JPH08162873A

JPH08162873A - 圧電デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08162873A
Application number: JP6301788A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ikeda; 勝池田; Yoshihiro Tomita; 佳宏冨田; Tetsuyoshi Ogura; 哲義小掠; Kazuo Eda; 和生江田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単で、小型化及び薄型化が容易で、
且つ量産可能な圧電デバイス及び歩留りの向上及び特性
の劣化が起こりにくい圧電デバイスの製造方法を提供す
る。【構成】圧電体１と蓋部材２ａ、２ｂとを直接接合
し、被接合面間に突起物３を設け、突起物３により圧電
体１と蓋部材２ａ、２ｂとの間に空隙部５を形成し、空
隙部５には励振電極４を設け、励振電極４を直接接合界
面を通じて平面的に引き出し、空隙部５が実質上気密封
止されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型、高安定及び製造
容易な圧電デバイス及び歩留まりの向上を図った圧電デ
バイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電デバイスは、その高い安定性によ
り、情報通信に欠かせない重要なデバイスとして用いら
れている。近年通信衛星や携帯電話などの発達にともな
い、各デバイスの小型化、高性能化が一つの大きな目標
とされている。圧電デバイスの小型化、高性能化を目的
として、例えば特開平６−６１６７号公報に示すよう
に、振動用の水晶板と保持用の水晶板とを直接接合し、
かつ保持用の水晶板により気密封止した構造の水晶振動
子が提案されている。その一例を図７に示す。図７にお
いて、（ａ）は水晶振動子の構成を示す断面図、（ｂ）
は水晶振動子の内部構成を示す斜視図、（ｃ）は全体の
外観を示す斜視図である。図７（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）において、１は水晶からなる圧電体、４は励振電
極、６は励振電極引出し部、７は水晶からなるベース基
板、８は水晶からなる蓋部基板、９は外部電極、１０は
低融点ガラスである。中央部に凹部を設けた振動用水晶
板１と水晶振動子ベース部７、及び水晶振動子ベース部
７と中央部に凹部を設けた水晶振動子蓋部８とをそれぞ
れ直接接合した後、水晶振動子内部を気密封止するため
に電極引出し部分９を低融点ガラス１０により封止して
いる。

【０００３】ここで、直接接合について説明する。直接
接合とは、基板同士を接着剤を用いず直接張り合わせる
技術である。まず、鏡面に研磨され充分に清浄に洗浄さ
れた基板材料の表面が親水性を示すように表面処理を施
し、表面同士を室温のもとで接触させる。この工程で
は、基板表面に生成した水酸化基による水素結合が生じ
る。その後、熱処理を加えることにより脱水反応が生
じ、水素結合が酸素原子を介した共有結合に置き変わ
り、化学的、物理的に安定で、且つ強固な接合が、接着
剤を用いることなく達成される。また、直接接合により
接合された基板同士の接合強度は、研磨、平面研削、切
断などの機械的加工を行なっても基板同士が剥がれない
程強固なものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、特開平
６−６１６７号公報による水晶振動子は、ベース部７及
び凹部に加工された蓋部８により形成される水晶容器の
中に、振動用水晶板１が収納される構成である。そのた
め、振動用水晶板１の厚み以上の凹部の高さを必要と
し、また、振動用水晶板１の外側に存在するベース部７
及び蓋部８の接着部分の面積を必要とすること等から、
広い内部空間を余分に必要とし、外形の大きな水晶振動
子しか得られないという問題を有していた。また、製造
面においても、振動用水晶板１の凹部及び蓋部基板８の
凹部加工の際、機械的研磨又は化学的エッチングのいず
れかの方法で凹部加工を行なったとしても、製造工程数
の増加を必要とし、製造コストが高くなるという問題を
有していた。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであり、小型、高安定で、且つ製造容
易な圧電デバイスを提供すること、及びバッチ処理によ
り低コストで、且つ歩留り良く製造可能な圧電デバイス
の製造方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧電デバイスは、圧電体と、前記圧電体の
片面又は両面に直接接合された蓋部材と、前記圧電体と
前記蓋部材の直接接合界面間に部分的に設けられ、前記
圧電体と前記蓋部材との間に内部空間を形成するための
た突起物と、前記突起物により形成された空隙内に形成
された電極とを具備し、前記空隙内が実質上気密封止さ
れている。上記構成において、前記電極を前記空隙内及
び前記圧電体と前記蓋部材の直接接合界面を通じて平面
的に引き出すための引出し電極を具備することが好まし
い。また、上記構成において、圧電体は、ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムの
うちから選択されたいずれかであることが好ましい。ま
た、上記構成において、蓋部材は、ガラス、シリコン、
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう
酸リチウムのうちから選択されたいずれかであることが
好ましい。また、上記構成において、突起物は、珪素、
酸化珪素、窒化珪素、クロム、金、ニッケル、チタン及
びアルミニウムのうちから選択されたいずれかであるこ
とが好ましい。

【０００７】一方、本発明の圧電デバイスの製造方法
は、圧電体又は蓋部材の被接合面上に突起物を形成する
工程と、前記圧電体の被接合面上に電極を形成する工程
と、前記圧電体及び前記蓋部材の被接合面を極めて清浄
にする工程と、前記圧電体及び前記蓋部材の被接合面に
親水化処理を施す工程と、前記圧電体及び前記蓋部材の
被接合面を前記突起物及び前記電極を挟んで接触させ熱
処理し、前記圧電体及び前記蓋部材の被接合面を直接接
合させる工程とを具備する。

