(57)【要約】      （修正有）【課題】安定して、ベース基板とリッドとを十分な接合強度で接合することのできる振動デバイス、振動モジュール、電子機器、移動体および振動デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】振動デバイス１は、ベース基板４１と、振動素子５と、リッド３と、を備える。ベース基板は、上面４１２を有し、単結晶半導体により構成されている。振動素子は、ベース基板の上面側に取り付けられている。リッドは、単結晶半導体により構成され、ベース基板との間に振動素子を収容するようにベース基板の上面に接合されている。ベース基板とリッドとはアモルファス層６を介して接合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体により構成されており、第１主面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１主面側に取り付けられている振動素子と、
単結晶半導体により構成され、前記ベース基板との間に前記振動素子を収容するように前記ベース基板の前記第１主面に接合されている蓋体と、を備え、
前記ベース基板と前記蓋体とはアモルファス層を介して接合されていることを特徴とする振動デバイス。
【請求項２】
前記ベース基板と前記蓋体とは、同じ材料により構成されている請求項１に記載の振動デバイス。
【請求項３】
前記単結晶半導体は、単結晶シリコンである請求項２に記載の振動デバイス。
【請求項４】
前記蓋体は、前記ベース基板側に開口し、内部に前記振動素子が収納されている凹部を有し、
前記凹部の開口が前記ベース基板で塞がれている請求項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５】
前記ベース基板と前記蓋体との接合領域は、前記第１主面の外縁より内側に位置している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動デバイス。
【請求項６】
前記ベース基板は、前記第１主面側に開口し、内部に前記振動素子が収納されている凹部を有し、
前記凹部の開口が前記蓋体で塞がれている請求項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７】
前記ベース基板は、前記第１主面と表裏関係にある第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有し、
前記ベース基板の平面視で、前記側面は、前記第１主面の外縁よりも外側に位置する部分を有する請求項６に記載の振動デバイス。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする振動モジュール。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動デバイスを備えることを特徴とする移動体。
【請求項１１】
単結晶半導体により構成されているベース基板に振動素子を取り付ける工程と、
前記ベース基板に不活性ガスを照射して第１アモルファス層を形成すると共に、単結晶半導体により構成されている蓋体に不活性ガスを照射して第２アモルファス層を形成する工程と、
前記第１アモルファス層と前記第２アモルファス層とを接合し、前記蓋体と前記ベース基板との間に前記振動素子を収納する工程と、を含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動デバイス、振動モジュール、電子機器、移動体および振動デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、パッケージと、このパッケージに収納された圧電振動片と、を有する振動デバイスが記載されている。また、パッケージは、上面に開口した凹部を有するキャビティと、凹部の開口を塞いでキャビティの上面に接合された蓋と、を有する。また、キャビティと蓋とは、表面活性化接合により接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、表面活性化接合では、キャビティと蓋とが十分な強度で接合されていない領域が発生し易く、キャビティと蓋との接合強度が低下し易いというおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本適用例に係る振動デバイスは、単結晶半導体により構成されており、第１主面を有するベース基板と、
前記ベース基板の前記第１主面側に取り付けられている振動素子と、
単結晶半導体により構成され、前記ベース基板との間に前記振動素子を収容するように前記ベース基板の前記第１主面に接合されている蓋体と、を備え、
前記ベース基板と前記蓋体とはアモルファス層を介して接合されている。
【０００６】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベース基板と前記蓋体とは、同じ材料により構成されていることが好ましい。
【０００７】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記単結晶半導体は、単結晶シリコンであることが好ましい。
【０００８】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記蓋体は、前記ベース基板側に開口し、内部に前記振動素子が収納されている凹部を有し、
前記凹部の開口が前記ベース基板で塞がれていることが好ましい。
【０００９】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベース基板と前記蓋体との接合領域は、前記第１主面の外縁より内側に位置していることが好ましい。
