WO2025249019A1 - 半導体装置、半導体装置の温度補償方法および半導体装置の検査方法 - Google Patents

半導体装置、半導体装置の温度補償方法および半導体装置の検査方法

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    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions

Definitions

  • This disclosure relates to a semiconductor device, a temperature compensation method for a semiconductor device, and a method for inspecting a semiconductor device.
  • the resonant frequency specific to the electromechanical resonant element is determined by its mechanical structure and vibration transmission structure.
  • the semiconductor device may not be able to achieve the desired resonant frequency characteristics due to the influence of external temperature and heat generated during operation of the semiconductor device (hereinafter referred to as "self-heating").
  • An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device that has an electromechanical resonant element and that can suppress fluctuations in the resonant frequency characteristics due to the influence of external temperature and self-heating.
  • one aspect of the present disclosure is a semiconductor device including a substrate, a vibration generating layer disposed on the substrate and including a resonant element having a specific resonant frequency, a temperature sensor layer disposed on the substrate, and a heater layer disposed on the substrate.
  • the temperature sensor layer includes a temperature sensor that detects the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer.
  • the heater layer includes a heater that maintains the ambient temperature within a certain temperature range.
  • Another aspect of the present disclosure is a temperature compensation method for a semiconductor device, which includes detecting the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer, using a temperature sensor formed in a temperature sensor layer disposed on a substrate, and maintaining the ambient temperature within a certain temperature range using a heater formed in a heater layer disposed on the substrate.
  • a further aspect of the present disclosure is a semiconductor device inspection method that inspects characteristics including resonant frequency within a certain temperature range, including a temperature compensation method for a semiconductor device that detects the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer, using a temperature sensor formed in a temperature sensor layer disposed on a substrate, and maintains the ambient temperature within a certain temperature range using a heater formed in a heater layer disposed on the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the configuration of the vibration generating layer of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the operation flow of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 4A.
  • 5A to 5C are cross-sectional views illustrating steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 1).
  • 6A to 6C are cross-sectional views illustrating steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 2).
  • FIG. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating the steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 3).
  • 8A to 8C are cross-sectional views illustrating the steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 4).
  • 9A to 9D are cross-sectional views illustrating steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 5).
  • 10A to 10C are cross-sectional views illustrating the steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 6).
  • 11A to 11C are cross-sectional views illustrating steps in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment (part 7).
  • FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of the arrangement of the temperature sensors and heaters of the semiconductor device according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the first electrode and the second electrode of the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment.
  • 16A to 16C are cross-sectional views (part 1) illustrating steps in a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 17A to 17C are cross-sectional views (part 2) illustrating the steps of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 18A to 18C are cross-sectional views for explaining the steps of a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 15 (part 3).
  • FIG. 19A to 19C are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 15 (part 4).
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a semiconductor device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a semiconductor device according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a semiconductor device according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing the configuration of a semiconductor device according to a fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a semiconductor device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a vibration generating layer of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing another configuration of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.
  • the semiconductor device 1 includes a substrate 10, a vibration generating layer 20 disposed on the substrate 10, a temperature sensor layer 30 disposed on the substrate 10, and a heater layer 40 disposed on the substrate 10.
  • the heater layer 40, the temperature sensor layer 30, and the vibration generating layer 20 are stacked on the substrate 10.
  • the main surface of the substrate 10 on which the vibration generating layer 20 is arranged is the XY plane defined by the X and Y directions.
  • the normal direction of the main surface of the substrate 10, which is perpendicular to the XY plane, is the Z direction.
  • the vibration generating layer 20 includes an electromechanical resonant element (hereinafter also referred to as a "resonant element”) with a specific resonant frequency.
  • the temperature sensor layer 30 includes a temperature sensor 31 that detects the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • the heater layer 40 includes a heater 41 that maintains the ambient temperature within a certain temperature range.
  • the configuration including the temperature sensor 31 and heater 41 will also be referred to as a "constant temperature system 50.”
  • the vibration generating layer 20 shown in FIG. 1 is an elastic wave resonator, and has an elastic wave generating layer 21 including an elastic wave vibration layer 210 that vibrates due to elastic waves, as shown in FIG. 2, for example.
  • the elastic wave generating layer 21 shown in FIG. 2 includes the elastic wave vibration layer 210, and a first electrode layer 211 and a second electrode layer 212 arranged on either side of the elastic wave vibration layer 210.
  • the elastic wave vibration layer 210 is, for example, a piezoelectric thin film.
  • the first electrode layer 211 and the second electrode layer 212 will be referred to as "electrode layers" unless otherwise specified.
  • the vibration generating layer 20 shown in Figure 2 is a BAW (Bulk Acoustic Wave) type acoustic wave resonator (hereinafter also referred to as a "BAW type resonator”) that uses acoustic waves propagating inside the acoustic wave vibration layer 210.
  • BAW Bulk Acoustic Wave
  • acoustic waves are excited in the acoustic wave vibration layer 210 by applying an electrical signal through the electrode layer.
  • the excited acoustic waves travel back and forth between the electrode layer and the acoustic wave vibration layer 210.
  • a BAW type resonator acoustic waves propagate in the thickness direction of the acoustic wave vibration layer 210.
  • the thickness direction is the direction toward the space between the first electrode layer 211 and the second electrode layer 212.
  • the semiconductor device 1 can be used to configure an RF filter that allows only input signals of a specific frequency to pass. For example, of an input signal that includes signals of various frequencies input to the second electrode layer 212, only signals at the natural resonant frequency are output from the electrode layer.
  • the vibration generating layer 20 shown in FIG. 2 further includes a vibration reflecting layer 22.
  • the vibration reflecting layer 22 reflects elastic waves propagating through the elastic wave vibration layer 210 at the interface between the vibration reflecting layer 22 and the elastic wave generating layer 21. This suppresses the propagation of elastic waves from the elastic wave generating layer 21 to the substrate 10, improving the electromechanical coupling coefficient, which corresponds to the conversion efficiency between electrical energy and mechanical energy.
  • the vibration reflecting layer 22 may be, for example, an acoustic multilayer film having a structure in which high-impedance films 221, which have a relatively high acoustic impedance and through which elastic waves pass, and low-impedance films 222, which have a relatively low acoustic impedance, are alternately stacked.
  • the semiconductor device 1 may be an SMR (Solid Mounted Resonator) type BAW filter including the vibration reflecting layer 22.
  • the temperature sensor 31 may be a conductor wiring formed in the temperature sensor layer 30. Using conductor wiring for the temperature sensor 31 makes it easier to form the temperature sensor 31. For example, a thin film of platinum (Pt) may be used for the temperature sensor 31. The conductor wiring may have two terminals or four terminals. Alternatively, a semiconductor element may be used for the temperature sensor 31. For example, a diode element that utilizes the temperature coefficient of the forward voltage may be used for the temperature sensor 31.
  • the heater 41 may be a conductive wiring formed on the heater layer 40. By using conductive wiring for the heater 41, it is easier to form the heater 41. For example, a thin film of platinum or tantalum (Ta) may be used for the heater 41.
  • the semiconductor device 1 further includes a temperature controller 60 that controls the heat generation of the heater 41 in response to the ambient temperature detected by the temperature sensor 31.
  • the temperature controller 60 adjusts the amount of heat generated by the heater 41, for example, by controlling the power supplied to the heater 41.
  • Figure 3 shows the operation flow of semiconductor device 1.
  • step S1 of Figure 3 the semiconductor device 1 is started.
  • step S2 the temperature sensor 31 measures the ambient temperature of the temperature sensor 31, which reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • the measured ambient temperature data is sent from the temperature sensor 31 to the temperature controller 60.
  • step S3 the temperature controller 60 controls the heater 41 in accordance with the ambient temperature measured by the temperature sensor 31. For example, if the ambient temperature is lower than a predetermined temperature range, the temperature controller 60 causes the heater 41 to generate heat and raise the ambient temperature up to the predetermined temperature range.
  • step S4 operation of the semiconductor device 1 is to continue, the process returns to step S2, and measurement of the ambient temperature by the temperature sensor 31 and control of the ambient temperature by the heater 41 are repeated. This maintains the ambient temperature within a constant temperature range while the semiconductor device 1 is operating.
  • step S4 processing proceeds to step S5, where the semiconductor device 1 is stopped.
  • the temperature sensor 31 formed on the temperature sensor layer 30 arranged on the substrate 10 detects the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • the heater 41 formed on the heater layer 40 arranged on the substrate 10 then maintains the ambient temperature within a constant temperature range.
  • the constant temperature system 50 including the temperature sensor 31 and heater 41 maintains the vibration generating layer 20 within a constant temperature range.
  • the temperature controller 60 controls the power supplied to the heater 41 in accordance with the ambient temperature detected by the temperature sensor 31, and adjusts the amount of heat generated by the heater 41.
