(57)【要約】【課題】  ウェハ基材同士の接合部分の構造をコンタクトメタルと拡散抑制層とメインメタルの３層構造にすることで、コンタクトメタルのメインメタルへの拡散現象を抑制して、接合前に加熱処理等を加えても、安定した金属拡散接合を実現することが可能なウェハレベルパッケージを提供することにある。【解決手段】  複数のウェハ基材からなるベース基板３１、機能基板３２及びリッド基板３４を有し、各基板に設けられる接合面同士の接合により内部にデバイス素子を有する気密空間４４が形成されるウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）３１において、前記各基板の接合面には、コンタクトメタルＥ１と、コンタクトメタルＥ１の上に形成される拡散抑制層Ｅ２と、拡散抑制層Ｅ２の上に形成されるメインメタルＥ３との少なくとも３層構造からなる接合層４０が形成され、この接合層４０の拡散接合により前記気密空間４４が形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウェハ基材を有し、各ウェハ基材に設けられる接合面同士の接合により内部にデバイス素子を有する気密空間が形成されるウェハレベルパッケージにおいて、
前記各ウェハ基材の接合面には、コンタクトメタルと、コンタクトメタルの上に形成される拡散抑制層と、拡散抑制層の上に形成されるメインメタルとの少なくとも３層構造からなる接合層が形成され、この接合層の拡散接合により前記気密空間が形成されるウェハレベルパッケージ。
【請求項２】
前記拡散抑制層が前記メインメタルより低い拡散係数を有する貴金属材料からなる請求項１に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項３】
前記拡散抑制層が前記コンタクトメタルより低い拡散係数を有する卑金属材料からなる請求項１に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項４】
前記ウェハ基材は、デバイス素子と一体化された少なくとも一つの機能基板と、この機能基板を封止する少なくとも一つの封止基板とを有し、
前記各基板がそれぞれの接合面に形成された前記接合層を介して接合されている請求項１に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項５】
前記ウェハ基材は、一対の封止基板と、この一対の封止基板とに挟まれ、デバイス素子と一体化された少なくとも一つの機能基板とを有し、
前記各基板がそれぞれの接合面に形成された前記接合層を介して接合されている請求項１に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項６】
前記機能基板及び封止基板は、それぞれの接合面に形成されている前記接合層のメインメタル同士が接合されている請求項４又は５に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項７】
前記機能基板は、デバイス素子と、このデバイス素子の少なくとも一端を支持する支持枠とによって一体形成されている請求項４又は５に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項８】
前記封止基板は、前記デバイス素子が気密封止される凹部を有している請求項４又は５に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項９】
前記メインメタルが金、銀、パラジウム、アルミニウムの中から選択される少なくとも一の金属又は一の金属を含む合金である請求項１又は２に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項１０】
前記コンタクトメタルがクロム、ニッケル、チタンの中から選択される少なくとも一の金属又は一の金属を含む合金である請求項１又は３に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項１１】
前記貴金属材料がルテニウムである請求項２に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項１２】
前記卑金属材料がモリブデンである請求項３に記載のウェハレベルパッケージ。
【請求項１３】
