JP7423963B2 - 振動デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
前記孔の内面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記孔内に導電性材料を充填して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
前記貫通電極形成工程の後に、前記半導体基板の前記第1面に集積回路を形成する集積回路形成工程と、
前記半導体基板に振動片を配置する振動片配置工程と、
前記振動片を覆う蓋を前記半導体基板に接合する蓋接合工程と、を含むことを特徴とする。
前記貫通電極形成工程よりも後に、前記半導体基板を前記第2面側から薄肉化して前記孔を前記第2面に貫通させる基板薄肉化工程を含むことが好ましい。
前記絶縁膜形成工程では、前記シリコン基板を熱酸化させることにより前記絶縁膜を形成することが好ましい。
図1は、第1実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図2は、図1の振動デバイスが有する振動片を示す平面図である。図3は、図1の振動デバイスの製造工程を示す図である。図4ないし図12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。図13は、従来の振動デバイスの構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸として図示している。また、Z軸方向の矢印が向く側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。また、Z軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。また、以下の説明では、「上面に形成(配置)」とは、上面に直接形成(配置)する場合の他、上面から所定距離離間した位置に形成(配置)する場合、すなわち、「上面側に形成(配置)」する場合も含む。下面についても同様である。
図4に示すように、シリコンウエハに含まれるベース基板2を準備し、ベース基板2に、その上面2aに開口する孔21を形成する。ここで準備するベース基板2は、図1に示す完成品となった状態でのベース基板2の厚さよりも厚い。これにより、ベース基板2の強度が高くなり、ハンドリングが向上する。また、孔21は、図1に示す完成品となった状態でのベース基板2の厚さよりも深い有底の凹部で構成され、ベース基板2の下面2bまで貫通していない。孔21を有底の凹部とすることにより、例えば、孔21を下面2bに貫通させた場合と比べて、孔21の形成時間が短くなる。また、貫通電極形成工程S13において、孔21内に導電性材料を充填し易くなり、貫通電極57を形成し易くなる。孔21の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、ドライエッチング、特に、ボッシュ・プロセスにより形成することができる。これにより、高アスペクト比の孔21を形成することができ、振動デバイス1の小型化を図ることができる。なお、これに限定されず、本工程において、孔21を下面2bに貫通させてもよい。
図5に示すように、ベース基板2を熱酸化し、ベース基板2の表面、特に孔21の内面に酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜20を形成する。絶縁膜20を熱酸化により形成することにより、ベース基板2の表面に緻密で均質な絶縁膜20を形成することができる。また、絶縁膜20とベース基板2との線膨張係数差を小さくすることもできる。そのため、熱応力が生じ難く、優れた発振特性を有する振動デバイス1となる。ただし、絶縁膜20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)で構成されていてもよい。また、絶縁膜20の形成方法としては、熱酸化に限定されず、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成してもよい。
図6に示すように、孔21内に導電性材料を充填し、この状態では非貫通であるが、完成時にはベース基板2を貫通する貫通電極57を形成する。導電性材料としては、特に限定されないが、本実施形態では、導電性のポリシリコンを用いている。導電性のポリシリコンとは、例えば、リン(P)、ボロン(B)、砒素(As)等の不純物をドープして導電性を付与したポリシリコンのことを言う。このように、導電性材料をポリシリコンとすることにより、後の集積回路形成工程S14において加わる熱に対して十分な耐性を有する貫通電極57となる。そのため、貫通電極57を原因とする電気不良が生じ難くなる。また、ベース基板2との線膨張係数差を小さくすることもできる。そのため、熱応力が生じ難く、優れた発振特性を有する振動デバイス1となる。ただし、導電性材料としては、特に限定されず、例えば、タングステン(W)等の耐熱性に優れる金属材料を用いることもできる。
図7に示すように、ベース基板2の上面2a側に素子分離領域T1と、この素子分離領域T1に囲まれた活性化領域T2とを形成し、活性化領域T2にトランジスタ等の図示しない能動素子を少なくとも1つ形成する。なお、貫通電極57は、素子分離領域T1と重ならないように、言い換えると活性化領域T2と重なるように、その位置が設計されている。次に、ベース基板2の上面2aに、絶縁層51、配線層52、絶縁層53、パッシベーション膜54および端子層55を順に積層して積層体50を形成する。積層体50は、ベース基板2の上面2aのリッド4との接合部分を除いて形成する。以上のようにして、集積回路5が形成される。