【０００８】また、本発明の別の圧電デバイスの製造方
法は、圧電体ウエハーの被接合面又は蓋部材ウエハーの
被接合面に複数組の突起物を形成する工程と、前記圧電
体ウエハーの被接合面に複数の電極を形成する工程と、
前記圧電体ウエハーの被接合面及び前記蓋部材ウエハー
の被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体ウエ
ハーの被接合面及び前記蓋部材ウエハーの被接合面に親
水化処理を施す工程と、前記圧電体ウエハーの被接合面
と前記蓋部材ウェハーの被接合面とを前記突起物及び前
記電極を挟んで接触させ熱処理をする工程と、前記圧電
体ウエハーと前記蓋部材ウエハーの複合体を前記電極が
引き出されている箇所で切断する工程とを具備する。

【０００９】上記各構成において、前記電極を前記圧電
体と前記蓋部材の接合界面を通じて平面的に引き出すた
めの引出し電極を形成する工程を具備することが好まし
い。また、上記各構成において、前記圧電体の被接合面
と前記蓋部材のそれぞれの被接合面とを接触させ、熱処
理をする際、圧力を加えることが好ましい。

【００１０】また、本発明のさらに別の圧電デバイスの
製造方法は、圧電体の第１の被接合面又は第１の蓋部材
の被接合面上に第１の突起物を形成する工程と、前記圧
電体の第１の被接合面上に第１の電極を形成する工程
と、前記圧電体の第１の被接合面及び前記第１の蓋部材
の被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体の第
１の被接合面及び前記蓋部材の被接合面に親水化処理を
施す工程と、前記圧電体の第１の被接合面と前記第１の
蓋部材の被接合面とを前記第１の突起物及び前記第１の
電極を挟んで接触させ熱処理し、前記圧電体の第１の被
接合面と前記第１の蓋部材の被接合面とを直接接合させ
る工程と、前記圧電体の第２の被接合面を研磨し薄板化
する工程と、前記圧電体の第２の被接合面又は第２の蓋
部材の被接合面に第２の突起物を形成する工程と、前記
圧電体の第２の被接合面上に第２の電極を形成する工程
と、前記圧電体の第２の被接合面及び前記第２の蓋部材
の被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体の第
２の被接合面及び前記第２の蓋部材被接合面に親水化処
理を施す工程と、前記圧電体の第２の被接合面と前記第
２の蓋部材の被接合面とを前記第２の突起物及び前記第
２の電極を挟んで接触させ熱処理し、前記圧電体の第２
の被接合面と前記第２の蓋部材の被接合面とを直接接合
させる工程とを具備する。

【００１１】また、本発明のさらに別の圧電デバイスの
製造方法は、圧電体ウエハーの第１の被接合面又は第１
の蓋部材ウエハーの被接合面に複数組の第１の突起物を
形成する工程と、前記圧電体ウエハーの第１の被接合面
に複数の第１の電極を形成する工程と、前記圧電体ウエ
ハーの第１の被接合面及び前記第１の蓋部材ウエハーの
被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体ウエハ
ーの第１の被接合面及び前記第１の蓋部材ウエハーの被
接合面に親水化処理を施す工程と、前記圧電体ウエハー
の第１の被接合面と前記第１の蓋部材ウェハーの被接合
面とを前記第１の突起物及び前記第１の電極を挟んで接
触させ熱処理をする工程と、前記圧電体ウエハーの第２
の被接合面被を薄板化する工程と、再び前記圧電体ウエ
ハーの第２の被接合面又は第２の蓋部材ウエハーの被接
合面に複数組の第２の突起物を形成する工程と、前記圧
電体ウエハーの第２の被接合面に複数の第２の電極を形
成する工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合面及
び前記第２の蓋部材ウエハーの被接合面を極めて清浄に
する工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合面及び
前記第２の蓋部材ウエハーの被接合面に親水化処理を施
す工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合面と前記
第２の蓋部材ウェハーの被接合面とを前記第２の突起物
及び前記第２の電極を挟んで接触させ熱処理をする工程
と、前記圧電体ウエハーと前記第１及び第２の蓋部材ウ
エハーの複合体を前記第１及び第２の電極が引き出され
ている箇所で切断する工程とを具備する。

【００１２】上記各構成において、前記第１及び第２の
電極を前記圧電体と前記第１及び第２の蓋部材の接合界
面を通じて平面的に引き出すための引出し電極を形成す
る工程を具備することが好ましい。また、上記各構成に
おいて、前記圧電体の第１及び第２の被接合面と前記第
１及び第２の蓋部材のそれぞれの被接合面とを接触さ
せ、熱処理をする際、圧力を加えることが好ましい。ま
た、上記構成において、圧電体は、ニオブ酸リチウム、
タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムから選択
されたいずれかであることが好ましい。また、上記構成
において、蓋部材は、ガラス、シリコン、ニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムか
ら選択されたいずれかであることが好ましい。また、上
記構成において、突起物は、珪素、酸化珪素、窒化珪
素、クロム、金、ニッケル、チタン及びアルミニウムの
うちから選択されたいずれかであることが好ましい。