  • the temperature controller 60 may adjust the amount of heat generated by the heater 41, for example, by switching the operation of the heater 41 on and off. Alternatively, the amount of heat generated by the heater 41 may be adjusted by setting the duty ratio of the on/off operation of the heater 41.
  • the natural resonant frequency of electromechanical resonant elements such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) acoustic wave filters and resonators is determined by their mechanical structure and vibration transmission method.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the size, Young's modulus, rigidity modulus, Poisson's ratio, mechanical constants such as internal friction, and the speed of sound transmitted by vibrations fluctuate due to thermal expansion, causing fluctuations in the intended frequency characteristics of the resonant element.
  • semiconductor device 1 operation at the natural resonant frequency can be guaranteed at the temperature set by constant temperature system 50.
  • semiconductor device 1 can maintain the natural resonant frequency without being affected by external temperature or self-heating.
  • the electrical and mechanical characteristics of semiconductor device 1 can be measured at its natural resonant frequency.
  • semiconductor device 1 can suppress fluctuations in resonant frequency characteristics due to the effects of external temperature and self-heating. For example, a set ambient temperature and the measurement results of the semiconductor device 1's characteristics at that ambient temperature are stored in a non-volatile memory or the like. This allows the electrical and mechanical characteristics of semiconductor device 1 to be guaranteed by maintaining the set ambient temperature, even if there is an error between the temperature detected by temperature sensor 31 and the actual external temperature.
  • the characteristics of the semiconductor device 1, including the natural resonant frequency are inspected within a certain temperature range measured by the temperature sensor 31.
  • the temperature sensor 31 As a result, it is possible to inspect the characteristics of the semiconductor device 1 without having to consider the external temperature and measurement error of the temperature sensor 31 during the inspection.
  • the semiconductor device 1 which maintains the ambient temperature using the heater 41, closed-loop control is performed by the constant temperature system 50 to maintain the temperature at the higher end of the temperature range in which the semiconductor device 1 is used.
  • the constant temperature system 50 As a result, even if the resonant element of the semiconductor device 1 generates heat due to its own operation, the sum of that heat, the heat generated by the heater 41, the influence of the external temperature, and the heat dissipation from the vibration generating layer 20 is balanced.
  • the semiconductor device 1 operates within the temperature range controlled by the constant temperature system 50. Therefore, the semiconductor device 1 can suppress fluctuations in the resonant frequency characteristics due to the influence of the external temperature.
  • the temperature set by the constant temperature system 50 may be, for example, the highest expected external temperature, or near the upper limit of the recommended operating temperature range for the semiconductor device 1.
  • the temperature set by the constant temperature system 50 may be set to the upper limit of the temperature range expected for normal use of the semiconductor device 1, thereby reducing power consumption.
  • a temperature correction process may be performed according to previously acquired temperature data when the temperature sensor 31 indicates that the set temperature has been exceeded.
  • wiring necessary for the operation of the resonant elements is drawn out from the vibration generating layer 20.
  • the wiring drawn out from the electrode layer may be connected, for example, to other elements arranged on the substrate 10 to form a circuit, or may be connected to terminals used for inputting and outputting signals from and to the outside of the semiconductor device 1.
  • a radio frequency (RF) filter may be constructed using the vibration generating layer 20, which is a BAW resonator.
  • the semiconductor device 1 has a first wiring 213 electrically connected to the first electrode layer 211 and a second wiring 214 electrically connected to the second electrode layer 212.
  • FIG. 4A is a plan view of the semiconductor device 1 as seen from the Z direction (hereinafter referred to as "plan view").
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the IV-IV direction in FIG. 4A. Note that to make the structure of the semiconductor device 1 easier to understand, the insulating film 215 is omitted from FIG. 4A.
  • the first wiring 213 and the second wiring 214 are, for example, metal wiring. In the semiconductor device 1 shown in FIGS.
  • the acoustic wave vibration layer 210 and the second electrode layer 212 are covered by the insulating film 215 above the acoustic wave vibration layer 210 in the region where the wiring is arranged.
  • the first wiring 213 is electrically connected to the first electrode layer 211 via a contact hole that penetrates the insulating film 215.
  • the second wiring 214 is electrically connected to the second electrode layer 212 via a contact hole that penetrates the insulating film 215 and the acoustic wave vibration layer 210 in the remaining area excluding the area where the first electrode layer 211 is arranged.
  • the second wiring 214 may be electrically connected to the second electrode layer 212 in the area where the acoustic wave vibration layer 210 is not arranged.
  • signals are input and output via the first wiring 213 and the second wiring 214.
  • an input signal is input to the first electrode layer 211 via the first wiring 213.
  • a signal of a predetermined frequency is then output from the semiconductor device 1 via the second electrode layer 212 and the second wiring 214.
  • the RF filter may also be realized by connecting two semiconductor devices 1 in series.
  • an RF filter can be constructed using a ladder circuit in which multiple semiconductor devices 1 with slightly different natural resonant frequencies are connected in series and in parallel. By matching the resonant frequency of the series-connected semiconductor devices 1 with the anti-resonant frequency of the parallel-connected semiconductor devices 1, bandpass filter characteristics can be obtained.
  • the ambient temperature set by the constant temperature system 50 may be one type or multiple types.
  • the temperature controller 60 may switch the heat output of the heater 41 so that the ambient temperature becomes one of multiple preset temperatures.
  • the lower part of the heater layer 40 is formed on the upper surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 is, for example, a silicon substrate.
  • the heater layer 40 is, for example, a silicon oxide film.
  • a conductor wiring heater 41 is formed on the top surface of the partially formed heater layer 40.
  • the heater 41 is formed by patterning a Ta film using photolithography technology. Then, as shown in FIG. 7, the upper part of the heater layer 40 is formed to cover the heater 41.
  • the lower part of the temperature sensor layer 30 is formed on the top surface of the heater layer 40, and then the temperature sensor 31 made of conductive wiring is formed.
  • the temperature sensor layer 30 is, for example, a silicon oxide film.
  • the temperature sensor 31 is formed, for example, by patterning a Pt film using photolithography technology.
  • the vibration reflection layer 22 has a structure in which high-impedance films 221, which have a relatively high acoustic impedance through which elastic waves pass, and low-impedance films 222, which have a relatively low acoustic impedance, are alternately stacked.
  • high-impedance films 221 which have a relatively high acoustic impedance through which elastic waves pass
  • low-impedance films 222 which have a relatively low acoustic impedance
  • a tungsten (W) film may be used as the high-impedance film 221
  • a silicon oxide film may be used as the low-impedance film 222.
  • the first electrode layer 211 and the second electrode layer 212 may be, for example, molybdenum (Mo) films.
  • the acoustic wave vibration layer 210 may be, for example, an aluminum nitride (AlN) film.
  • an insulating film 215 is formed to cover the acoustic wave vibration layer 210 and the first electrode layer 211.
  • a first wiring 213 that connects to the first electrode layer 211 and a second wiring 214 that connects to the second electrode layer 212 are formed.
  • the first wiring 213 and the second wiring 214 may be, for example, an aluminum film.
  • Figure 12 shows an example of the arrangement of the temperature sensor 31 and heater 41 as viewed from the normal direction of the top surface of the substrate 10.
  • the temperature sensor 31 and heater 41 shown in Figure 12 are conductor wiring.
  • the first sensor electrode 31A and second sensor electrode 31B of the temperature sensor 31 are connected to a temperature controller 60, which calculates the ambient temperature based on the electrical resistance measured by the temperature sensor 31.
  • the first heater electrode 41A and second heater electrode 41B of the heater 41 are connected to the temperature controller 60, which supplies power via the first heater electrode 41A and second heater electrode 41B to cause the heater 41 to generate heat.
  • FIG. 12 an example is shown in which the first sensor electrode 31A and the second sensor electrode 31B, and the first heater electrode 41A and the second heater electrode 41B are drawn from different sides of the outer periphery of the constant temperature system 50 in a plan view.
  • the first sensor electrode 31A, the second sensor electrode 31B, the first heater electrode 41A, and the second heater electrode 41B may be drawn from the same side of the constant temperature system 50.
  • the first sensor electrode 31A and the second sensor electrode 31B may be drawn from different sides of the constant temperature system 50, or the first heater electrode 41A and the second heater electrode 41B may be drawn from different sides of the constant temperature system 50. In this way, the arrangement of the first sensor electrode 31A, the second sensor electrode 31B, the first heater electrode 41A, and the second heater electrode 41B can be set arbitrarily.
  • the temperature sensor 31 and heater 41 may be positioned so that no temperature distribution occurs in the vibration generating layer 20.
  • the heater 41 may be positioned so that it overlaps the entire surface of the vibration generating layer 20 in a planar view.
  • configuring the heater 41 so that it overlaps the entire surface of the vibration generating layer 20 can suppress the occurrence of temperature distribution in the XY plane in the vibration generating layer 20.
  • Figure 12 shows an example in which there is one heater 41
  • multiple heaters 41 may be arranged in the heater layer 40.
  • multiple heaters 41 may be arranged in a dispersed manner in a planar view.