【００１０】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベース基板は、前記第１主面側に開口し、内部に前記振動素子が収納されている凹部を有し、
前記凹部の開口が前記蓋体で塞がれていることが好ましい。
【００１１】
本適用例に係る振動デバイスでは、前記ベース基板は、前記第１主面と表裏関係にある第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有し、
前記ベース基板の平面視で、前記側面は、前記第１主面の外縁よりも外側に位置する部分を有することが好ましい。
【００１２】
本適用例に係る振動モジュールは、上述の振動デバイスを備える。
【００１３】
本適用例に係る電子機器は、上述の振動デバイスを備える。
【００１４】
本適用例に係る移動体は、上述の振動デバイスを備える。
【００１５】
本適用例に係る振動デバイスの製造方法は、単結晶半導体により構成されているベース基板に振動素子を取り付ける工程と、
前記ベース基板に不活性ガスを照射して第１アモルファス層を形成すると共に、単結晶半導体により構成されている蓋体に不活性ガスを照射して第２アモルファス層を形成する工程と、
前記第１アモルファス層と前記第２アモルファス層とを接合し、前記蓋体と前記ベース基板との間に前記振動素子を収納する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１に示す振動デバイスの平面図である。
【図５】ベース基板とリッドとの接合方法を示す断面図である。
【図６】ベース基板とリッドとの接合方法を示す断面図である。
【図７】振動素子の平面図である。
【図８】振動素子を上側から見た透過図である。
【図９】振動デバイスの製造工程を示す図である。
【図１０】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１１】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１２】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１３】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１４】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１５】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１６】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１７】振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【図１８】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１９】第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【図２０】第４実施形態に係る振動モジュールを示す断面図である。
【図２１】第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図２２】第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図２３】第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【図２４】第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本適用例に係る振動デバイス、振動モジュール、電子機器、移動体および振動デバイスの製造方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスを示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、図１に示す振動デバイスの平面図である。図５および図６は、それぞれ、ベース基板とリッドとの接合方法を示す断面図である。図７は、振動素子の平面図である。図８は、振動素子を上側から見た透過図である。図９は、振動デバイスの製造工程を示す図である。図１０ないし図１７は、それぞれ、振動デバイスの製造工程を示す断面図である。
【００１９】
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、図２および図４のＺ軸方向のプラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、ベース基板の厚さ方向からの平面視、すなわち、Ｚ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。
【００２０】
図１に示す振動デバイス１は、例えば、縦Ｌ×幅Ｗ×高さＴが１．０ｍｍ×０．８ｍｍ×０．２５ｍｍ程度の小型サイズの振動デバイスを想定している。ただし、振動デバイス１のサイズは、特に限定されない。
【００２１】
図１に示すように、振動デバイス１は、振動素子５と、振動素子５を収納するパッケージ２と、を有する。また、図２および図３に示すように、パッケージ２は、振動素子５を収納する凹部３２を有する箱状の蓋体であるリッド３と、凹部３２の開口を塞いでリッド３と接合された板状のベース４と、を有する。そして、凹部３２の開口がベース４で塞がれることにより、振動素子５を収納する収納空間Ｓが形成される。収納空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子５を安定して駆動させることができる。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、窒素またはＡｒ等の不活性ガスを封入した雰囲気であってもよく、減圧状態でなく大気圧状態、または加圧状態となっていてもよい。