図8に示すように、振動片3を準備し、この振動片3を接合部材B1、B2を介してベース基板2の上面2a、具体的には積層体50の上面に接合する。また、これにより、接合部材B1を介して積層体50の端子551と振動片3の端子323とを電気的に接続し、接合部材B2を介して積層体50の端子552と振動片3の端子324とを電気的に接続する。これにより、振動片3と集積回路5とが電気的に接続される。
図9に示すように、シリコンウエハに含まれるリッド4を準備して、減圧環境下において、接合部材6を介してベース基板2の上面2aに接合する。なお、ここで準備するリッド4を図1に示す完成品となった状態でのリッド4よりも厚くしておき、後の端子形成工程S18の後、個片化工程S19の前において、リッド4をその上面側から薄肉化してもよい。これにより、製造中のリッド4の強度が高くなり、ハンドリングが向上する。
図10に示すように、ベース基板2をその下面2b側から薄肉化し、すなわち、不要部分を除去し、非貫通の貫通電極57をベース基板2の下面2bに貫通させる。薄肉化の方法としては、特に限定されず、例えば、切削、研削、研磨、エッチング等を用いることができる。また、研削、研磨の方法としては、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。
図11に示すように、ベース基板2の下面2bに絶縁膜20を形成した後、貫通電極57と重なる位置に端子56を形成する。これにより、貫通電極57と端子56とが電気的に接続される。以上により、シリコンウエハ上に複数の振動デバイス1が一体的に形成される。
図12に示すように、ダイシングソー等により切断し、各振動デバイス1を切り出して個片化する。以上により、振動デバイス1が得られる。
図14は、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15は、図14の振動デバイスの製造工程を示す図である。図16ないし図24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。
図16に示すように、ベース基板2を準備し、ベース基板2に、その下面2bに開口する孔21を形成する。
図17に示すように、ベース基板2を熱酸化し、ベース基板2の表面、特に孔21の内面に酸化シリコン(SiO2)からなる絶縁膜20を形成する。
図18に示すように、孔21内に導電性材料を充填し、非貫通の貫通電極57を形成する。
図19に示すように、ベース基板2の下面2bに集積回路5を形成する。
図20に示すように、ベース基板2をその上面2a側から薄肉化し、非貫通の貫通電極57をベース基板2の上面2aに貫通させる。
図21に示すように、ベース基板2の上面2aに絶縁膜20を形成した後、貫通電極57と重なる位置に端子56を形成する。
図22に示すように、振動片3を準備し、この振動片3を接合部材B1、B2を介してベース基板2の上面2aに接合する。また、接合部材B1を介して端子561と振動片3の端子323とを電気的に接続し、接合部材B2を介して端子562と振動片3の端子324とを電気的に接続する。
図23に示すように、リッド4を準備して、減圧環境下において、接合部材6を介してベース基板2の上面2aに接合する。
図24に示すように、ダイシングソー等によって各振動デバイス1を個片化する。以上により、振動デバイス1が得られる。
Claims (5)
- 表裏関係にある第1面および第2面を有する半導体基板に、前記第1面に開口する孔を形成する孔形成工程と、
前記孔の内面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記孔内に導電性材料を充填して貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
前記貫通電極形成工程の後に、前記半導体基板の前記第1面に集積回路を形成する集積回路形成工程と、
前記半導体基板に振動片を配置する振動片配置工程と、
前記振動片を覆う蓋を前記半導体基板に接合する蓋接合工程と、を含み、
前記孔形成工程では、前記孔を前記第2面に貫通させず、
前記集積回路形成工程よりも後に、前記半導体基板を前記第2面側から薄肉化して前記孔を前記第2面に貫通させ、前記貫通電極を前記第2面に貫通させる基板薄肉化工程を含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。 - 前記基板薄肉化工程は、前記蓋接合工程よりも後に行われる請求項1に記載の振動デバイスの製造方法。
- 前記基板薄肉化工程の後に、前記第2面に前記貫通電極と電気的に接続される端子を形成する端子形成工程を含む請求項1または2に記載の振動デバイスの製造方法。
- 前記半導体基板は、シリコン基板であり、
前記絶縁膜形成工程では、前記シリコン基板を熱酸化させることにより前記絶縁膜を形成する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の振動デバイスの製造方法。 - 前記導電性材料は、導電性ポリシリコンである請求項4に記載の振動デバイスの製造方法。
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