  • ⁇ First Modification> 13 shows a semiconductor device 1 according to a first modification of the first embodiment, in which a vibration generating layer 20 is formed by stacking a vibration reflecting layer 22, an acoustic wave vibration layer 210, and an electrode formation layer 23. That is, in the semiconductor device 1 shown in FIG. 13, the acoustic wave vibration layer 210 is not sandwiched between electrode layers, and an electrode layer is disposed only on one main surface of the acoustic wave vibration layer 210.
  • a constant temperature system 50 may be combined with a SAW filter that uses surface acoustic waves (SAW).
  • a first electrode 231 and a second electrode 232 which are a combination of comb-shaped electrodes, may be formed on the electrode formation layer 23.
  • the first electrode 231 has a configuration in which the comb teeth of the first comb-shaped electrode 231A and the comb teeth of the second comb-shaped electrode 231B are arranged alternately.
  • the second electrode 232 has a configuration in which the comb teeth of the third comb-shaped electrode 232A and the comb teeth of the fourth comb-shaped electrode 232B are arranged alternately.
  • a surface acoustic wave SW is excited by the first comb-shaped electrode 231A and the second comb-shaped electrode 231B.
  • the excited surface acoustic wave SW propagates along the surface of the acoustic wave vibration layer 210 to the third comb-shaped electrode 232A and the fourth comb-shaped electrode 232B, and a signal is output from the second electrode 232.
  • ⁇ Second Modification> 15 shows a semiconductor device 1 according to a second modification of the first embodiment, in which a space 100 is formed between the vibration generating layer 20 and the constant temperature system 50.
  • the space 100 is formed in the temperature sensor layer 30 above the temperature sensor 31.
  • the elastic waves propagating through the elastic wave vibration layer 210 do not propagate into the interior of the substrate 10. Therefore, in the semiconductor device 1 shown in FIG. 15, the elastic waves propagating from the elastic wave vibration layer 210 to the substrate 10 can be suppressed, improving the electromechanical coupling coefficient.
  • a film bulk acoustic resonator (FBAR) type BAW filter can be combined with a constant temperature system 50.
  • a heater layer 40 and a temperature sensor layer 30 are formed on the upper surface of the substrate 10 as shown in Figure 16.
  • a sacrificial layer 101 is formed on the upper surface of the temperature sensor layer 30.
  • a PSG (Phosphorous Silicate Glass) film is patterned using photolithography or the like to form the sacrificial layer 101.
  • the remaining portion of the temperature sensor layer 30 is formed to cover the side surfaces of the sacrificial layer 101. At this time, the upper surface of the sacrificial layer 101 is exposed on the upper surface of the temperature sensor layer 30.
  • the second electrode layer 212, the acoustic wave vibration layer 210, and the first electrode layer 211 are formed in this order.
  • an insulating film 215 is formed to cover the acoustic wave vibration layer 210 and the first electrode layer 211, and then a first wiring 213 connected to the first electrode layer 211 and a second wiring 214 connected to the second electrode layer 212 are formed.
  • the sacrificial layer 101 is etched away to form the space 100.
  • an etching method using hydrofluoric acid vapor (HF) for example, can be used. Illustrations of the gas paths used to expose the sacrificial layer 101 to HF vapor, etc., during etching of the sacrificial layer 101, and details of the process, are omitted here. With the above steps, the semiconductor device 1 shown in Figure 15 is completed.
  • the above describes a method of forming the vibration generating layer 20 on the top surface of the constant temperature system 50 and then forming the space 100.
  • the constant temperature system 50 and the vibration generating layer 20 may be formed separately, and after forming the space 100 on the top surface of the constant temperature system 50, the constant temperature system 50 and the vibration generating layer 20 may be bonded together to manufacture the semiconductor device 1.
  • a space 100 may be formed between the substrate 10 and the constant temperature system 50.
  • the constant temperature system 50 and the vibration generating layer 20 may be laminated on a substrate 10 having a sacrificial layer 101 formed on its main surface, and the sacrificial layer 101 may be etched away to form the space 100.
  • the semiconductor device 1 shown in FIG. 20 may be manufactured by bonding the laminated structure of the constant temperature system 50 and the vibration generating layer 20 to a substrate 10 having a space 100 formed on its upper surface.
  • At least one of the temperature sensor layer 30 and the heater layer 40 may be disposed at a distance from the vibration generating layer 20 on the upper surface of the substrate 10.
  • a constant temperature system 50 including a stack of the temperature sensor layer 30 and the heater layer 40 is disposed at a distance from the vibration generating layer 20 on the upper surface of the substrate 10.
  • the semiconductor device 1 shown in FIG. 21 has a configuration in which the temperature sensor layer 30 is disposed midway along the path of heat generated by the heater layer 40 to the vibration generating layer 20. Even if the constant temperature system 50 is disposed at a distance from the vibration generating layer 20 on the substrate 10, operation at the natural resonant frequency of the semiconductor device 1 at a temperature set by the constant temperature system 50 can be ensured.
  • the vibration generating layer 20 of the semiconductor device 1 is a BAW resonator
  • heat is generated in the vibration generating layer 20 as a signal propagates through the vibration generating layer 20.
  • the substrate 10 functions as part of the heat dissipation path for the heat generated in the vibration generating layer 20. Therefore, the constant temperature system 50 is located near the heat dissipation path, and the constant temperature system 50 detects the ambient temperature that reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • the temperature sensor layer 30 and the vibration generating layer 20 may be stacked, with the heater layer 40 positioned at a distance from the vibration generating layer 20.
  • the constant temperature system 50 also detects the ambient temperature, which reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • heat dissipation fins 520 may be arranged on the underside of the substrate 10 facing in the opposite direction to the upper surface of the substrate 10 on which the vibration generating layer 20 is arranged. For example, by joining the substrate 10 and the heat dissipation fins 520 with a highly thermally conductive bonding material 510, the heat generated in the vibration generating layer 20 can be efficiently dissipated from the heat dissipation fins 520.
  • the temperature controller 60 may also be disposed outside the semiconductor device 1, as in the semiconductor device 1 according to the fourth modification shown in Fig. 24.
  • the temperature controller 60 and the constant temperature system 50 are electrically connected via external terminals 110 of the semiconductor device 1. This makes it possible to ensure that a semiconductor device 1 that does not include a temperature controller 60 operates at its natural resonant frequency at the temperature set by the constant temperature system 50.
  • a temperature controller 60 may be used that has the function of switching the heat output of the heater 41 so that the ambient temperature becomes one of several preset temperatures. This allows the heat output of the heater 41 to be switched according to external instructions. This makes it possible to set optimal characteristics and power consumption for the semiconductor device 1.
  • the temperature controller 60 that has the function of switching the heat output of the heater 41 may also be built into the semiconductor device 1.
  • the semiconductor device 1 includes a substrate 10 having a support portion 11 and a beam-type diaphragm 12 that is connected to the support portion 11 at a fixed portion and is configured to be vibrable in the thickness direction (Z direction).
  • the diaphragm 12 has a cantilever structure and is vibrable in the thickness direction.
  • a vibration generating layer 20 is disposed on the diaphragm 12.
  • the vibration generating layer 20 includes a piezoelectric film 230 and a pair of first and second electrode layers 211 and 212 sandwiching the piezoelectric film 230.
  • the semiconductor device 1 may be an actuator in which a diaphragm 12 vibrates when a voltage is supplied to the first and second electrode layers 211 and 212.
  • the semiconductor device 1 may be a sensor that detects a voltage generated between the first and second electrode layers 211 and 212 due to vibration of the diaphragm 12.
  • the semiconductor device 1 according to the second embodiment differs from the first embodiment in that the vibration generating layer 20 includes an acoustic wave resonator in that the semiconductor device 1 is a transducer used as an actuator or sensor that utilizes the piezoelectricity of the piezoelectric film 230.
  • the semiconductor device 1 according to the second embodiment is substantially similar to the first embodiment, and redundant description will be omitted.
  • a temperature controller 60 may be disposed external to the semiconductor device 1.
  • the temperature sensor layer 30 and the heater layer 40 may be disposed at a distance from the vibration generating layer 20.
  • a constant temperature system 50 including a stack of the temperature sensor layer 30 and the heater layer 40 is disposed at a distance from the vibration generating layer 20 on the upper surface of the substrate 10. That is, the vibration generating layer 20 is disposed on the upper surface of the diaphragm 12 having a cantilever structure, and the constant temperature system 50 is disposed on the upper surface of the support portion 11.
  • the vibration generating layer 20 may not include the second electrode layer 212, and a conductive diaphragm 12 may be used instead of the second electrode layer 212.
  • the first electrode layer 211 and the diaphragm 12 may form a pair of electrode layers sandwiching the piezoelectric film 230.
  • a semiconductor layer with a high impurity concentration and thus conductivity may be used for the diaphragm 12.
  • the constant temperature system 50 and vibration generating layer 20 may also be combined with other semiconductor devices 1 having a vibration generating layer 20 including resonant elements with a set specific resonant frequency.