【００１３】

【作用】以上のように構成された本発明の圧電デバイス
及びその製造方法によれば、圧電体それ自体を製造工程
における保持基板とし、圧電体又は蓋部材の被接合面に
形成された突起物を挟んで圧電体と蓋部材とを直接接合
するので、圧電体の被接合面に対して蓋部材が浮き、圧
電体と蓋部材との間に内部空間が形成される。形成され
た内部空間において、圧電体の表面に励振電極や引出し
電極等の電極を形成することにより、水晶振動子や弾性
表面波素子等の圧電デバイスを圧電素子レベルの大きさ
に形成することができる。また、圧電体に対して蓋部材
を浮かせるための突起物は、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等
のフォトリソグラフィー法により形成することができ、
突起物の位置、大きさ、高さ等を精度良く形成すること
ができる。そのため、突起物の高さを調整することによ
り、内部空間を必要最小限にすることができ、従来の水
晶振動子よりも小型で薄型化した圧電デバイスが得られ
る。

【００１４】また、圧電体自体と蓋部材との間に突起物
を挟んで内部空間を形成し、内部空間に電極等を設ける
ため、従来必要であった振動用水晶板の凹部及び蓋部基
板の凹部の加工工程を省くができ、圧電デバイスの製造
工程が簡略化される。さらに、圧電体及び蓋部材として
のウエハー基板同士を直接接合するため、１つの基板上
に複数の圧電デバイス用の突起物や電極等を形成するこ
とができ、複数の圧電デバイスを同時にバッチ処理によ
り製造することが可能になり、製造コストを大幅に低減
することができる。さらに、製造工程における保持基板
となる圧電体を薄板化することにより、より小型で、か
つ薄型化の圧電デバイスを製造することができる。さら
に、圧電体と蓋部材の被接合面同士を直接接合する際、
圧力を加えることにより、圧電体等の凹凸や反り等に起
因する非接合部分は生ぜず、接触面積が広くなり、内部
空間の気密性が向上する。

【００１５】

【実施例】

（第１の実施例）本発明の圧電デバイス及びその製造方
法の第１の実施例を、図１を参照しつつ説明する。図１
において、（ａ）は第１の実施例の圧電デバイスの構造
を示す断面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその全体
の外観を示す斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）において、第１の実施例の圧電デバイスは、圧電
体１と、圧電体１の両面（第１及び第２の被接合面）１
ａ及び１ｂに形成された突起物３と、突起物３を介して
圧電体１に接合された第１及び第２の蓋部材２ａ及び２
ｂと、圧電体１の第１及び第２の被接合面１ａ及び１ｂ
に形成された励振電極４及び励振電極４からの励振電極
引出し部６を具備する。なお、第１の実施例では、圧電
体１として水晶を用いた水晶振動子の例であり、蓋部材
２ａ及び２ｂは水晶であり、突起物３はクロムである。
また、図１（ｃ）中、１１は励振電極引出し部６を密閉
するための珪素である。

【００１６】次に、以上のように構成された第１の実施
例の圧電デバイスの製造方法について説明する。あらか
じめ、圧電体１の両面１ａ及び１ｂに励振電極４及び電
極引出し部６を形成する。さらに、圧電体１の両面１ａ
及び１ｂに幅２００μｍ、高さ１００ｎｍ（１０００オ
ングストローム）、圧電体１の４辺からそれぞれ５００
μｍの間隔で枠状に突起物３を形成する。そして、圧電
体１と２つの蓋部材２ａ及び２ｂとを、突起物３を挟み
込んだ状態で、直接接合技術により接合する。図１
（ａ）中、蓋部材２ａ及び２ｂの接合幅はそれぞれ両端
とも５００μｍであり、励振電極４はその界面を通じて
平面的に引き出され、図１（ｃ）に示すように、端部に
珪素１１をスパッタし、空隙部５を実質上気密封止す
る。なお、第１の実施例では、親水化のための表面処理
液として、過酸化水素水、アンモニア水及び純水の混合
液を用い、熱処理は水晶のαーβ転移点（５７３℃）を
越えない温度で行った。

【００１７】以上のように構成された第１の実施例の圧
電デバイスでは、圧電体（水晶振動子）１を気密封止す
るために水晶からなる蓋部材２ａ及び２ｂを用いてお
り、それ以外に特別な材料を必要としない。つまり、水
晶の圧電体１の周辺部に水晶の蓋部材２ａ及び２ｂが気
密性よく接合されることにより、気密封止が達成され
る。また、突起物３を介して圧電体１と蓋部材２ａ及び
２ｂとを接合する構造となっているので、直接接合界面
には、水晶振動子としての振動スペースが設けられる。
なお、第１の実施例の水晶振動子としての圧電デバイス
は、具体的には、長さ２.５ｍｍ、幅２ｍｍ、高さ０.
６ｍｍとなり、水晶振動子としての圧電体１の大きさを
ほぼ同じにした場合、従来の水晶振動子の寸法のそれぞ
れ１／２、体積にして１／８に小型、薄型化することが
できた。また、突起物３の形成方法としては、スパッ
タ、蒸着、ＣＶＤのいずれを用いても良い。

【００１８】（第２の実施例）次に、本発明の圧電デバ
イス及びその製造方法の第２の実施例を説明する。第２
の実施例の圧電デバイスは、図１に示した第１の実施例
の圧電デバイスとほぼ同じ構成であり、圧電体１として
タンタル酸リチウムを、蓋部材２ａ及び２ｂとしてガラ
スを、突起物３として窒化珪素を用いた点が異なる。従
って、構成の概略も第１の実施例とほぼ同じであり、共
通する部分の説明は省略する。

