…Ｃｕめっき、５Ｂ…金属膜、５１、５２…内部電極、５３、５４…外部電極、５５、５６…貫通電極、６、６１…絶縁膜、６１１…露出部、６１２…輪郭、６１２ａ…第１絶縁膜輪郭、６１２ｂ…第２絶縁膜輪郭、６１２ｃ…第３絶縁膜輪郭、６１２ｄ…第４絶縁膜輪郭、７１…シード層、７２…レジスト層、８…回路、９…振動素子、９０…輪郭、９０１…第１振動片輪郭、９０２…第２振動片輪郭、９０３…第３振動片輪郭、９０４…第４振動片輪郭、９１…振動片、９１ａ…下面、９１ｂ…上面、９２…電極、９２１、９２２…励振電極、９２３、９２４…接続電極、９２５、９２６…引出配線、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、Ｂ１、Ｂ２…金属バンプ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４…離間距離、Ｑ…接合部分、Ｓ…収納空間
Claims (6)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面側に搭載されている振動素子と、
前記半導体基板の前記一方の主面側における前記振動素子を囲む部分に接合されている蓋体と、を備え、
前記振動素子は、
平面視での形状が長方形であり、板状をなす振動片と、
前記振動片に配置されている励振電極と、
を備え、
前記励振電極は、一部が前記振動片の前記半導体基板側に配置され、
前記半導体基板の前記一方の主面側には絶縁膜が配置され、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されておらず、
前記絶縁膜は、前記振動素子側から見た平面視で、前記振動素子の全周から外側へ露出した部分を有し、
前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子側から見た平面視での形状が長方形であり、
前記露出した部分の輪郭は、平面視で、前記振動素子の輪郭に沿って配置され、前記振動素子と前記接合部分との間に位置し、前記振動素子から離間し、かつ、前記接合部分から離間しており、
前記振動片の長手方向の一方側の方向を第１方向、前記長手方向の他方側の方向を第２方向、前記振動片の厚さ方向および前記長手方向に直交する方向の一方側の方向を第３方向、前記振動片の厚さ方向および前記長手方向に直交する方向の他方側の方向を第４方向としたとき、
平面視で、前記振動素子の輪郭の前記第１方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第１方向の端部との離間距離Ｄ１と、前記振動素子の輪郭の前記第２方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第２方向の端部との離間距離Ｄ２とが等しく、
平面視で、前記振動素子の輪郭の前記第３方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第３方向の端部との離間距離Ｄ３と、前記振動素子の輪郭の前記第４方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第４方向の端部との離間距離Ｄ４とが等しいことを特徴とする振動デバイス。 - 前記半導体基板の構成材料および前記蓋体の構成材料は、それぞれ、シリコンである請求項１に記載の振動デバイス。
- 前記半導体基板に前記振動素子と電気的に接続されている回路が形成されている請求項１または２に記載の振動デバイス。
- 前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子の輪郭に沿っている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動デバイス。
- 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を有することを特徴とする電子機器。
- 半導体基板の一方の主面側に絶縁膜を配置する工程と、
振動片と前記振動片に配置されている励振電極とを備えている振動素子を準備し、前記励振電極の一部を前記半導体基板側に向けて、前記振動素子を前記半導体基板の前記一方の主面側に搭載する工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面側における前記振動素子を囲む部分に蓋体を接合する工程と、を含み、
前記振動片は、平面視での形状が長方形であり、板状をなし、
前記絶縁膜は、平面視で前記励振電極の前記一部と重なって配置され、前記半導体基板と前記蓋体との接合部分には配置されておらず、
前記絶縁膜は、前記振動素子側から見た平面視で、前記振動素子の全周から外側へ露出した部分を有し、
前記露出した部分の輪郭は、前記振動素子側から見た平面視での形状が長方形であり、
前記露出した部分の輪郭は、平面視で、前記振動素子の輪郭に沿って配置され、前記振動素子と前記接合部分との間に位置し、前記振動素子から離間し、かつ、前記接合部分から離間しており、
前記振動片の長手方向の一方側の方向を第１方向、前記長手方向の他方側の方向を第２方向、前記振動片の厚さ方向および前記長手方向に直交する方向の一方側の方向を第３方向、前記振動片の厚さ方向および前記長手方向に直交する方向の他方側の方向を第４方向としたとき、
平面視で、前記振動素子の輪郭の前記第１方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第１方向の端部との離間距離Ｄ１と、前記振動素子の輪郭の前記第２方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第２方向の端部との離間距離Ｄ２とが等しく、
平面視で、前記振動素子の輪郭の前記第３方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第３方向の端部との離間距離Ｄ３と、前記振動素子の輪郭の前記第４方向の端部と前記露出した部分の輪郭の前記第４方向の端部との離間距離Ｄ４とが等しいことを特徴とする振動デバイスの製造方法。
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