  • the semiconductor device 1 may include a resonator used in a resonator, a MEMS mirror, an inertial sensor, a concentration sensor for chemical substances such as gas, or an electromagnetic field sensor that detects changes in electromagnetic fields.
  • a concentration sensor detects slight variations in resonant frequency caused by the adsorption of chemical substances
  • an electromagnetic field sensor detects slight variations in resonant frequency caused by the influence of electromagnetic fields, so semiconductor devices that can suppress variations in resonant frequency characteristics caused by the influence of external temperature and self-heating are preferably used.
  • the semiconductor device 1 includes a substrate 10, a vibration generating layer 20 disposed on the substrate 10, a temperature sensor layer 30 disposed on the substrate 10, and a heater layer 40 disposed on the substrate 10.
  • the vibration generating layer 20 includes a resonant element having a specific resonant frequency.
  • the temperature sensor layer 30 includes a temperature sensor 31 that detects an ambient temperature that reflects the temperature of the vibration generating layer 20.
  • the heater layer 40 includes a heater 41 that maintains the ambient temperature within a constant temperature range.
  • the semiconductor device 1 described in Appendix 1 can provide a semiconductor device that can suppress fluctuations in resonant frequency characteristics due to the effects of external temperature and self-heating.
  • the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 1 further includes a temperature controller 60 that controls heat generation by the heater 41 in response to the ambient temperature detected by the temperature sensor 31. According to the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 2, the ambient temperature can be maintained within a constant temperature range by control of the temperature controller 60.
  • the temperature controller 60 controls the power supplied to the heater 41 to adjust the heat generation amount of the heater 41 .
  • the temperature controller 60 switches the heat generation amount of the heater 41 so that the ambient temperature becomes one of a plurality of preset temperatures. According to the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 4, by switching the heat generation amount of the heater 41, it is possible to set optimal characteristics and power consumption for the semiconductor device 1.
  • the semiconductor device 1 described in any one of Supplementary Notes 1 to 4 includes a stack of the heater layer 40, the temperature sensor layer 30, and the vibration generating layer 20.
  • the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 5 can suppress the occurrence of temperature distribution in the XY plane in the vibration generating layer 20.
  • the temperature sensor 31 is a conductor wiring formed in the temperature sensor layer 30. According to the semiconductor device 1 according to Supplementary Note 7, the temperature sensor 31 can be easily formed.
  • the heater 41 is a conductor wiring formed in the heater layer 40. According to the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 8, the heater 41 can be easily formed.
  • the substrate 10 is a part of a heat dissipation path that thermally conducts heat generated in the vibration generating layer 20. According to the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 9, the heat generated in the vibration generating layer 20 can be dissipated to the outside via the substrate 10.
  • the vibration generating layer 20 includes an acoustic wave vibration layer 210 that vibrates due to acoustic waves. According to the semiconductor device 1 according to Supplementary Note 10, fluctuations in the resonant frequency characteristics of the acoustic wave resonator due to the influence of external temperature and self-heating can be suppressed.
  • the acoustic wave vibration layer 210 is a piezoelectric thin film, and the vibration generating layer 20 includes a first electrode layer 211 and a second electrode layer 212 disposed on either side of the acoustic wave vibration layer 210.
  • an acoustic wave propagates in the acoustic wave vibration layer 210 by applying an electric signal to the first electrode layer 211 and the second electrode layer 212.
  • the vibration generating layer 20 further includes a vibration reflecting layer 22 that reflects the elastic waves propagating through the elastic wave vibration layer 210.
  • the elastic waves propagating through the elastic wave vibration layer 210 are reflected at the interface between the vibration reflecting layer 22 and the elastic wave vibration layer 210. Therefore, the elastic waves propagating from the elastic wave vibration layer 210 to the substrate 10 are suppressed, and the electromechanical coupling coefficient can be improved.
  • the substrate 10 includes a support portion 11 and a beam-shaped diaphragm 12 having a fixed portion connected to the support portion 11 and configured to be vibrable in a thickness direction, and the vibration generating layer 20 is disposed on the diaphragm 12.
  • the semiconductor device 1 described in Supplementary Note 13 fluctuations in the resonant frequency characteristics of a transducer having the diaphragm 12 due to the influence of external temperature and self-heating can be suppressed.