【００１９】第２の実施例では、直接接合に際し、親水
化のための表面処理液として、過酸化水素水、アンモニ
ア水及び純水の混合液を用い、熱処理は、タンタル酸リ
チウムのキュリー温度（６０５℃）を越えない温度及び
ガラスの軟化点以下で行った。なお、第２の実施例は第
１の実施例とほぼ同じ構成であるため、第１の実施例と
同様の効果が得られることはいうまでもない。

【００２０】（第３の実施例）次に、本発明の圧電デバ
イス及びその製造方法の第３の実施例を、図２を参照し
つつ説明する。図２は弾性表面波デバイスとしての第３
の実施例の圧電デバイスの構造を示す断面図である。図
２において、第３の実施例の圧電デバイスは、圧電体１
と、突起物３を介して圧電体１に接合された蓋部材２
と、圧電体１の片面に形成された電極パッド４を具備す
る。なお、第３の実施例では、圧電体１はニオブ酸リチ
ウムであり、蓋部材２はニオブ酸リチウムであり、突起
物３は金である。

【００２１】次に、以上のように構成された第３の実施
例の圧電デバイスの製造方法について説明する。あらか
じめ、圧電体１の被接合面に電極パッド４を形成する。
さらに、圧電体１の被接合面に幅２００μｍ、高さ１０
０ｎｍ（１０００オングストローム）、圧電体１の４辺
からそれぞれ５００μｍの間隔で枠状に突起物３を形成
する。そして、圧電体１及び蓋部材２を、突起物３を挟
み込んだ状態で、直接接合技術により接合する。蓋部材
２の接合幅は両端とも５００μｍであり、電極パッド４
はその界面を通じて平面的に引き出され、第１の実施例
と同様に、端部に珪素（図示せず）をスパッタし、空隙
部５を実質上気密封止する。なお、第３の実施例では、
直接接合に際し、親水化のための表面処理液として、過
酸化水素水、アンモニア水及び純水の混合液を用い、熱
処理はニオブ酸リチウムのキュリー温度（１２１０℃）
を越えない温度で行った。

【００２２】以上のように構成された第３の実施例の圧
電デバイスでは、ニオブ酸リチウムの圧電体１を気密封
止するためにニオブ酸リチウムからなる蓋部材２を用い
ており、それ以外に特別な材料を必要としない。つま
り、弾性表面波素子用のニオブ酸リチウム板１の周辺部
に、蓋用のニオブ酸リチウム２が気密性よく接合される
ことにより、気密封止が達成される。また、圧電体１と
蓋部材２とを突起物３を挟んで直接接合し、内部空間５
を設けたので、圧電デバイスの大きさを弾性表面波素子
サイズまで小型化することが可能となる。また第３の実
施例の圧電デバイス（弾性表面波デバイス）は構造が簡
単であるため、一括的にバッチ処理による量産が可能で
あり、歩留りが向上し、低コストで生産することができ
る。なお、突起物３の形成方法は、スパッタ、蒸着、Ｃ
ＶＤのいずれを用いてもよい。

【００２３】（第４の実施例）次に、本発明の圧電デバ
イス及びその製造方法の第４の実施例を説明する。第４
の実施例の圧電デバイスは、図２に示した第３の実施例
の圧電デバイスとほぼ同じ構成であり、圧電体１として
ほう酸リチウムを、蓋部材２としてシリコンを、突起物
３としてアルミニウムを用いた点が異なる。従って、構
成の概略も第３の実施例とほぼ同じであり、共通する部
分の説明は省略する。

【００２４】第４の実施例では、直接接合に際し、親水
化のための表面処理液として、過酸化水素水、アンモニ
ア水及び純水の混合液を用い、熱処理は１００℃から５
００℃の温度で行った。なお、第４の実施例は第３の実
施例とほぼ同じ構成であるため、第３の実施例と同様の
効果が得られることはいうまでもない。

【００２５】なお上記第１から第４の実施例では、圧電
体１としてそれぞれ順に水晶、タンタル酸リチウム、ニ
オブ酸リチウム及びほう酸リチウムを用い、蓋部材２、
２ａ、２ｂとして順に水晶、ガラス、ニオブ酸リチウム
及びシリコンを用い、また、突起物３として順にクロ
ム、窒化珪素、金及びアルミニウムを用いた。しかし、
上記各実施例の構成において、圧電体１としてニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウ
ムのうちから選択されたいずれかを用い、蓋部材２、２
ａ、２ｂとして、ガラス、シリコン、ニオブ酸リチウ
ム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムのう
ちから選択されたいずれかを用い、また、突起物３とし
て珪素、酸化珪素、窒化珪素、クロム、金、ニッケル、
チタン及びアルミニウムのうちから選択されたいずれか
を用いることにより、同様の効果が得られる。

【００２６】（第５の実施例）次に、本発明の圧電素子
及びその製造方法の第５の実施例を図３を参照しつつ説
明する。図３において、（ａ）は直接接合前の圧電体１
及び蓋部材２の分解側面図、（ｂ）は直接接合後の圧電
体１と蓋部材２の複合板の側部断面図、（ｃ）は第５の
実施例により作製された圧電デバイスの側部断面図であ
る。圧電体１はタンタル酸リチウムであり、蓋部材２は
タンタル酸リチウムであり、突起物３はアルミニウムで
形成されている。なお、４は電極パッド、５は空隙部で
ある。