【００２２】
ベース４は、板状のベース基板４１と、ベース基板４１の表面に配置された絶縁膜４２と、絶縁膜４２上に配置された電極４３と、を有する。ベース基板４１は、平面視形状が矩形の板状であり、互いに表裏関係にある下面４１１および上面４１２を有する。また、ベース基板４１は、上面４１２と下面４１１とを貫通する２つの貫通孔４１５、４１６を有する。
【００２３】
このようなベース基板４１は、単結晶半導体で構成されている。単結晶半導体としては、特に限定されず、例えば、単結晶シリコン（Ｓｉ）、単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）、単結晶ＧａＰ、単結晶ＧａＡｓ、単結晶ＩｎＰ等を用いることができる。特に、本実施形態では、ベース基板４１は、単結晶シリコンにより構成されている。これにより、入手し易く、より安価なベース基板４１となる。また、上面４１２の結晶方位としては特に限定されないが、本実施形態では、上面４１２が（１００）面で構成されている。
【００２４】
また、ベース基板４１の表面には絶縁膜４２が配置されている。ただし、絶縁膜４２は、ベース基板４１の上面４１２であって、リッド３との接合領域Ｑには形成されていない。つまり、接合領域Ｑでは、上面４１２を構成する単結晶シリコンが絶縁膜４２から露出している。このような絶縁膜４２としては、特に限定されないが、本実施形態では、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を用いている。また、絶縁膜４２の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ベース基板４１の表面を熱酸化して形成してもよいし、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたプラズマＣＶＤにより形成してもよい。
【００２５】
また、絶縁膜４２上には電極４３が配置されている。電極４３は、絶縁膜４２によって絶縁された第１配線４４と第２配線４５とを有する。第１配線４４は、上面４１２側すなわち収納空間Ｓ内に位置する内部端子４４１と、下面４１１側すなわち収納空間Ｓ外に位置する外部端子４４２と、貫通孔４１５内に形成され、内部端子４４１と外部端子４４２とを電気的に接続する貫通電極４４３と、を有する。同様に、第２配線４５は、上面４１２側に位置する内部端子４５１と、下面４１１側に位置する外部端子４５２と、貫通孔４１６内に形成され、内部端子４５１と外部端子４５２とを電気的に接続する貫通電極４５３と、を有する。また、電極４３は、下面４１１側に配置された２つのダミー電極４６１、４６２を有する。
【００２６】
リッド３は、その下面３１に開口する有底の凹部３２を有する箱状をなす。また、図４に示すように、リッド３の平面視形状は、ベース基板４１の上面４１２とほぼ相似形の矩形であり、上面４１２よりもひと回り小さく形成されている。つまり、平面視で、リッド３の外縁は、上面４１２の外縁４１２ａと重なることなく、外縁４１２ａよりも内側に位置している。
【００２７】
このようなリッド３は、単結晶半導体で構成されている。単結晶半導体としては、特に限定されず、例えば、単結晶シリコン（Ｓｉ）、単結晶ゲルマニウム（Ｇｅ）、単結晶ＧａＰ、単結晶ＧａＡｓ、単結晶ＩｎＰ等を用いることができる。特に、本実施形態では、ベース基板４１は、単結晶シリコンにより構成されている。これにより、入手し易く、より安価なリッド３となる。また、下面３１の結晶方位としては特に限定されないが、本実施形態では、下面３１が（１００）面で構成されている。また、リッド３を単結晶シリコンで構成することにより、ベース基板４１とリッド３の材料を揃えることができ、これらの熱膨張係数差を実質的にゼロとすることができる。そのため、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、ベース基板４１とリッド３との親和性が高まり、これらをより高い強度で接合することができる。
【００２８】
このようなリッド３は、下面３１においてアモルファス層６を介してベース基板４１の上面４１２と直接接合されている。また、平面視で、アモルファス層６による接合領域Ｑは、下面３１の全周にわたって形成されている。後述する製造方法でも説明するが、図５に示すように、まず、ベース基板４１の上面４１２に不活性ガスであるアルゴンガスを照射して、当該部分のシリコンの結晶構造を崩すことにより、表面が活性化された第１アモルファス層６１を形成し、同様に、リッド３の下面３１に不活性ガスであるアルゴンガスを照射して、当該部分のシリコンの結晶構造を崩すことにより、表面が活性化された第２アモルファス層６２を形成する。そして、図６に示すように、これら第１、第２アモルファス層６１、６２を表面活性化接合することによりアモルファス層６が形成され、このアモルファス層６を介してベース基板４１とリッド３とが接合されている。このような接合方法によれば、常温でベース基板４１とリッド３とを十分な強度で接合することができ、また、パッケージ２に内部応力が残留し難く、振動素子５への熱ダメージも低減される。
【００２９】
また、アモルファス層６を介してリッド３とベース基板４１とを直接接合することにより、例えば、単結晶シリコンの表面同士を直接接合する場合と比べて、より安定して、かつ、十分な接合強度でリッド３とベース基板４１とを接合することができる。具体的には、リッド３の下面３１とベース基板４１の上面４１２とを単結晶シリコン同士の状態で表面活性化接合した場合、これらが理想的に接合されれば非常に高い接合強度を実現することができる。しかしながら、単結晶シリコン同士の表面活性化接合は、接合面の表面粗さやこれらの間に付着した異物等の影響を受け易く、理想的に接合することが極めて困難である。つまり、接合がうまくいけば本実施形態のようなアモルファス層６を介した接合よりも高い接合強度を発揮し得るが、反対に、接合がうまくいく可能性が低くて接合不良が生じ易い。そのため、生産が不安定で歩留まりが悪い。