  • the vibration generating layer 20 includes a piezoelectric film 230, and a first electrode layer 211 and a second electrode layer 212 arranged on either side of the piezoelectric film 230. According to the semiconductor device 1 described in Appendix 14, fluctuations in the resonant frequency characteristics can be suppressed in a transducer that utilizes the piezoelectricity of the piezoelectric film 230.
  • a temperature compensation method for a semiconductor device (1) including a substrate (10) on which a vibration generating layer (20) including a resonant element with a specific resonant frequency is disposed, wherein a temperature sensor (31) formed on a temperature sensor layer (30) disposed on the substrate (10) detects an ambient temperature reflecting the temperature of the vibration generating layer (20). The ambient temperature is then maintained within a constant temperature range by a heater (41) formed on a heater layer (40) disposed on the substrate (10).
  • the temperature compensation method described in Appendix 15 can suppress fluctuations in the resonant frequency characteristics of the semiconductor device (1) due to the effects of external temperature and self-heating.
  • Appendix 17 A method for inspecting a semiconductor device including the temperature compensation method according to claim 15 or 16, for inspecting characteristics of the semiconductor device including a resonant frequency within a certain temperature range. According to the method for inspecting a semiconductor device according to claim 17, characteristics of the semiconductor device 1 including a natural resonant frequency are inspected within a certain temperature range measured by a temperature sensor 31.

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Abstract

半導体装置は、基板と、基板に配置され、固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層と、基板に配置され、振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出する温度センサを含む温度センサ層と、基板に配置され、周囲温度を一定の温度範囲に維持するヒータを含むヒータ層を備える。

Description

半導体装置、半導体装置の温度補償方法および半導体装置の検査方法
　本開示は、半導体装置、半導体装置の温度補償方法および半導体装置の検査方法に関する。
　電気機械的共振素子を含む弾性波フィルタおよび共振器などの半導体装置では、その機械的構造と振動の伝達構造などにより、電気機械的共振素子に固有の共振周波数が規定されている。
特開２０２２－５１０００号公報
［概要］
　外部の温度および半導体装置の動作時の発熱（以下、「自己発熱」）などの影響により、半導体装置の目的とする共振周波数特性が得られない問題が生じる。本開示の目的は、電気機械的共振素子を有し、外部の温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる半導体装置を提供することにある。
　上述した課題を解決するために、本開示の一態様は、基板と、基板に配置され、固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層と、基板に配置された温度センサ層と、基板に配置されたヒータ層を備える半導体装置である。温度センサ層は、振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出する温度センサを含む。ヒータ層は、周囲温度を一定の温度範囲に維持するヒータを含む。
　本開示の他の態様は、基板に配置された温度センサ層に形成された温度センサにより振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出し、基板に配置されたヒータ層に形成されたヒータにより周囲温度を一定の温度範囲に維持する、を含む半導体装置の温度補償方法である。
　本開示の更に他の態様は、基板に配置された温度センサ層に形成された温度センサにより振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出し、基板に配置されたヒータ層に形成されたヒータにより周囲温度を一定の温度範囲に維持する半導体装置の温度補償方法を含み、一定の温度範囲において共振周波数を含む特性を検査する半導体装置の検査方法である。
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の振動生成層の構成を示す模式的な平面図である。 図３は、第１の実施形態に係る半導体装置の動作フローである。 図４Ａは、第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す平面図である。 図４Ｂは、図４ＡのＩＶ－ＩＶ方向に沿った断面図である。 図５は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。 図６は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。 図７は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。 図８は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。 図９は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。 図１０は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その６）。 図１１は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その７）。 図１２は、第１の実施形態に係る半導体装置の温度センサとヒータの配置の例を示す模式的な平面図である。 図１３は、第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１４は、第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体装置の第１電極と第２電極の構成の例を示す模式的な平面図である。 図１５は、第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図１６は、図１５に示す半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。 図１７は、図１５に示す半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。 図１８は、図１５に示す半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。 図１９は、図１５に示す半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。 図２０は、第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置の他の構成を示す模式的な断面図である。 図２１は、第１の実施形態の第３の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２２は、第１の実施形態の第３の変形例に係る半導体装置の他の構成を示す模式的な断面図である。 図２３は、第１の実施形態の第３の変形例に係る半導体装置の他の構成を示す模式的な断面図である。 図２４は、第１の実施形態の第４の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式図である。 図２５は、第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２６は、第２の実施形態に係る半導体装置の振動生成層の構成を示す模式的な断面図である。 図２７は、第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の構成を示す模式的な断面図である。 図２８は、第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の他の構成を示す模式的な断面図である。
［詳細な説明］
　以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の設置位置および接続形態は、一例であり、本開示に限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。更に、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の実施形態およびその変形例には、同様の構成要素が含まれている場合があり、同様の構成要素には共通の符号を付与し、重複する説明を省略する。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態に係る半導体装置１は、図１に示すように、基板１０と、基板１０に配置された振動生成層２０と、基板１０に配置された温度センサ層３０と、基板１０に配置されたヒータ層４０を備える。図１に示す半導体装置１では、ヒータ層４０、温度センサ層３０および振動生成層２０が、基板１０に積層されている。
　図１に示すように、振動生成層２０が配置された基板１０の主面を、Ｘ方向とＹ方向により定義されるＸＹ面とする。ＸＹ面と垂直な基板１０の主面の法線方向をＺ方向とする。
　振動生成層２０は、固有の共振周波数が設定された電気機械的共振素子（以下において「共振素子」とも称する。）を含む。温度センサ層３０は、振動生成層２０の温度が反映された周囲温度を検出する温度センサ３１を含む。ヒータ層４０は、周囲温度を一定の温度範囲に維持するヒータ４１を含む。以下において、温度センサ３１とヒータ４１を含む構成を「恒温システム５０」とも称する。
　図１に示す振動生成層２０は弾性波共振器であり、例えば図２に示すように、弾性波により振動する弾性波振動層２１０を含む弾性波生成層２１を有する。図２に示す弾性波生成層２１は、弾性波振動層２１０と、弾性波振動層２１０を挟んで配置された第１電極層２１１と第２電極層２１２を含む。弾性波振動層２１０は、例えばピエゾ薄膜である。以下において、第１電極層２１１と第２電極層２１２のそれぞれを限定しない場合は、「電極層」と表記する。