前記デバイス素子が所定の振動モードを有する水晶振動子である請求項１、４、５のいずれかに記載のウェハレベルパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のウェハ基材の積層構造によって、各種のデバイス素子を気密封止するウェハレベルパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種のデバイス素子を気密封止するための電子部品パッケージとして、並行平板に研磨した水晶、ガラス、シリコンなどのウェハ基材を積層して、内部に各種のデバイス素子を複数内蔵した積層板を作製し、その積層板をダイシング等によって分割して形成するウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）が知られている。
【０００３】
特許文献１乃至３にはＷＬＰによって形成された水晶デバイスが開示されている。この種の水晶デバイスは、各種振動モードの水晶振動片とこの水晶振動片を囲うようにして一端が支持される支持部材とからなる機能基板と、前記水晶振動片を封止する一対の封止基板とを水晶ウェハからエッチング等によって打ち抜き形成し、機能基板を一対の封止基板で挟み込んで気密封止することによって形成されている。
【０００４】
また、デバイス素子に形成される電極は、導電性が高く化学的に安定な金（Ａｕ）等のメインメタルが多く使用されるが、このようなメインメタルは水晶やシリコン等のウェハ基材との密着強度が良好ではない。このため、酸化力が高く接合性の良好なクロム（Ｃｒ）等のコンタクトメタルを先にウェハ基材上に形成し、このコンタクトメタル上にＡｕ等のメインメタルを形成することによって２層の電極層を形成している（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２８４４２号公報
【特許文献２】特許第４７０７０２１号公報
【特許文献３】特開２０１６−１６７６６１号公報
【特許文献４】特開２００３−１０１３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に水晶、ガラス、シリコン等を使ったウェハ基材を、複数積層接合してＷＬＰを実現する場合、接合層となるＡｕ膜とウェハ基材の間に密着性の良好なＣｒ等のコンタクトメタルが使用される。一方で拡散接合をより安定させるには、接合時に適度の加熱と加圧が必要とされている。また、真空度の高い気密空間を実現するためには、接合の前処理として、高温で不要な水分や揮発ガス分の脱気が必要となる。
【０００７】
しかしながら、このような高温の加熱工程を要するとなると、コンタクトメタルがメインメタル（Ａｕ）に拡散して合金化が生じる。この合金化によって、ウェハ基材の接合面にコンタクトメタルが析出し、これにより酸化膜が形成され、接合性が大幅に悪化するといった問題が生じていた。このように、デバイス素子が封入される中空の気密空間を高真空で実現するためには、多くの問題点があった。
【０００８】
特に前記デバイス素子の中でも、水晶振動子や水晶発振器などに代表される水晶デバイスにあっては、振動モードによって、この高真空により等価直列抵抗（Ｒ１）の低減を図れることや、前記水晶デバイスは、加熱やエージングによりコンタクトメタルがメインメタルに拡散して合金化することにより、電極の弾性係数が変化して、発振周波数が変動してしまうことも知られている。
【０００９】
一方前記拡散の影響を抑えるには、コンタクトメタルの膜厚を薄くして改善することが実験により確認されているが、これによって水晶からなるウェハ基材（水晶ブランク）との密着性の低下と共に、Ｒ１値が大きくなる原因にもなっていた。
【００１０】
特に振動腕に溝を有する音叉型振動子にあっては、小型化に伴い溝の壁部分の厚みが減少し、これによって電極間距離が狭まる傾向にあった。このため、電極の総厚と水晶振動腕の溝壁厚が近づくことになり、拡散により合金化した電極の弾性係数の変動によって発振周波数に与える影響が大きくなっていた。また、厚みすべり振動子にあっては、高周波になるほど水晶ブランクの厚みが薄くなるため、拡散で合金化した電極の弾性係数の変動によって発振周波数の変動へ与える影響がこちらも大きくなる傾向があった。
【００１１】