【００３０】
これに対して、本実施形態のように、アモルファス層６を介した接合によれば、接合面の表面粗さが多少粗くても、また、これらの間に異物が付着していても、十分に高い強度で接合することができ、接合部の気密性も確保することができる。つまり、単結晶シリコン同士の接合と比べて、接合条件の許容範囲が広い。そのため、生産性が安定し、かつ、十分に高い強度でリッド３とベース基板４１とを接合することができる。
【００３１】
また、図２から図４に示すように、ベース基板４１とリッド３との接合領域Ｑは、平面視で、上面４１２の外縁４１２ａよりも内側に位置している。つまり、接合領域Ｑと外縁４１２ａとの間にはギャップＧが形成されている。このように、接合領域Ｑを外縁４１２ａと重ねることなく、外縁４１２ａから中心側へ引っ込んだ位置に配置することにより、接合領域Ｑに外部からの応力が加わり難くなる。具体的な例を挙げると、例えば、振動デバイス１が落下等によって地面に衝突しても、接合領域Ｑが直接地面と接触しないため、接合領域Ｑが落下による衝撃を直接受けることがない。したがって、接合領域Ｑに過度な応力が加わり難く、接合領域Ｑの強度低下や破壊を効果的に抑制することができる。
【００３２】
なお、ギャップＧとしては、特に限定されないが、例えば、前述したように、振動デバイス１のサイズが縦Ｌ×幅Ｗ＝１．２ｍｍ×１．０ｍｍ程度の場合には、０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下程度とすることができる。また、本実施形態では、接合領域Ｑの全域が外縁４１２ａの内側に位置しているが、これに限定されず、接合領域Ｑの一部が外縁４１２ａと重なっていてもよい。この場合、外縁４１２ａと重なっている領域は、全体の３０％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることがさらに好ましい。
【００３３】
ただし、これに限定されず、例えば、ベース基板４１とリッド３との接合領域Ｑは、平面視で、上面４１２の外縁４１２ａと重なっていてもよい。言い換えると、ベース基板４１の側面とリッド３の側面とが面一となっていること、すなわち、Ｇ＝０であってもよい。
【００３４】
図７および図８に示すように、振動素子５は、振動基板５１と、振動基板５１の表面に配置された電極５２と、を有する。振動基板５１は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではＡＴカット水晶基板から形成されている。ＡＴカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しており、優れた温度特性を有する振動素子５となる。
【００３５】
電極５２は、振動基板５１の上面に配置された励振電極５２１と、下面に振動基板５１を介して励振電極５２１と対向して配置された励振電極５２２と、を有する。また、電極５２は、振動基板５１の下面に配置された一対の端子５２３、５２４と、端子５２３と励振電極５２１とを電気的に接続する配線５２５と、端子５２４と励振電極５２２とを電気的に接続する配線５２６と、を有する。
【００３６】
なお、振動素子５の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子５は、励振電極５２１、５２２に挟まれた振動領域が、その周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板５１の周囲を研削するベベル加工や、上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。
【００３７】
また、振動素子５としては、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されず、例えば、２つの振動腕が面内方向に音叉振動する音叉型の振動素子であってもよい。すなわち、振動基板５１は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、ＡＴカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Ｘカット水晶基板、Ｙカット水晶基板、Ｚカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＳＴカット水晶基板等であってもよい。また、本実施形態では、振動基板５１が水晶で構成されているが、これに限定されず、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガライト、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体で構成されていてもよい。更にまた、振動素子５は、圧電駆動型の振動素子に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子であってもよい。
【００３８】
このような振動素子５は、図２および図３に示すように、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２によってベース４の上面に固定されている。また、導電性接合部材Ｂ１は、ベース４が有する内部端子４４１と振動素子５が有する端子５２３とを電気的に接続し、導電性接合部材Ｂ２は、ベース４が有する内部端子４５１と振動素子５が有する端子５２４とを電気的に接続している。
【００３９】