　図２に示す振動生成層２０は、弾性波振動層２１０の内部を伝搬する弾性波を利用したＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）型の弾性波共振器（以下において「ＢＡＷ型共振器」とも表記する。）である。半導体装置１では、電極層によって電気信号を印加することにより、弾性波振動層２１０に弾性波が励起される。励起された弾性波は、電極層と弾性波振動層２１０の間を往復する。ＢＡＷ型共振器では、弾性波が弾性波振動層２１０の厚さ方向に伝搬する。厚さ方向は、第１電極層２１１と第２電極層２１２の相互間に向かう方向である。
　半導体装置１に入力する入力信号が振動生成層２０に形成される共振素子に設定された固有の共振周波数（以下、「固有共振周波数」とも称する。）の場合に、第１電極層２１１と第２電極層２１２の間のインピーダンスが低下する。このため、半導体装置１を用いて、特定の周波数の入力信号のみが通過するＲＦフィルタを構成することができる。例えば、第２電極層２１２に入力した種々の周波数の信号を含む入力信号のうち、固有共振周波数の信号のみが電極層から出力される。
　図２に示す振動生成層２０は、振動反射層２２を更に含む。振動反射層２２は、振動反射層２２と弾性波生成層２１との界面において弾性波振動層２１０を伝搬した弾性波を反射する。このため、弾性波生成層２１から基板１０への弾性波の伝搬が抑制され、電気的エネルギーと機械的エネルギーの間の変換効率に相当する電気機械結合係数を向上させることができる。振動反射層２２は、例えば、弾性波が通過する音響インピーダンスが相対的に高い高インピーダンス膜２２１と、音響インピーダンスが相対的に低い低インピーダンス膜２２２を交互に積層した構造を有する音響多層膜であってよい。半導体装置１は、振動反射層２２を備えるＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）型ＢＡＷフィルタであってよい。
　温度センサ３１は、温度センサ層３０に形成された導体配線であってもよい。温度センサ３１を導体配線にすることにより、温度センサ３１の形成が容易である。例えば、白金（Ｐｔ）の薄膜を温度センサ３１に使用してよい。導体配線は２端子であっても４端子であってもよい。或いは、温度センサ３１に半導体素子を使用してもよい。例えば、順方向電圧の温度係数を利用するダイオード素子を温度センサ３１に使用してもよい。
　ヒータ４１は、ヒータ層４０に形成された導体配線であってもよい。ヒータ４１を導体配線にすることにより、ヒータ４１の形成が容易である。例えば、白金或いはタンタル（Ｔａ）の薄膜をヒータ４１に使用してよい。
　半導体装置１は、温度センサ３１により検出された周囲温度に対応してヒータ４１の発熱を制御する温度コントローラ６０を更に備える。温度コントローラ６０は、例えば、ヒータ４１に供給する電力を制御してヒータ４１の発熱量を調整する。
　図３に、半導体装置１の動作フローを示す。
　図３のステップＳ１において、半導体装置１を起動する。次いで、ステップＳ２において、温度センサ３１により、振動生成層２０の温度が反映された温度センサ３１の周囲温度が測定される。測定された周囲温度のデータは、温度センサ３１から温度コントローラ６０に送信される。
　ステップＳ３において、温度コントローラ６０は、温度センサ３１により測定された周囲温度に応じてヒータ４１を制御する。例えば、周囲温度が予め設定された所定の温度範囲よりも低い場合は、温度コントローラ６０は、ヒータ４１を発熱させて周囲温度を所定の温度範囲まで上昇させる。
　ステップＳ４において、半導体装置１の動作を継続する場合は、処理はステップＳ２に戻り、温度センサ３１による周囲温度の測定と、ヒータ４１による周囲温度の制御が繰り返される。これにより、半導体装置１が動作している間は周囲温度が一定の温度範囲に維持される。
　一方、ステップＳ４において半導体装置１の動作を継続しない場合は、処理はステップＳ５に進み、半導体装置１を停止させる。
　以上に説明したように、半導体装置１の動作フローでは、基板１０に配置された温度センサ層３０に形成された温度センサ３１により、振動生成層２０の温度が反映された周囲温度を検出する。そして、基板１０に配置されたヒータ層４０に形成されたヒータ４１により、周囲温度を一定の温度範囲に維持する。上記の温度補償方法によれば、半導体装置１の動作中は、温度センサ３１およびヒータ４１を含む恒温システム５０により、振動生成層２０は一定の温度範囲に維持される。
　温度コントローラ６０は、温度センサ３１により検出された周囲温度に対応してヒータ４１に供給する電力を制御し、ヒータ４１の発熱量を調整する。温度コントローラ６０によるヒータ４１の発熱量の調整では、例えばヒータ４１の動作のオンとオフを切り替えてもよい。或いは、ヒータ４１の動作のオンオフのデューティ比を設定してヒータ４１の発熱量を調整してもよい。
　通常、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）弾性波フィルタおよび共振器などの電気機械的共振素子は、その機械的構造および振動の伝達方法などにより、固有共振周波数が規定されている。しかし、半導体装置の外部の温度（以下、「外部温度」）および動作時の自己発熱に起因して、熱膨張によるサイズ、ヤング率、剛性率、ポアソン比、内部摩擦などの機械定数、振動の伝達する音速などが変動して、共振素子の目的とする周波数特性が変動する。
　これに対し、半導体装置１では、恒温システム５０により設定される温度において、固有共振周波数での動作を保証することができる。言い換えると、半導体装置１によれば、外部温度および自己発熱などに影響されずに、固有共振周波数を維持することができる。つまり、恒温システム５０により周囲温度を設定することにより、半導体装置１の固有振動周波数での電気的特性および機械的特性を測定することができる。
　以上に説明したように、半導体装置１によれば、外部温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる。例えば、設定された周囲温度と、その周囲温度における半導体装置１の特性の測定結果を不揮発性メモリなどに保存する。これにより、温度センサ３１が検出する温度と外部の実際の温度に誤差があったとしても、設定された周囲温度を維持することにより、半導体装置１の電気的特性および機械的特性を保証することができる。
　したがって、図３を参照して説明した温度補償方法を含む半導体装置の検査方法では、温度センサ３１により測定される一定の温度範囲において、固有共振周波数を含む半導体装置１の特性が検査される。このため、検査における外部温度および温度センサ３１の測定誤差を考慮する必要なく、半導体装置１の特性の検査を実行可能である。
　ヒータ４１により周囲温度を維持する半導体装置１では、半導体装置１を使用する温度範囲のうちの高温側に定めた温度に保てるように、恒温システム５０による閉ループ制御を行う。これにより、半導体装置１の共振素子が自身の動作により発熱したとしても、その発熱とヒータ４１の発熱、外部温度の影響、振動生成層２０からの放熱の総和が均衡する。その結果、半導体装置１は恒温システム５０に制御される温度の範囲内で動作する。したがって、半導体装置１によれば、外部温度の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる。
　振動生成層２０自体の発熱が少ない場合には、半導体装置１の温度は外部温度から受ける影響が大きい。このため、恒温システム５０により設定する温度は、例えば想定される外部温度の最高値、又は、半導体装置１に推奨される使用温度範囲の上限値付近であってよい。或いは、恒温システム５０により設定する温度を、半導体装置１を通常の使用で想定される温度範囲の上限として消費電力を抑制してもよい。また、温度センサ３１が検出する温度と外部温度との間に生じる誤差を考慮して、設定された温度を超えたことを温度センサ３１が示す場合に、予め取得した温度データに応じて温度補正処理を加える構成としてもよい。
　図１では図示を省略したが、振動生成層２０からは共振素子の動作に必要な配線が引き出される。電極層から引き出された配線は、例えば、基板１０に配置された他の素子に接続されて回路が形成されたり、半導体装置１の外部との信号の入出力に使用される端子に接続されたりする。例えば、ＢＡＷ型共振器である振動生成層２０を使用して高周波（ＲＦ）フィルタを構成してもよい。
　例えば図４Ａと図４Ｂに示すように、半導体装置１は、第１電極層２１１と電気的に接続している第１配線２１３、および、第２電極層２１２と電気的に接続している第２配線２１４を有する。図４Ａは、半導体装置１のＺ方向から見た（以下、「平面視」という。）平面図である。図４Ｂは、図４ＡのＩＶ－ＩＶ方向に沿った断面図である。なお、半導体装置１の構造を理解しやすくするために、図４Ａでは絶縁膜２１５の図示を省略している。第１配線２１３および第２配線２１４は、例えば金属配線である。図４Ａと図４Ｂに示す半導体装置１では、弾性波振動層２１０の上方で、配線が配置される領域において弾性波振動層２１０と第２電極層２１２が絶縁膜２１５により覆われている。第１配線２１３は、絶縁膜２１５を貫通するコンタクトホールを介して、第１電極層２１１と電気的に接続している。第２配線２１４は、第１電極層２１１が配置された領域を除いた残余の領域において絶縁膜２１５と弾性波振動層２１０を貫通するコンタクトホールを介して、第２電極層２１２と電気的に接続している。或いは、弾性波振動層２１０が配置されていない領域において第２配線２１４を第２電極層２１２と電気的に接続してもよい。
　図４Ａと図４Ｂに示す半導体装置１では、第１配線２１３と第２配線２１４を介して信号の入出力が行われる。例えば、第１配線２１３を介して第１電極層２１１に入力信号が入力される。そして、第２電極層２１２から第２配線２１４を介して、所定の周波数の信号が半導体装置１から出力される。ＲＦフィルタは、２つの半導体装置１を直列接続した構成により実現してもよい。
　また、固有共振周波数のわずかに異なる複数の半導体装置１を直列接続と並列接続したラダー回路により、ＲＦフィルタを構成してもよい。直列接続した半導体装置１の共振周波数と並列接続した半導体装置１の反共振周波数を一致させることで帯域通過型フィルタ特性が得られる。
　半導体装置１において、恒温システム５０により設定される周囲温度が１種類であってもよいし、複数の種類であってもよい。例えば、周囲温度が予め設定された複数の設定温度のいずれかになるように、温度コントローラ６０がヒータ４１の発熱量を切り替えてもよい。
　以下に、図面を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
　まず、図５に示すように、基板１０の上面にヒータ層４０の下部を形成する。基板１０は、例えばシリコン基板である。ヒータ層４０は、例えばシリコン酸化膜である。
　次に、図６に示すように、途中まで形成したヒータ層４０の上面に導体配線のヒータ４１を形成する。例えば、フォトリソグラフィ技術などを用いてＴａ膜をパターニングしてヒータ４１を形成する。その後、図７に示すように、ヒータ４１を覆うようにヒータ層４０の上部を形成する。
　ヒータ層４０を形成した後、図８に示すように、ヒータ層４０の上面に温度センサ層３０の下部を形成した後、導体配線の温度センサ３１を形成する。温度センサ層３０は、例えばシリコン酸化膜である。温度センサ３１は、例えば、フォトリソグラフィ技術などを用いてＰｔ膜をパターニングして形成する。
　温度センサ３１を覆うように温度センサ層３０の上部を形成した後、図９に示すように、温度センサ層３０の上面に振動反射層２２を形成する。振動反射層２２は、弾性波が通過する音響インピーダンスが相対的に高い高インピーダンス膜２２１と、音響インピーダンスが相対的に低い低インピーダンス膜２２２を交互に積層した構造を有する。例えば、高インピーダンス膜２２１としてタングステン（Ｗ）膜を使用し、低インピーダンス膜２２２として酸化シリコン膜を使用してもよい。
　振動反射層２２を形成した後、図１０に示すように、第２電極層２１２、弾性波振動層２１０、第１電極層２１１を順に形成する。第１電極層２１１と第２電極層２１２は、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜であってよい。弾性波振動層２１０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜であってよい。
　その後、弾性波振動層２１０と第１電極層２１１を覆うように絶縁膜２１５を形成する。図１１に示すように、第１電極層２１１まで貫通するコンタクトホールと第２電極層２１２まで貫通するコンタクトホールを形成した後、第１電極層２１１に接続する第１配線２１３と第２電極層２１２に接続する第２配線２１４を形成する。第１配線２１３と第２配線２１４は、例えばアルミニウム膜であってよい。以上により、半導体装置１が完成する。