上述したように、水晶ブランク上に形成される電極の材質や構造によって、発振周波数特性が微妙に変化するため、単に従来の電極構造を採用しただけでは性能要求を満たさない場合がある。また、水晶デバイスのパッケージングの際には、振動モードによっては高真空が要求されるが、エージング耐性を高めないと、製造プロセスでアニール脱ガス工程を十分行うことができないため、必要な真空度に達しないことから、設計通りの振動特性が得られず、製品の歩留まりの低下を引き起こしていた。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ウェハ基材同士の接合部分の構造をコンタクトメタルと拡散抑制層とメインメタルの少なくとも３層構造にすることで、コンタクトメタルのメインメタルへの拡散現象を抑制して、接合前に加熱処理等を加えても、安定した金属拡散接合を実現することが可能なウェハレベルパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のウェハレベルパッケージは、複数のウェハ基材を有し、各ウェハ基材に設けられる接合面同士の接合により内部にデバイス素子を有する気密空間が形成されるウェハレベルパッケージにおいて、前記各ウェハ基材の接合面には、コンタクトメタルと、コンタクトメタルの上に形成される拡散係数の小さな拡散抑制層と、拡散抑制層の上に形成されるメインメタルとの少なくとも３層構造からなる接合層が形成され、この接合層の拡散接合により前記気密空間が形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のウェハレベルパッケージによれば、接合層がコンタクトメタルと、コンタクトメタルの上に形成される拡散抑制層と、拡散抑制層の上に形成されるメインメタルとの少なくとも３層構造によって形成されていることで、コンタクトメタルのメインメタルへの拡散が抑制され、合金化による金（Ａｕ）等のメインメタルの表面にクロム（Ｃｒ）等のコンタクトメタルが析出することを抑制でき、複数のウェハ基材の接合面同士を拡散接合によって強固に接合することができる。一方、上前記効果により、接合前の加熱による接合層の合金化が抑制されるので、高温での加熱による不要な水分や揮発ガスの脱気を十分に行うことができるので、デバイス素子を封止する高真空の気密空間を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のウェハレベルパッケージの断面図及び接合部分の拡大断面図である。
【図２】ウェハレベルパッケージによって形成された水晶デバイスのリッド基板側から見た分解斜視図である。
【図３】上記ウェハレベルパッケージのベース基板側から見た分解斜視図である。
【図４】図１及び図２に示すＡ−Ａ断面図及び電極層の拡大断面図である。
【図５】各種金属の拡散係数を示すグラフである。
【図６】拡散抑制層に使用される金属の各種評価結果を示す表である。
【図７】Ｃｒ膜厚と周波数変化量との関係を示すグラフである。
【図８】Ｃｒ膜厚と等価直列抵抗（Ｒ１）との関係を示すグラフである。
【図９】各種金属と等価直列抵抗（Ｒ１）との関係を示すグラフである。
【図１０】各種金属の加熱時間と周波数変化量との関係を示すグラフである。
【図１１】拡散抑制層にＰｔを使用した場合の音叉型振動子の温度特性を示すグラフである。
【図１２】拡散抑制層にＲｕを使用した場合の音叉型振動子の温度特性を示すグラフである。
【図１３】拡散抑制層に使用するＲｕの厚みを１５０Åと２５０Åとで比較した温度特性を示すグラフである。
【図１４】パッケージ内における真空度と等価直列抵抗との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のウェハレベルパッケージの一実施形態について説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に限定されるものではなく、各種材料についても水晶に限定されるものではない。ウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰという）は、並行平板に研磨したウェハ状の水晶、ガラス、シリコンなどを積層して、内部に一又は二以上のデバイス素子が収容される中空の気密空間を形成し、積層された複数のウェハ基材をダイシング等で分割することによって形成される。
【００１７】
図１は各種のデバイス素子が一体形成される機能基板３２を一対の封止基板（ベース基板３３及びリッド基板３４）で挟んで積層し、拡散接合することによって、デバイス素子が封入される気密空間４４が形成されるＷＬＰ３１の断面構造を示したものである。図２乃至図４は一例として、前記デバイス素子が水晶振動片１１によって構成されるＷＬＰ３１の内部構造を示したものである。
【００１８】