【００２７】まず、図３（ａ）に示すように、２インチ
角のタンタル酸リチウムの圧電体１の被接合面に、電極
パッド４としてアルミニウムを３００ｎｍの厚さに形成
する。また、圧電体１の被接合面に突起物３としてアル
ミニウムを８００ｎｍの高さに形成する。次に、図３
（ｂ）に示すように、タンタル酸リチウムの圧電体１と
タンタル酸リチウムの蓋部材２の被接合面をそれぞれ極
めて清浄にし、直接接合技術を用いて接合する。なお、
直接接合は、タンタル酸リチウムの圧電体１とタンタル
酸リチウムの蓋部材２とを接着剤を用いないで直接接合
したものである。具体的には、圧電体１及び蓋部材２と
してのタンタル酸リチウム板の各被接合面（接触面）を
充分清浄に洗浄し、過酸化水素水とアンモニア水と純水
の混合液で親水化処理を施し、水分子の分子間力によっ
て接触させる。その後、１００℃から５００℃まで加熱
処理を行い、接合面から水分子を抜き、共有結合により
接合する。その後、図３（ｃ）に示すように、圧電体１
及び蓋部材２の複合体を切断し、個々の弾性表面波デバ
イスを得る。

【００２８】以上のように、第５の実施例の製造方法に
よれば、バッチ処理により複数の弾性表面波デバイスを
同時に作製すことができ、小型薄形化、高信頼性の弾性
表面波デバイスを低コストで生産することができる。な
お、突起物３の形成方法として、蒸着、スパッタ、ＣＶ
Ｄのいずれを用いても良い。

【００２９】（第６の実施例）次に、本発明の圧電素子
及びその製造方法の第６の実施例を図４を参照しつつ説
明する。図４において、（ａ）は直接接合前の圧電体１
及び第１の蓋部材２ａの分解側面図、（ｂ）は圧電体１
と第１の蓋部材２ａとを直接接合した後、圧電体１を薄
板化する前の状態を示す側部断面図、（ｃ）は圧電体１
を薄板化した後の圧電体１と第１の蓋部材２ａの複合体
の側部断面及び第２の蓋部材２ｂの分解側面図、（ｄ）
は圧電体１と第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂの複合
体の側部断面図、（ｅ）は第６の実施例により作製され
た圧電デバイスの側部断面図である。圧電体１は水晶で
あり、第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂはガラスであ
り、突起物３は酸化珪素で形成されている。なお、４は
励振電極、５は空隙部である。

【００３０】まず、図４（ａ）に示すように、２インチ
角の水晶板の圧電体１の第１の被接合面１ａに酸化珪素
からなる（第１の）突起物３を１００ｎｍの高さに形成
する。また、（第１の）励振電極４として金を８０ｎｍ
の厚さに形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、圧
電体１の第１の被接合面１ａと２インチ角のガラス製の
第１の蓋部材２ａの被接合面を極めて清浄にし、圧電体
１の第１の被接合面１ａ及びガラス製の第１の蓋部材２
ａの被接合面にそれぞれ親水化処理を施す。親水化処理
を施すことにより、圧電体１と第１の蓋部材２ａとが気
密性よく接合され、空隙部５の気密封止が達成される。
次に、１００℃から５００℃まで加熱処理を行い、圧電
体１と第１の蓋部材２ａとを直接接合させる。この時、
水晶の圧電体１の第２の被接合面１ｂを研磨する際に、
ガラス製の第１の蓋部材２ａから剥がれないくらい充分
な強度が得られる。その後、図４（ｃ）に示すように、
圧電体１の厚さが１０μｍになるまで第２の被接合面１
ｂ側から研磨し、薄板化する。その後、圧電体１の第２
の被接合面１ｂに（第２の）電極４として金を８０ｎｍ
の厚さに形成し、また、（第２の）突起物３として酸化
珪素を１００ｎｍの高さに形成する。その後、図４
（ｄ）に示すように、圧電体１の第２の被接合面１ｂと
第２の蓋部材２ｂの被接合面を極めて清浄にし、親水化
処理を施し、直接接合技術により接合する。最後に、図
４（ｅ）に示すように、圧電体１と第１及び第２の蓋部
材２ａ及び２ｂの複合体を切断し、水晶振動子を得る。

【００３１】以上のように、第６の実施例の製造方法に
よれば、バッチ処理により複数の圧電体素子サイズの圧
電バルク波デバイスを同時に作製すことができ、小型薄
形化、高信頼性の圧電バルク波デバイスを低コストで生
産することができる。なお、突起物３の形成方法とし
て、蒸着、スパッタ、ＣＶＤのいずれを用いても良い。

【００３２】（第７の実施例）次に、本発明の圧電素子
及びその製造方法の第７の実施例を図５を参照しつつ説
明する。図５において、（ａ）は直接接合前の圧電体１
及び第１の蓋部材２ａの分解側面図、（ｂ）は圧電体１
と第１の蓋部材２ａとを直接接合した後、圧電体１を薄
板化する前の状態を示す側部断面図、（ｃ）は圧電体１
を薄板化した後の圧電体１と第１の蓋部材２ａの複合体
の側部断面及び第２の蓋部材２ｂの分解側面図、（ｄ）
は圧電体１と第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂの複合
体の側部断面図、（ｅ）は第６の実施例により作製され
た圧電デバイスの側部断面図である。圧電体１はニオブ
酸リチウムであり、第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂ
はシリコンであり、突起物３はクロムで形成されてい
る。なお、４は励振電極、５は空隙部である。