導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ等の各種金属バンプ、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いることができる。導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、収納空間Ｓの環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。一方、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、導電性接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、振動素子５に応力が生じ難くなる。
【００４０】
以上、振動デバイス１について説明した。前述したように、振動デバイス１は、単結晶半導体により構成されており、第１主面である上面４１２を有するベース基板４１と、ベース基板４１の上面４１２側に取り付けられている振動素子５と、単結晶半導体により構成され、ベース基板４１との間に振動素子５を収容するようにベース基板４１の上面４１２に接合されている蓋体としてのリッド３と、を備える。そして、ベース基板４１とリッド３とはアモルファス層６を介して接合されている。このように、ベース基板４１とリッド３とをアモルファス層６を介して接合することにより、より安定して、かつ、十分な接合強度でリッド３とベース基板４１とを接合することができる。
【００４１】
また、前述したように、ベース基板４１とリッド３とは、同じ材料、すなわち同種の単結晶半導体により構成されている。これにより、ベース基板４１とリッド３の熱膨張係数差を実質的にゼロとすることができる。そのため、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、ベース基板４１とリッド３との親和性が高まり、これらをより高い強度で接合することができる。
【００４２】
また、前述したように、ベース基板４１およびリッド３を構成している単結晶半導体は、単結晶シリコンである。これにより、入手し易く、安価なベース基板４１およびリッド３となる。そして、アモルファス層６による両者の結合がより確実になされる。また、優れた加工精度を発揮することもできる。
【００４３】
また、前述したように、リッド３は、ベース基板４１側に開口し、内部に振動素子５が収納されている凹部３２を有し、凹部３２開口がベース基板４１で塞がれている。これにより、簡単な構成で、振動素子５を収納することができる。また、振動素子５を、ベース基板４１とリッド３とで構成されたパッケージ２によって保護することができ、機械的強度の高い振動デバイス１となる。
【００４４】
また、前述したように、ベース基板４１とリッド３との接合領域Ｑは、上面４１２の外縁４１２ａより内側に位置している。これにより、接合領域Ｑに過度な応力が加わり難く、接合領域Ｑの強度低下や破壊を効果的に抑制することができる。
【００４５】
次に、振動デバイス１の製造方法について説明する。図９に示すように、振動デバイス１の製造方法は、一体的に形成された複数のベース４を備えるベースウエハ４００を準備し、各ベース４に振動素子５を取り付ける振動素子取り付け工程と、一体形成された複数のリッド３を備えるリッドウエハ３００をベースウエハ４００に接合し、一体形成された複数の振動デバイス１を備えるデバイスウエハ１００を形成する接合工程と、デバイスウエハ１００から複数の振動デバイス１を個片化する個片化工程と、を含む。以下、このような製造方法について、図１０ないし図１８に基づいて説明する。なお、図１０ないし図１８は、図２に対応する断面である。
【００４６】
［振動素子取り付け工程］
まず、図１０に示すように、ベース基板４１の母材となる単結晶シリコンウエハＳＷ１を準備する。単結晶シリコンウエハＳＷ１には、後の個片化工程によって１つのベース基板４１となる複数の個片化領域Ｒが行列上に並んで含まれている。次に、各個片化領域Ｒにおいて、上面側から有底の凹部ＳＷ１１を２つ形成する。凹部ＳＷ１１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。次に、図１１に示すように、単結晶シリコンウエハＳＷ１を下面側から研削・研磨し、凹部ＳＷ１１が貫通するまで単結晶シリコンウエハＳＷ１を薄肉化する。これにより、各個片化領域Ｒに貫通孔４１５、４１６が形成される。
【００４７】
次に、図１２に示すように、単結晶シリコンウエハＳＷ１の表面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４２を形成し、さらに、個片化領域Ｒ毎に、絶縁膜４２上に電極４３を形成する。絶縁膜４２は、例えば、熱酸化やＴＥＯＳを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、電極４３は、蒸着やスパッタリングによって絶縁膜４２上に金属膜を成膜し、金属膜をエッチングによりパターニングすることにより形成することができる。
【００４８】
次に、図１３に示すように、単結晶シリコンウエハＳＷ１の上面にある絶縁膜４２の一部を除去し、リッドウエハ３００との接合領域Ｑとなる部分において上面を絶縁膜４２から露出させる。以上の工程により、複数のベース４が一体形成されたベースウエハ４００が得られる。次に、図１４に示すように、ベース４毎に、その上面側に振動素子５を取り付ける。
【００４９】
［接合工程］
まず、図１５に示すように、リッド３の母材となる単結晶シリコンウエハＳＷ２を準備する。この単結晶シリコンウエハＳＷ２には、後の個片化によって１つのリッド３となる複数の個片化領域Ｒが行列状に並んで含まれている。次に、個片化領域Ｒ毎に下面側から有底の凹部３２を形成すると共に、隣り合う個片化領域Ｒの境界に沿って凹部ＳＷ２１を形成する。これら凹部３２、ＳＷ２１は、例えば、ボッシュ・プロセスに代表されるドライエッチングで形成することができる。なお、凹部ＳＷ２１は、その深さＤ１が凹部３２の深さＤ２よりも深い。以上の工程により、複数のリッド３が一体形成されたリッドウエハ３００が得られる。