図１に示したように、本発明のＷＬＰ３１は、機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４のそれぞれの接合面に接合層４０が形成されている。この接合層４０は、コンタクトメタルＥ１と、このコンタクトメタルＥ１の上に形成される拡散抑制層Ｅ２と、この拡散抑制層Ｅ２の上に形成されるメインメタルＥ３とからなる少なくとも３層の積層構造となっている。前記コンタクトメタルＥ１は、水晶、シリコン、ガラス等のウェハ基材に対して密着性の高い金属材料が使用される。この材料としては、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）又はこれらの金属を好ましくは５０％以上含む合金によって形成される。また、メインメタルＥ３は、導電性の高い金属材料が使用される。この材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）又はこれらの金属を好ましくは５０％以上含む合金によって形成される。
【００１９】
前記拡散抑制層Ｅ２は、コンタクトメタルＥ１からメインメタルＥ３への拡散を抑制する効果を有する金属材料が使用される。このような金属材料としては、メインメタルＥ３より低い拡散係数を有する貴金属類又はコンタクトメタルＥ１より低い拡散係数を有する卑金属類の中から選択することができる。貴金属類としては、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）などがあり、卑金属類としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などがある。
【００２０】
前記貴金属類については、Ａｕとの比較で５００度以上の温度上昇がないと、同等の拡散係数にはならない。これは、貴金属類がＡｕに比べて拡散が進み難いことを示しており、通常、３００℃以上の加熱を行うことのない水晶振動子の製造工程にあっては、十分に拡散を抑制することができる。さらに、Ａｕと白金族でもあるこれらの金属が合金化しても安定性の高い状態が維持され、Ｃｒの拡散のような悪影響が生じなくなる。
【００２１】
また、前記卑金属類については、Ｃｒよりさらに拡散係数が低く、Ａｕとの比較で１０００度以上の温度上昇がないと、同等の拡散係数にはならない。このため、Ｃｒ間又はＡｕ間についても拡散を抑制する作用が高まる。加えて、貴金属の場合は、仮にＡｕと合金化して析出しても耐酸性が高く、卑金属の場合は、表面の金が合金化し難いため、どちらも酸化が抑制されることとなる。
【００２２】
前記接合層４０は、ウェハ基材の表面にコンタクトメタルＥ１、拡散抑制層Ｅ２、メインメタルＥ３の順に連続でスパッタリング、蒸着、ＣＶＤのいずれかによって成膜される。
【００２３】
図５は、対自己金属における各種金属の温度と拡散係数Ｄとの関係を示したものである。この図５に示したデータから、耐酸性に優れている貴金属については、メインメタルＥ３と拡散係数が同等以下のＰｔ，Ｒｕ，Ｐｄ，Ａｇ、卑金属については、コンタクトメタルＥ１と拡散係数が同等以下のＮｉ，Ｍｏ，Ｗを選んで、図６に示す各種の評価をおこなった。評価は、接合強度、加工容易性、製造後の各種特性について行い、◎（最良）、〇（良好）、△（可）、×（不可）の４段階で示した。この評価試験によれば、拡散抑制層Ｅ２の材料として、貴金属類ではＲｕが最も適している。また、Ｒｕ以外にはＰｔ、Ｐｄなども適用可能であることが分かる。一方、卑金属類ではＭｏが最も適している。また、Ｍｏ以外にはＷも適用可能であることが分かる。なお、上記貴金属及び卑金属などの金属系以外の材料としては、バリア誘電体膜、バリア酸化物膜、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＢａＯなどが挙げられる。なお、比較例として、拡散抑制層Ｅ２にＮｉ、Ａｇを用いて実験を行った。
【００２４】
次に、デバイス素子が水晶振動片１１で構成されたＷＬＰ３１を図２及乃至図４に基づいて説明する。このＷＬＰ３１は、機能基板３２と、この機能基板３２を上下両面から挟み込んで封止する一対の封止基板（ベース基板３３及びリッド基板３４）とからなる複数のウェハ基材によって形成されている。前記各基板は、ウェハ基材をエッチング及びダイシングすることによって、前記機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４を形成し、減圧環境下においてそれぞれの基板の表面に電極層１９，２０及び接合層４０が形成されている。
【００２５】