【００３３】まず、図５（ａ）に示すように、２インチ
角のニオブ酸リチウムの圧電体１の第１の被接合面１ａ
に（第１の）励振電極４として金を８０ｎｍの厚さに形
成する。一方、あらかじめ、２インチ角のシリコンの第
１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂの被接合面にクロムか
らなる（第１及び第２の）突起物３を１００ｎｍの高さ
に形成しておく。次に、図５（ｂ）に示すように、ニオ
ブ酸リチウムの圧電体１の第１の被接合面１ａとシリコ
ンの第１の蓋部材２ａの被接合面を極めて清浄にし、直
接接合技術により接合する。直接接合に際し、１００℃
から５００℃まで熱処理をすると、研磨する際に充分な
強度が得られる。その後、図５（ｃ）に示すように、圧
電体１の厚さが１０μｍになるまで第２の被接合面１ｂ
側から研磨し、薄板化する。その後、圧電体１の第２の
被接合面１ｂと第２の蓋部材２の被接合面をそれぞれ親
水化処理し、圧電体１の第２の被接合面１ｂに（第２
の）励振電極４を形成する。次に、図５（ｄ）に示すよ
うに、圧電体１の第２の被接合面１ｂと第２の蓋部材２
ｂの被接合面とを直接接合により接合する。最後に、図
５（ｅ）に示すように、圧電体１と第１及び第２の蓋部
材２ａ及び２ｂの複合体を切断し、圧電デバイスを得
る。

【００３４】以上のように、第６の実施例の圧電デバイ
スの製造方法により、圧電素子サイズのデバイスを容易
にバッチ処理で作製することができ、小型薄形化の圧電
バルク波デバイスを低コストで生産することができる。
なお、突起物３の形成方法として、蒸着、スパッタ、Ｃ
ＶＤのいずれを用いても良い。

【００３５】（第８の実施例）次に、本発明の圧電素子
及びその製造方法の第８の実施例を図６を参照しつつ説
明する。図６において、（ａ）は直接接合前の圧電体１
及び第１の蓋部材２ａの分解側面図、（ｂ）は圧電体１
と第１の蓋部材２ａとを直接接合した後、圧電体１を薄
板化する前の状態を示す側部断面図、（ｃ）は圧電体１
を薄板化した後の圧電体１と第１の蓋部材２ａの複合体
の側部断面及び第２の蓋部材２ｂの分解側面図、（ｄ）
は圧電体１と第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂの複合
体の側部断面図、（ｅ）は第６の実施例により作製され
た圧電デバイスの側部断面図である。圧電体１は水晶で
あり、第１及び第２の蓋部材２ａ及び２ｂはシリコンで
あり、突起物３はチタンで形成されている。なお、４は
励振電極、５は空隙部である。

【００３６】まず、図６（ａ）に示すように、２インチ
角の水晶板の圧電体１の第１の被接合面１ａにチタンか
らなる（第１の）突起物３を１００ｎｍの高さに形成
し、また、（第１の）励振電極４として金を８０ｎｍの
厚さに形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、水晶
板の圧電体１の第１の被接合面１ａと２インチ角のシリ
コン板の第１の蓋部材２ａの被接合面をきわめて清浄に
し、直接接合技術により接合する。その際、圧電体１の
第１の被接合面１ａと第１の蓋部材２ａの被接合面を親
水化処理を施し、１０ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加える。一
般に、２枚の表面粗さの異なる部材（この実施例の場
合、圧電体１と蓋部材２ａ）を圧力を加えないで接合す
る場合、部材の凹凸、反り、うねり等により接合されな
い部分が生ずる可能性があるが、圧力を加えた状態での
直接接合により、非接合部分は生ぜず、接触面積が広く
なり、接合強度が上がる。従って、再度親水化処理を施
し圧力を加えることにより圧電体１と第１の蓋部材２ａ
の接触面積が広くなり、両者がより気密性よく接合さ
れ、空隙部５の気密の長期安定性が得られる。次に、図
６（ｃ）に示すように、圧電体１を１０μｍの厚さにな
るまで第２の被接合面１ｂ側から研磨し、薄板化する。
その後、圧電体１の第２の被接合面１ｂに（第２の）励
振電極４として金を８０ｎｍの厚さに形成し、また、
（第２の）突起物３としてチタンを１００ｎｍの高さに
形成する。その後、図６（ｄ）に示すように、圧電体１
の第２の被接合面１ｂと第２の蓋部材２ｂの被接合面を
極めて清浄にし、上記直接接合技術により接合する。最
後に、図６（ｅ）に示すように、圧電体１と第１及び第
２の蓋部材２ａ及び２ｂの複合体を切断し、水晶振動子
を得る。

【００３７】以上のように、第８の実施例の製造方法に
よれば、バッチ処理により複数の圧電体素子サイズの圧
電バルク波デバイスを同時に作製すことができ、小型薄
形化、高信頼性の圧電バルク波デバイスを低コストで生
産することができる。また、圧電体１と第１及び第２蓋
部材２ａ及び２ｂの直接接合に際して圧力を加えること
により、接合強度が増加し、気密性の長期信頼性も得ら
れる。なお、突起物３の形成方法として、蒸着、スパッ
タ、ＣＶＤのいずれを用いても良い。