【００５０】
次に、各ベース基板４１の上面４１２に不活性ガスであるアルゴンガスを照射し、上面４１２のシリコン結晶構造を崩して、すなわち、非結晶化して表面が活性化された第１アモルファス層６１を形成すると共に、各リッド３の下面３１に不活性ガスであるアルゴンガスを照射し、下面３１のシリコン結晶構造を崩して、すなわち非結晶化して表面が活性化された第２アモルファス層６２を形成する。次に、ベースウエハ４００とリッドウエハ３００とを位置合わせしつつ重ね合わせ、図１６に示すように、第１、第２アモルファス層６１、６２の活性化した表面同士を接合することによりアモルファス層６を形成し、このアモルファス層６を介してベースウエハ４００とリッドウエハ３００とを直接接合する。なお、不活性ガスとしては、アルゴンガスに限定されず、例えば、窒素ガスを用いてもよい。
【００５１】
次に、図１７に示すように、リッドウエハ３００を上面側から研削・研磨し、凹部ＳＷ２１が貫通するまでリッドウエハ３００を薄肉化する。これにより、個片化領域Ｒ毎にリッド３が個片化される。以上の工程により、複数の振動デバイス１が一体形成されたデバイスウエハ１００が得られる。
【００５２】
［個片化工程］
次に、ダイシングブレードによってデバイスウエハ１００から各振動デバイス１を個片化する。ただし、個片化方法は、特に限定されない。以上により、複数の振動デバイス１が一括して製造される。
【００５３】
以上、振動デバイス１の製造方法について説明した。このような振動デバイス１の製造方法は、単結晶半導体により構成されているベース基板４１に振動素子５を取り付ける工程と、ベース基板４１に不活性ガスを照射して第１アモルファス層６１を形成すると共に、単結晶半導体により構成されている蓋体としてのリッド３に不活性ガスを照射して第２アモルファス層６２を形成する工程と、第１アモルファス層６１と第２アモルファス層６２とを接合し、リッド３とベース基板４１との間に振動素子５を収納する工程と、を含む。このような製造方法によれば、機械的強度の高い高品質な振動デバイス１を容易に製造することができ、しかも、振動デバイス１を同時に複数個製造することができる。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図１８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。
【００５５】
本実施形態に係る振動デバイス１は、パッケージ２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、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１８では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００５６】
本実施形態の振動デバイス１では、図１８に示すように、ベース基板４１は、上面４１２に開口する凹部４７を有する。そして、この凹部４７の底部に振動素子５が取り付けられている。一方、リッド３は、板状をなし、凹部４７の開口を塞ぐようにして、その下面３１がアモルファス層６を介してベース基板４１の上面４１２に接合されている。このような構成によっても、簡単な構成で、振動素子５を収納するパッケージ２を形成することができる。
【００５７】
また、ベース基板４１は、上面４１２と下面４１１とを接続する側面４１３を有する。また、側面４１３は、上面４１２側に位置し、上面４１２と接続された第１面４１３ａと、下面４１１側に位置し、下面４１１と接続された第２面４１３ｂと、第１面４１３ａと第２面４１３ｂとの間に位置し、これらを接続する第３面４１３ｃと、を有する。そして、第１面４１３ａおよび第２面４１３ｂは、それぞれ、上面４１２および下面４１１に対して垂直な面で構成され、第３面４１３ｃは、上面４１２および下面４１１と平行な面で構成されている。そして、平面視で、第１面４１３ａは、第２面４１３ｂよりも内側に位置している。つまり、平面視で、側面４１３は、上面４１２の外縁４１２ａよりも外側に位置する部分である第２面４１３ｂおよび第３面４１３ｃを有する。
【００５８】
このように、側面４１３が、外縁４１２ａよりも外側に位置する部分を有することにより、接合領域Ｑに外部からの応力が加わり難くなる。したがって、接合領域Ｑの強度低下や破壊を効果的に抑制することができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態では、ベース基板４１は、上面４１２側に開口し、内部に振動素子５が収納されている凹部４７を有する。そして、凹部４７の開口がリッド３で塞がれている。これにより、簡単な構成で、振動素子５を収納することができる。また、振動素子５を、ベース基板４１とリッド３とで構成されたパッケージ２によって保護することができ、機械的強度の高い振動デバイス１となる。
【００６０】
また、前述したように、ベース基板４１は、上面４１２と表裏関係にある第２主面である下面４１１と、上面４１２と下面４１１とを接続する側面４１３と、を有する。そして、ベース基板４１の平面視で、側面４１３は、上面４１２の外縁４１２ａよりも外側に位置する部分である第２面４１３ｂおよび第３面４１３ｃを有する。これにより、接合領域Ｑに外部からの応力が加わり難くなり、接合領域Ｑの強度低下や破壊を効果的に抑制することができる。
【００６１】