　図１２に、基板１０の上面の法線方向から見た温度センサ３１とヒータ４１の配置の例を示す。図１２に示した温度センサ３１とヒータ４１は、導体配線である。温度センサ３１の第１センサ電極３１Ａと第２センサ電極３１Ｂは温度コントローラ６０に接続され、温度センサ３１で測定された電気抵抗に応じて温度コントローラ６０が周囲温度を算出する。ヒータ４１の第１ヒータ電極４１Ａと第２ヒータ電極４１Ｂは温度コントローラ６０に接続され、温度コントローラ６０が第１ヒータ電極４１Ａと第２ヒータ電極４１Ｂを介して電力を供給して、ヒータ４１を発熱させる。
　図１２では、第１センサ電極３１Ａおよび第２センサ電極３１Ｂと、第１ヒータ電極４１Ａおよび第２ヒータ電極４１Ｂとが、平面視で恒温システム５０の外周の異なる辺から引き出される例を示した。しかし、第１センサ電極３１Ａ、第２センサ電極３１Ｂ、第１ヒータ電極４１Ａおよび第２ヒータ電極４１Ｂが恒温システム５０の同一の辺から引き出されてもよい。また、第１センサ電極３１Ａと第２センサ電極３１Ｂが恒温システム５０の異なる辺から引き出されてもよいし、第１ヒータ電極４１Ａと第２ヒータ電極４１Ｂが恒温システム５０の異なる辺から引き出されてもよい。このように、第１センサ電極３１Ａ、第２センサ電極３１Ｂ、第１ヒータ電極４１Ａおよび第２ヒータ電極４１Ｂの配置は任意に設定可能である。
　温度センサ３１とヒータ４１は、振動生成層２０に温度分布が生じないように配置してよい。例えば、平面視で振動生成層２０の全面と重なるようにヒータ４１を配置してよい。図１に示すようにヒータ層４０と振動生成層２０が積層されている場合には、振動生成層２０の全面とヒータ４１が重なるように構成することにより、振動生成層２０におけるＸＹ面の温度分布の発生を抑制できる。
　図１２ではヒータ４１が１つである場合を例示的に示したが、ヒータ層４０に複数のヒータ４１を配置してもよい。例えば、平面視で複数のヒータ４１を分散して配置してもよい。ヒータ４１が複数あることにより、ヒータ４１の１つが故障しても、その他のヒータ４１により周囲温度を一定の温度範囲に維持することができる。
　＜第１の変形例＞
　図１３に示す第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体装置１は、振動生成層２０が、振動反射層２２、弾性波振動層２１０、電極形成層２３が積層された構造である。すなわち、図１３に示す半導体装置１は、弾性波振動層２１０が電極層によって挟まれておらず、弾性波振動層２１０の一方の主面側にのみ電極層が配置されている。例えば、表面弾性波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を利用したＳＡＷフィルタに恒温システム５０を組み合わせてもよい。
　半導体装置１がＳＡＷフィルタの場合には、例えば、図１４に示すように、櫛形状の電極を組み合わせた第１電極２３１と第２電極２３２を電極形成層２３に形成してもよい。第１電極２３１は、第１櫛形状電極２３１Ａの櫛の歯部と第２櫛形状電極２３１Ｂの櫛の歯部を交互に配列した構成を有する。第２電極２３２は、第３櫛形状電極２３２Ａの櫛の歯部と第４櫛形状電極２３２Ｂの櫛の歯部を交互に配列した構成を有する。第１電極２３１に信号が入力されると、第１櫛形状電極２３１Ａと第２櫛形状電極２３１Ｂにより表面弾性波ＳＷが励起される。励起された表面弾性波ＳＷは、弾性波振動層２１０の表面を第３櫛形状電極２３２Ａと第４櫛形状電極２３２Ｂに伝搬し、第２電極２３２から信号が出力される。
　＜第２の変形例＞
　図１５に示す第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置１は、振動生成層２０と恒温システム５０の間に空間１００が形成されている。空間１００は、温度センサ３１の上方で温度センサ層３０に形成されている。
　図１５に示す半導体装置１では、空間１００が形成されていることにより、弾性波振動層２１０を伝搬した弾性波は基板１０の内部に伝搬しない。このため、図１５に示す半導体装置１では、弾性波振動層２１０から基板１０に伝搬する弾性波を抑制して、電気機械結合係数を向上させることができる。このように、例えばＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）型ＢＡＷフィルタに恒温システム５０を組み合わせてもよい。
　以下に、図面を参照して、第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体装置１の製造方法を説明する。なお、以下に述べる半導体装置１の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
　まず、図５から図８を参照して説明した方法と同様にして、図１６に示すように基板１０の上面にヒータ層４０と温度センサ層３０を形成する。その後、図１７に示すように、温度センサ層３０の上面に犠牲層１０１を形成する。例えば、ＰＳＧ（Phosphorous Silicate Glass）膜をフォトリソグラフィ技術などによりパターニングして犠牲層１０１を形成する。その後、図１８に示すように、犠牲層１０１の側面を覆う温度センサ層３０の残りの部分を形成する。このとき、温度センサ層３０の上面に犠牲層１０１の上面が露出する。
　次いで、図１９に示すように、第２電極層２１２、弾性波振動層２１０、第１電極層２１１を順に形成する。そして、弾性波振動層２１０と第１電極層２１１を覆うように絶縁膜２１５を形成した後、第１電極層２１１に接続する第１配線２１３と第２電極層２１２に接続する第２配線２１４を形成する。
　その後、犠牲層１０１をエッチング除去して空間１００を形成する。犠牲層１０１の除去には、例えばフッ酸蒸気（ＨＦ）を用いたエッチング法などを採用可能である。犠牲層１０１のエッチング時に犠牲層１０１をＨＦ蒸気などに曝すためのガス経路の図示や工程の詳細についてここでは省略する。以上により、図１５に示した半導体装置１が完成する。
　上記では恒温システム５０の上面に振動生成層２０を形成した後に、空間１００を形成する方法を説明した。他の製造方法として、恒温システム５０と振動生成層２０を別々に形成し、恒温システム５０の上面に空間１００を形成した後に、恒温システム５０と振動生成層２０を貼り合わせて半導体装置１を製造してもよい。
　なお、図２０に示すように、基板１０と恒温システム５０の間に空間１００を形成してもよい。例えば、主面に犠牲層１０１を形成した基板１０に恒温システム５０と振動生成層２０を積層し、犠牲層１０１をエッチング除去して空間１００を形成してもよい。或いは、恒温システム５０と振動生成層２０の積層構造と、上面に空間１００を形成した基板１０とを貼り合わせて、図２０に示す半導体装置１を製造してもよい。
　＜第３の変形例＞
　基板１０の上面において、温度センサ層３０およびヒータ層４０の少なくともいずれかが振動生成層２０と離隔して配置されてもよい。図２１に示す第３の変形例に係る半導体装置１は、基板１０の上面において、温度センサ層３０とヒータ層４０を積層した恒温システム５０が振動生成層２０と離隔して配置されている。図２１に示す半導体装置１は、ヒータ層４０で発生させた熱が振動生成層２０に達するまでの経路の途中に温度センサ層３０を配置した構成である。恒温システム５０が振動生成層２０と基板１０上で離隔して配置されていても、恒温システム５０により設定される温度における半導体装置１の固有共振周波数での動作を保証することができる。
　半導体装置１の振動生成層２０がＢＡＷ型共振器である場合、振動生成層２０を信号が伝搬することにより、振動生成層２０で熱が発生する。図２１に示した半導体装置１においては、振動生成層２０で発生した熱の放熱経路の一部として基板１０が機能する。したがって、恒温システム５０は放熱経路の近傍に配置されていることになり、恒温システム５０により振動生成層２０の温度が反映された周囲温度が検出される。
　また、図２２に示すように、温度センサ層３０と振動生成層２０を積層し、ヒータ層４０が振動生成層２０と離隔して配置されてもよい。図２２に示す半導体装置１でも、恒温システム５０により振動生成層２０の温度が反映された周囲温度が検出される。
　なお、図２３に示すように、振動生成層２０が配置された基板１０の上面の反対方向を向く基板１０の下面に、放熱フィン５２０を配置してもよい。例えば、基板１０と放熱フィン５２０とを熱伝導性の高い接合材５１０で接合することにより、振動生成層２０で発生した熱を放熱フィン５２０から効率的に放熱させることができる。
　＜第４の変形例＞
　上記では、温度コントローラ６０が基板１０に配置される構成を示したが、図２４に示す第４の変形例に係る半導体装置１のように、半導体装置１の外部に温度コントローラ６０を配置してもよい。例えば、図２４に示すように、半導体装置１の外部端子１１０を介して温度コントローラ６０と恒温システム５０を電気的に接続させる。これにより、温度コントローラ６０を含まない半導体装置１について、恒温システム５０により設定される温度における半導体装置１の固有共振周波数での動作を保証することができる。
　例えば、周囲温度が予め設定された複数の設定温度のいずれかになるようにヒータ４１の発熱量を切り替える機能を有する温度コントローラ６０を使用してよい。これにより、外部からの指示に従ってヒータ４１の発熱量を切り替えることができる。このため、半導体装置１について最適な特性と消費電力を設定することができる。なお、ヒータ４１の発熱量を切り替える機能を有する温度コントローラ６０を半導体装置１に内蔵させてもよい。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態に係る半導体装置１は、図２５に示すように、基板１０が、支持部１１と、支持部１１に固定部が接続され、厚さ方向（Ｚ方向）に振動可能に構成された梁型の振動板１２を含む。振動板１２は片持ち梁構造であり、厚さ方向に振動可能である。振動生成層２０は振動板１２に配置されている。
　振動生成層２０は、図２６に示すように、圧電膜２３０、および圧電膜２３０を挟んで配置された一対の第１電極層２１１と第２電極層２１２を含む。半導体装置１は、第１電極層２１１と第２電極層２１２に電圧が供給されることで振動板１２が振動するアクチュエータであってよい。或いは、半導体装置１は、振動板１２の振動により第１電極層２１１と第２電極層２１２の間に生じた電圧を検出するセンサであってよい。このように、第２の実施形態に係る半導体装置１は、圧電膜２３０の圧電性を利用したアクチュエータ又はセンサとして使用されるトランスデューサであることが、振動生成層２０が弾性波共振器を含む第１の実施形態と異なる点である。その他の構成については、第２の実施形態に係る半導体装置１は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。例えば、半導体装置１の外部に温度コントローラ６０を配置してもよい。
　＜変形例＞
　第２の実施形態に係る半導体装置１において、温度センサ層３０およびヒータ層４０の少なくともいずれかが振動生成層２０と離隔して配置されてもよい。図２７に示す変形例に係る半導体装置１では、基板１０の上面において、温度センサ層３０とヒータ層４０を積層した恒温システム５０が振動生成層２０と離隔して配置されている。すなわち、片持ち梁構造の振動板１２の上面に振動生成層２０が配置され、支持部１１の上面に恒温システム５０が配置されている。振動板１２の上面に振動生成層２０を配置し、恒温システム５０を振動板１２の上面に配置しないことにより、振動板１２の振動が阻害されることを抑制できる。
　なお、図２８に示すように、振動生成層２０が第２電極層２１２を含まず、導電性を有する振動板１２を第２電極層２１２の代わりに使用してもよい。すなわち、第１電極層２１１と振動板１２により、圧電膜２３０を挟む一対の電極層を構成してもよい。例えば、不純物濃度を高くして導電性を持たせた半導体層を振動板１２に使用してもよい。
　（その他の実施形態）
　上記のように実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は実施形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
　例えば、上記では半導体装置１がフィルタおよびトランスデューサである場合について説明したが、固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層２０を有するその他の半導体装置１についても、恒温システム５０と振動生成層２０を組み合わせてよい。例えば、半導体装置１が、共振器に使用される共振子、ＭＥＭＳ型ミラー、或いはイナーシャルセンサ、ガスなど化学物質の濃度センサ、電磁場の変化を捉える電磁場センサなどを含んでもよい。例えば、濃度センサは化学物質の吸着により、電磁場センサは電磁場の影響により、共振周波数に生じるわずかな変動を検知するセンサであるため、外部温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる半導体装置が好適に適用される。