【００３８】なお、上記第５から第８までの各実施例に
おいて、圧電体１として、それぞれ順にタンタル酸リチ
ウム、水晶、ニオブ酸リチウム、水晶を用い、蓋部材２
ａ、２ｂとして順にタンタル酸リチウム、ガラス、シリ
コン、シリコンを用い、また、突起物３として順にアル
ミ、酸化珪素、クロム、チタンを用いたが、各実施例の
構成において圧電体１としてニオブ酸リチム、タンタル
酸リチウム、水晶、ほう酸リチウムのうちから選択され
たいずれかを用い、蓋部材２ａ、２ｂとしてガラス、シ
リコン、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水
晶、ほう酸リチウムのうちから選択されたいずれかを用
い、また、突起物３として珪素、酸化珪素、窒化珪素、
クロム、金、ニッケル、チタン、アルミニウムのうちか
ら選択されたいずれかを用いることにより、同様の効果
が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電デバイス及
びその製造方法によれば、圧電体それ自体を製造工程に
おける保持基板とし、圧電体又は蓋部材の被接合面に形
成された突起物を挟んで圧電体と蓋部材とを直接接合す
るので、圧電体の被接合面に対して蓋部材が浮き、圧電
体と蓋部材との間に内部空間が形成される。形成された
内部空間において、圧電体の表面に励振電極や引出し電
極等の電極を形成することにより、水晶振動子や弾性表
面波素子等の圧電デバイスを圧電素子レベルの大きさに
形成することができる。また、圧電体に対して蓋部材を
浮かせるための突起物は、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ等の
フォトリソグラフィー法により形成することができ、突
起物の位置、大きさ、高さ等を精度良く形成することが
できる。そのため、突起物の高さを調整することによ
り、内部空間を必要最小限にすることができ、従来の水
晶振動子よりも小型で薄型化した圧電デバイスが得られ
る。

【００４０】また、圧電体自体と蓋部材との間に突起物
を挟んで内部空間を形成し、内部空間に電極等を設ける
ため、従来必要であった振動用水晶板の凹部及び蓋部基
板の凹部の加工工程を省くができ、圧電デバイスの製造
工程が簡略化される。さらに、圧電体及び蓋部材として
のウエハー基板同士を直接接合するため、１つの基板上
に複数の圧電デバイス用の突起物や電極等を形成するこ
とができ、複数の圧電デバイスを同時にバッチ処理によ
り製造することが可能になり、製造コストを大幅に低減
することができる。さらに、製造工程における保持基板
となる圧電体を薄板化することにより、より小型で、か
つ薄型化の圧電デバイスを製造することができる。さら
に、圧電体と蓋部材の被接合面同士を直接接合する際、
圧力を加えることにより、圧電体等の凹凸や反り等に起
因する非接合部分は生ぜず、接触面積が広くなり、内部
空間の気密性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１及び第２の実施例におけ
る圧電デバイスの構成を示す側面図、（ｂ）はその上面
図、（ｃ）はその外観を示す斜視図

【図２】本発明の第３及び第４の実施例における圧電デ
バイスの構成を示す側面図

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第５の実
施例における圧電デバイスの製造方法の各工程を示す側
部断面図

【図４】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明第６の実施
例における圧電デバイスの製造方法における各工程を示
す側部断面図

【図５】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明第７の実施
例における圧電デバイスの製造方法における各工程を示
す側部断面図

【図６】（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明第８の実施
例における圧電デバイスの製造方法における各工程を示
す側部断面図