このような第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。特に本実施形態では、Ｘ軸方向に加わる応力に対する強度を前述の第１実施形態と比べて高めることができ、振動デバイス１の耐せん断強度を向上することができる。また、リッド３とベース基板４１の接合時の位置合わせ精度は低くても良く、接合装置の構成を簡素化できる等の格別の効果を有する。なお、本実施形態では、第３面４１３ｃが上面４１２と平行な面で構成されているが、これに限定されず、例えば、上面４１２に対して９０°未満で傾斜した傾斜面であってよい。これにより、第１面４１３ａと第３面４１３ｃとの境界部に形成される角部および第２面４１３ｂと第３面４１３ｃとの境界部に形成される角部を鈍角とすることができ、当該部分の機械的強度を高めることができる。
【００６２】
＜第３実施形態＞
図１９は、第３実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。
【００６３】
本実施形態に係る振動デバイス１は、ベース４に発振回路４８が形成されていること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、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１９では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
【００６４】
本実施形態の振動デバイス１では、図１９に示すように、ベース４に、振動素子５と電気的に接続された発振回路４８が形成されており、本実施形態では、ベース基板４１の下面４１１が能動面となっている。また、ベース基板４１の下面４１１には、絶縁層４９１と配線層４９２とが交互に積層した積層体４９が設けられ、この配線層４９２を介して下面４１１に形成された複数の図示しない回路要素が電気的に接続され、発振回路４８が構成されている。このように、ベース４に発振回路４８を形成することにより、ベース４のスペースを有効活用することができる。
【００６５】
このような第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、ベース基板４１の下面４１１が能動面となっているが、これに限定されず、ベース基板４１の上面４１２が能動面となっていてもよい。ベース基板４１の上面４１２を能動面とすることで、振動デバイスと発振回路４８との電気的な接続をより低インピーダンスにすることが可能となり、発振器のより安定した発振が可能となる。
【００６６】
＜第４実施形態＞
図２０は、第４実施形態に係る振動モジュールを示す断面図である。
【００６７】
図２０に示す振動モジュール１０００は、支持基板１０１０と、支持基板１０１０に搭載された回路基板１０２０と、回路基板１０２０に搭載された振動デバイス１と、回路基板１０２０および振動デバイス１をモールドするモールド材Ｍと、を有する。
【００６８】
支持基板１０１０は、例えば、インターポーザー基板である。支持基板１０１０の上面には複数の接続端子１０１１が配置され、下面には複数の実装端子１０１２が配置されている。また、支持基板１０１０内には図示しない内部配線が配置され、この内部配線を介して、各接続端子１０１１が、対応する実装端子１０１２と電気的に接続されている。このような支持基板１０１０としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。
【００６９】
また、回路基板１０２０は、ダイアタッチ材を介して支持基板１０１０の上面に接合されている。回路基板１０２０は、振動デバイス１が有する振動素子５を発振させてクロック信号等の基準信号の周波数を生成する発振回路１０２３が形成されており、その上面に発振回路と電気的に接続された複数の端子１０２２が配置されている。そして、一部の端子１０２２は、ボンディングワイヤーＢＷを介して接続端子１０１１と電気的に接続されており、一部の端子１０２２は、例えば、半田等の導電性接合部材Ｂ３を介して振動デバイス１と電気的に接続されている。
【００７０】
モールド材Ｍは、回路基板１０２０および振動デバイス１をモールドし、水分、埃、衝撃等から保護している。モールド材Ｍとしては、特に限定されないが、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
【００７１】
以上のような振動モジュール１０００は、振動デバイス１を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、優れた信頼性を発揮することができる。
【００７２】
＜第５実施形態＞
図２１は、第５実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００７３】
図２１に示すラップトップ型のパーソナルコンピューター１１００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、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、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００７４】
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を備える。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。
【００７５】
＜第６実施形態＞
図２２は、第６実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００７６】
図２２に示す携帯電話機１２００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。携帯電話機１２００は、アンテナ、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、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００７７】