　なお、上述の実施形態は本開示の一例である。このため、本開示は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
　［付記］
　本開示から把握できる技術的思想を以下に記載する。なお、限定する意図ではなく理解の補助のために、付記に記載される構成要素には、実施形態中の対応する構成要素の参照符号が付されている。参照符号は、理解の補助のために例として示すものであり、各付記に記載された構成要素は、参照符号で示される構成要素に限定されるべきではない。
　（付記１）
　半導体装置１は、基板１０と、基板１０に配置された振動生成層２０と、基板１０に配置された温度センサ層３０と、基板１０に配置されたヒータ層４０を備える。振動生成層２０は、固有の共振周波数が設定された共振素子を含む。温度センサ層３０は、振動生成層２０の温度が反映された周囲温度を検出する温度センサ３１を含む。ヒータ層４０は、周囲温度を一定の温度範囲に維持するヒータ４１を含む。付記１記載の半導体装置１によれば、外部温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる半導体装置を提供することができる。
　（付記２）
　付記１に記載の半導体装置１が、温度センサ３１により検出された周囲温度に対応してヒータ４１の発熱を制御する温度コントローラ６０を更に備える。付記２に記載の半導体装置１によれば、温度コントローラ６０の制御により周囲温度を一定の温度範囲に維持することができる。
　（付記３）
　付記２に記載の半導体装置１において、温度コントローラ６０が、ヒータ４１に供給する電力を制御してヒータ４１の発熱量を調整する。
　（付記４）
　付記２又は３に記載の半導体装置１において、周囲温度が予め設定された複数の設定温度のいずれかになるように、温度コントローラ６０がヒータ４１の発熱量を切り替える。付記４に記載の半導体装置１によれば、ヒータ４１の発熱量を切り替えることにより、半導体装置１について最適な特性と消費電力を設定することができる。
　（付記５）
　付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置１において、ヒータ層４０、温度センサ層３０および振動生成層２０が積層されている。付記５に記載の半導体装置１によれば、振動生成層２０においてＸＹ面の温度分布の発生を抑制できる。
　（付記６）
　付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置１において、温度センサ層３０およびヒータ層４０の少なくともいずれかが振動生成層２０と離隔して基板１０の上面に配置されている。付記６に記載の半導体装置１によれば、基板１０が放熱経路の一部として機能する場合に恒温システム５０を放熱経路の近傍に配置することができる。
　（付記７）
　付記１乃至６のいずれかに記載の半導体装置１において、温度センサ３１が温度センサ層３０に形成された導体配線である。付記７に記載の半導体装置１によれば、温度センサ３１の形成が容易である。
　（付記８）
　付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置１において、ヒータ４１がヒータ層４０に形成された導体配線である。付記８に記載の半導体装置１によれば、ヒータ４１の形成が容易である。
　（付記９）
　付記１乃至８のいずれかに記載の半導体装置１において、基板１０が、振動生成層２０に発生した熱を熱伝導させる放熱経路の一部である。付記９に記載の半導体装置１によれば、基板１０を介して振動生成層２０に発生した熱を外部に放熱することができる。
　（付記１０）
　付記１乃至９のいずれかに記載の半導体装置１において、振動生成層２０が、弾性波により振動する弾性波振動層２１０を含む。付記１０に記載の半導体装置１によれば、弾性波共振器において外部温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる。
　（付記１１）
　付記１０に記載の半導体装置１において、弾性波振動層２１０がピエゾ薄膜であり、振動生成層２０が、弾性波振動層２１０を挟んで配置された第１電極層２１１と第２電極層２１２を含む。付記１１記載の半導体装置１によれば、第１電極層２１１と第２電極層２１２に電気信号を印加することにより、弾性波振動層２１０を弾性波が伝搬する。
　（付記１２）
　付記１０又は１１に記載の半導体装置１において、振動生成層２０が、弾性波振動層２１０を伝搬した弾性波を反射する振動反射層２２を更に含む。付記１２に記載の半導体装置１によれば、振動反射層２２と弾性波振動層２１０との界面において弾性波振動層２１０を伝搬した弾性波が反射される。このため、弾性波振動層２１０から基板１０に伝搬する弾性波が抑制され、電気機械結合係数を向上させることができる。
　（付記１３）
　付記１乃至９のいずれかに記載の半導体装置１において、基板１０が、支持部１１と、支持部１１に固定部が接続され、厚さ方向に振動可能に構成された梁型の振動板１２を含み、振動生成層２０が振動板１２に配置されている。付記１３に記載の半導体装置１によれば、振動板１２を有するトランスデューサにおいて外部温度および自己発熱の影響による共振周波数特性の変動を抑制できる。
　（付記１４）
　付記１３に記載の半導体装置１において、振動生成層２０が、圧電膜２３０、および圧電膜２３０を挟んで配置された第１電極層２１１と第２電極層２１２を含む。付記１４に記載の半導体装置１によれば、圧電膜２３０の圧電性を利用したトランスデューサにおいて共振周波数特性の変動を抑制できる。
　（付記１５）
　固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層２０が配置された基板１０を含む半導体装置１の温度補償方法であって、基板１０に配置された温度センサ層３０に形成された温度センサ３１により、振動生成層２０の温度が反映された周囲温度を検出する。そして、基板１０に配置されたヒータ層４０に形成されたヒータ４１により、周囲温度を一定の温度範囲に維持する。付記１５に記載の温度補償方法によれば、外部温度および自己発熱の影響による半導体装置１の共振周波数特性の変動を抑制できる。
　（付記１６）
　付記１５に記載の温度補償方法において、温度センサ３１により検出された周囲温度に対応してヒータ４１に供給する電力を制御することにより、ヒータの発熱量を調整する。付記１６に記載の温度補償方法によれば、ヒータ４１に供給する電力の制御により周囲温度を一定の温度範囲に維持することができる。
　（付記１７）
　付記１５又は１６に記載の温度補償方法を含む半導体装置の検査方法であって、一定の温度範囲において共振周波数を含む半導体装置の特性を検査する。付記１７に記載の半導体装置の検査方法によれば、温度センサ３１により測定される一定の温度範囲において、固有共振周波数を含む半導体装置１の特性が検査される。
１　半導体装置
１０　基板
１１　支持部
１２　振動板
２０　振動生成層
２１　弾性波生成層
２２　振動反射層
２３　電極形成層
３０　温度センサ層
３１　温度センサ
４０　ヒータ層
４１　ヒータ
５０　恒温システム
６０　温度コントローラ
１００　空間
２１０　弾性波振動層
２１１　第１電極層
２１２　第２電極層
２３０　圧電膜

Claims (17)

  1. 　基板と、
    　前記基板に配置され、固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層と、
    　前記基板に配置され、前記振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出する温度センサを含む温度センサ層と、
    　前記基板に配置され、前記周囲温度を一定の温度範囲に維持するヒータを含むヒータ層と、
    　を備える半導体装置。
  2. 　前記温度センサにより検出された前記周囲温度に対応して前記ヒータの発熱を制御する温度コントローラを更に備える、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記温度コントローラが、前記ヒータに供給する電力を制御して前記ヒータの発熱量を調整する、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記周囲温度が予め設定された複数の設定温度のいずれかになるように、前記温度コントローラが前記ヒータの発熱量を切り替える、請求項２又は３に記載の半導体装置。
  5. 　前記ヒータ層、前記温度センサ層および前記振動生成層が積層されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 　前記基板の上面において、前記温度センサ層および前記ヒータ層の少なくともいずれかが前記振動生成層と離隔して配置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 　前記温度センサが前記温度センサ層に形成された導体配線である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 　前記ヒータが前記ヒータ層に形成された導体配線である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 　前記基板が、前記振動生成層に発生した熱を熱伝導させる放熱経路の一部である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 　前記振動生成層が、弾性波により振動する弾性波振動層を含む請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。
  11. 　前記弾性波振動層がピエゾ薄膜であり、
    　前記振動生成層が、前記弾性波振動層を挟んで配置された第１電極層と第２電極層を含む、請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 　前記振動生成層が、前記弾性波振動層を伝搬した弾性波を反射する振動反射層を更に含む、
    　請求項１０又は１１に記載の半導体装置。
  13. 　前記基板が、
    　支持部と、
    　前記支持部に固定部が接続され、厚さ方向に振動可能に構成された梁型の振動板と、
    　を含み、
    　前記振動生成層が前記振動板に配置されている、
    　請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置。
  14. 　前記振動生成層が、圧電膜、および前記圧電膜を挟んで配置された第１電極層と第２電極層を含む、請求項１３に記載の半導体装置。
  15. 　固有の共振周波数が設定された共振素子を含む振動生成層が配置された基板を含む半導体装置の温度補償方法であって、
    　前記基板に配置された温度センサ層に形成された温度センサにより、前記振動生成層の温度が反映された周囲温度を検出し、
    　前記基板に配置されたヒータ層に形成されたヒータにより、前記周囲温度を一定の温度範囲に維持する、
    　半導体装置の温度補償方法。
  16. 　前記温度センサにより検出された前記周囲温度に対応して前記ヒータに供給する電力を制御することにより、前記ヒータの発熱量を調整する、請求項１５に記載の半導体装置の温度補償方法。
  17. 　請求項１５又は１６に記載の温度補償方法を含む半導体装置の検査方法であって、
    　前記一定の温度範囲において前記共振周波数を含む半導体装置の特性を検査する、
    　半導体装置の検査方法。
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JPS551768A (en) * 1978-06-20 1980-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave element
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JP2015519848A (ja) * 2012-05-31 2015-07-09 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 温度制御統合圧電性共振器

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