【図７】（ａ）は従来の水晶振動子の構成を示す側面
図、（ｂ）はその内部を示す斜視図、（ｃ）はその外観
構成を示す斜視図

【符号の説明】

１：圧電体１ａ：第１の被接合面１ｂ：第２の被接合面２：蓋部材２ａ：第１の蓋部材２ｂ：第２の蓋部材３：突起物４：励振電極５：空隙部６：励振電極引出し部７：水晶振動子ベース部８：水晶振動子蓋部９：外部電極１０：低融点ガラス１１：珪素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江田和生大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体と、前記圧電体の片面又は両面に
直接接合された蓋部材と、前記圧電体と前記蓋部材の直
接接合界面間に部分的に設けられ、前記圧電体と前記蓋
部材との間に内部空間を形成するためのた突起物と、前
記突起物により形成された空隙内に形成された電極とを
具備し、前記空隙内が実質上気密封止されている圧電デ
バイス。
【請求項２】前記電極を前記空隙内及び前記圧電体と
前記蓋部材の直接接合界面を通じて平面的に引き出すた
めの引出し電極を具備する請求項１記載の圧電デバイ
ス。
【請求項３】圧電体は、ニオブ酸リチウム、タンタル
酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムのうちから選択さ
れたいずれかである請求項１又は２記載の圧電デバイ
ス。
【請求項４】蓋部材は、ガラス、シリコン、ニオブ酸
リチウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウ
ムのうちから選択されたいずれかである請求項１から３
のいずれかに記載の圧電デバイス。
【請求項５】突起物は、珪素、酸化珪素、窒化珪素、
クロム、金、ニッケル、チタン及びアルミニウムのうち
から選択されたいずれかである請求項１から４のいずれ
かに記載の圧電デバイス。
【請求項６】圧電体又は蓋部材の被接合面上に突起物
を形成する工程と、前記圧電体の被接合面上に電極を形
成する工程と、前記圧電体及び前記蓋部材の被接合面を
極めて清浄にする工程と、前記圧電体及び前記蓋部材の
被接合面に親水化処理を施す工程と、前記圧電体及び前
記蓋部材の被接合面を前記突起物及び前記電極を挟んで
接触させ熱処理し、前記圧電体及び前記蓋部材の被接合
面を直接接合させる工程とを具備する圧電デバイスの製
造方法。
【請求項７】圧電体ウエハーの被接合面又は蓋部材ウ
エハーの被接合面に複数組の突起物を形成する工程と、
前記圧電体ウエハーの被接合面に複数の電極を形成する
工程と、前記圧電体ウエハーの被接合面及び前記蓋部材
ウエハーの被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧
電体ウエハーの被接合面及び前記蓋部材ウエハーの被接
合面に親水化処理を施す工程と、前記圧電体ウエハーの
被接合面と前記蓋部材ウェハーの被接合面とを前記突起
物及び前記電極を挟んで接触させ熱処理をする工程と、
前記圧電体ウエハーと前記蓋部材ウエハーの複合体を前
記電極が引き出されている箇所で切断する工程とを具備
する圧電デバイスの製造方法。
【請求項８】前記電極を前記圧電体と前記蓋部材の接
合界面を通じて平面的に引き出すための引出し電極を形
成する工程を具備する請求項６又は７記載の圧電デバイ
スの製造方法。
【請求項９】前記圧電体の被接合面と前記蓋部材のそ
れぞれの被接合面とを接触させ、熱処理をする際、圧力
を加えることを特徴とする請求項６から８のいずれかに
記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１０】圧電体の第１の被接合面又は第１の蓋
部材の被接合面上に第１の突起物を形成する工程と、前
記圧電体の第１の被接合面上に第１の電極を形成する工
程と、前記圧電体の第１の被接合面及び前記第１の蓋部
材の被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体の
第１の被接合面及び前記蓋部材の被接合面に親水化処理
を施す工程と、前記圧電体の第１の被接合面と前記第１
の蓋部材の被接合面とを前記第１の突起物及び前記第１
の電極を挟んで接触させ熱処理し、前記圧電体の第１の
被接合面と前記第１の蓋部材の被接合面とを直接接合さ
せる工程と、前記圧電体の第２の被接合面を薄板化する
工程と、前記圧電体の第２の被接合面又は第２の蓋部材
の被接合面に第２の突起物を形成する工程と、前記圧電
体の第２の被接合面上に第２の電極を形成する工程と、
前記圧電体の第２の被接合面及び前記第２の蓋部材の被
接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体の第２の
被接合面及び前記第２の蓋部材被接合面に親水化処理を
施す工程と、前記圧電体の第２の被接合面と前記第２の
蓋部材の被接合面とを前記第２の突起物及び前記第２の
電極を挟んで接触させ熱処理し、前記圧電体の第２の被
接合面と前記第２の蓋部材の被接合面とを直接接合させ
る工程とを具備する圧電デバイスの製造方法。
【請求項１１】圧電体ウエハーの第１の被接合面又は
第１の蓋部材ウエハーの被接合面に複数組の第１の突起
物を形成する工程と、前記圧電体ウエハーの第１の被接
合面に複数の第１の電極を形成する工程と、前記圧電体
ウエハーの第１の被接合面及び前記第１の蓋部材ウエハ
ーの被接合面を極めて清浄にする工程と、前記圧電体ウ
エハーの第１の被接合面及び前記第１の蓋部材ウエハー
の被接合面に親水化処理を施す工程と、前記圧電体ウエ
ハーの第１の被接合面と前記第１の蓋部材ウェハーの被
接合面とを前記第１の突起物及び前記第１の電極を挟ん
で接触させ熱処理をする工程と、前記圧電体ウエハーの
第２の被接合面被を薄板化する工程と、再び前記圧電体
ウエハーの第２の被接合面又は第２の蓋部材ウエハーの
被接合面に複数組の第２の突起物を形成する工程と、前
記圧電体ウエハーの第２の被接合面に複数の第２の電極
を形成する工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合
面及び前記第２の蓋部材ウエハーの被接合面を極めて清
浄にする工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合面
及び前記第２の蓋部材ウエハーの被接合面に親水化処理
を施す工程と、前記圧電体ウエハーの第２の被接合面と
前記第２の蓋部材ウェハーの被接合面とを前記第２の突
起物及び前記第２の電極を挟んで接触させ熱処理をする
工程と、前記圧電体ウエハーと前記第１及び第２の蓋部
材ウエハーの複合体を前記第１及び第２の電極が引き出
されている箇所で切断する工程とを具備する圧電デバイ
スの製造方法。
【請求項１２】前記第１及び第２の電極を前記圧電体
と前記第１及び第２の蓋部材の接合界面を通じて平面的
に引き出すための引出し電極を形成する工程を具備する
請求項１０又は１１記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１３】前記圧電体の第１及び第２の被接合面
と前記第１及び第２の蓋部材のそれぞれの被接合面とを
接触させ、熱処理をする際、圧力を加えることを特徴と
する請求項１０から１２のいずれかに記載の圧電デバイ
スの製造方法。
【請求項１４】圧電体は、ニオブ酸リチウム、タンタ
ル酸リチウム、水晶及びほう酸リチウムから選択された
いずれかである請求項６から１３のいずれかに記載の圧
電デバイスの製造方法。
【請求項１５】蓋部材は、ガラス、シリコン、ニオブ
酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶及びほう酸リチ
ウムから選択されたいずれかである請求項６から１４の
いずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項１６】突起物は、珪素、酸化珪素、窒化珪
素、クロム、金、ニッケル、チタン及びアルミニウムの
うちから選択されたいずれかである請求項６から１５の
いずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。