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を備える。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。
【００７８】
＜第７実施形態＞
図２３は、第７実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。
【００７９】
図２３に示すデジタルスチールカメラ１３００は、本適用例の振動デバイスを備える電子機器を適用したものである。ボディ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おり、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、ボディ１３０２の正面側（図中裏面側）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、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。
【００８０】
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を備える。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。
【００８１】
なお、本適用例の電子機器は、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。
【００８２】
＜第８実施形態＞
図２４は、第８実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
【００８３】
図２４に示す自動車１５００は、本適用例の振動デバイスを備える移動体を適用した自動車である。自動車１５００には、例えば、発振器として用いられる振動デバイス１が内蔵されている。振動デバイス１は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
【００８４】
このように、移動体としての自動車１５００は、振動デバイス１を備える。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。
【００８５】
なお、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。
【００８６】
以上、本適用例に係る振動デバイス、振動モジュール、電子機器、移動体および振動デバイスの製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本適用例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、本適用例に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本適用例は、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。
【符号の説明】
【００８７】
１…振動デバイス、１００…デバイスウエハ、２…パッケージ、３…リッド、３００…リッドウエハ、３１…下面、３２…凹部、４…ベース、４００…ベースウエハ、４１…ベース基板、４１１…下面、４１２…上面、４１２ａ…外縁、４１３…側面、４１３ａ…第１面、４１３ｂ…第２面、４１３ｃ…第３面、４１５、４１６…貫通孔、４２…絶縁膜、４３…電極、４４…第１配線、４４１…内部端子、４４２…外部端子、４４３…貫通電極、４５…第２配線、４５１…内部端子、４５２…外部端子、４５３…貫通電極、４６１、４６２…ダミー電極、４７…凹部、４８…発振回路、４９…積層体、４９１…絶縁層、４９２…配線層、５…振動素子、５１…振動基板、５２…電極、５２１、５２２…励振電極、５２３、５２４…端子、５２５、５２６…配線、６…アモルファス層、６１…第１アモルファス層、６２…第２アモルファス層、１０００…振動モジュール、１０１０…支持基板、１０１１…接続端子、１０１２…実装端子、１０２０…回路基板、１０２２…端子、１０２３…発振回路、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…ボディ、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、１５００…自動車、Ｂ１、Ｂ２…導電性接合部材、Ｂ３…導電性接合部材、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｄ１、Ｄ２…深さ、Ｇ…ギャップ、Ｌ…縦、Ｍ…モールド材、Ｑ…接合領域、Ｒ…個片化領域、Ｓ…収納空間、ＳＷ１…単結晶シリコンウエハ、ＳＷ１１…凹部、ＳＷ２…単結晶シリコンウエハ、ＳＷ２１…凹部、Ｔ…高さ、Ｗ…幅
【図１】
2020123926.tif 000003
【図２】
2020123926.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020123926.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020123926.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2020123926.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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