前記機能基板３２は、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、Ｘ−Ｙ平面をＸ軸回転で−７〜＋７度回転させたカット角で板状に薄くスライスすることによって形成される。そして、フォトリソ工程によってマスクパターンを形成し、水晶エッチングを施すことによって、基部１２と、この基部１２から平行に延びる一対の振動腕部１３，１４とからなる音叉型の水晶振動片１１と、この水晶振動片１１の外周を取り囲む四角形状の支持枠３６と、この支持枠３６の一端と前記基部１２の一端とを連結する連結部３７とが形成される。このように、水晶振動片１１は、支持枠３６との間に設けられている平面的な中空部３５内に連結部３７を介して配置されている。
【００２６】
前記振動腕部１３，１４は、基部１２の一端からＹ軸方向に延び、Ｘ軸方向に平行する一対の細長い四角柱体であり、表面側（＋Ｚ面）及び裏面側（−Ｚ面）にそれぞれのＹ軸方向に沿って溝部１５，１６が設けられる。この溝部１５，１６は、振動腕部１３，１４の＋Ｚ面を長手（Ｙ軸）方向と−Ｚ面を長手（Ｙ軸）方向に沿って設けられる。このような溝部１５，１６を設けたことによって、振動腕部１３，１４には表面側及び裏面側に対向する一対の壁部１７，１８が形成される。また、前記各壁部１７，１８の内側面及び溝部１５，１６の底面には、電極層１９，２０が形成される。
【００２７】
また、ベース基板３３及びリッド基板３４も同様に、エッチングによって、四角形状の外周枠４１と、前記水晶振動片１１を収容するための凹部４３が形成される。なお、前記機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４の形状は、微細加工に適したレーザやパウダービームを用いた切断や打ち抜きによって形成することもできる。
【００２８】
前記機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４の接合は、支持枠３６の両面、ベース基板３３及びリッド基板３４のそれぞれの外周枠４１の各全周面に形成される接合層４０同士を拡散接合することによって行われる。
【００２９】
前記接合層４０は、機能基板３２の支持枠３６、ベース基板３３及びリッド基板３４のそれぞれの外周枠４１の接合面に形成されている。この接合層４０は、機能基板３２の支持枠３６の上下面と、この支持枠３６の上下面にそれぞれ対向するベース基板３３及びリッド基板３４の外周枠４１にそれぞれ絶縁領域を介して一体形成されている。また、水晶振動片１１の一対の振動腕部１３，１４の外周面に沿って形成されている一対の電極層１９，２０は、基部１２介して支持枠３６の表面に沿って延び、さらにベース基板３３及びリッド基板３４の外周枠４１の表面を絶縁部４５によって四極化された状態でベース基板３３の裏面側にパッドパターンとして繋がっている。図３に示したように、前記ベース基板３３には、側面端子４６を介して接地電極ＧＮＤ１，ＧＮＤ２が設けられている。前記ＧＮＤ１は、図２に示したように、リッド基板３４の上面にシールドパターンとして設けられており、金属リッドと同様の効果をもたらしている。前記ベース基板３３の上面に設けられているＧＮＤ１，ＧＮＤ２，１９，２０の４箇所のパッドパターンは、絶縁部４５によって部分的に絶縁された四隅の側面端子４６を介してそれぞれ独立している。また、前記ＧＮＤ１及びこのＧＮＤ１に繋がる側面端子４６、前記ベース基板３３の上面に設けられている４箇所のパッドパターン及びこのパッドパターンに繋がる側面端子４６の形成及びメッキ加工は、少なくとも機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４の接合後に行われる。
【００３０】
図４に示したように、前記電極層１９，２０は前述した接合層４０と同様に、コンタクトメタルＥ１、拡散抑制層Ｅ２及びメインメタルＥ３の３層構造となっている。
【００３１】
次に、上記構成のＷＬＰ３１において、拡散抑制層Ｅ２にＰｔ又はＲｕを用いた場合の実験結果を示す。比較例として、コンタクトメタルＥ１とメインメタルＥ３との２層構造の電極における耐熱性及び等価直列抵抗（Ｒ１）をコンタクトメタルＥ１の膜厚ｔ１との関係を図７及び図８に示す。ここでは、コンタクトメタルにＣｒ、メインメタルにＡｕを使用している。図７に示したように、耐熱性に関しては、Ｃｒの膜厚ｔ１を１００Åから５０Å以下にすることで周波数変動が減少しており、耐熱性が向上していることが分かるが、図８に示したように、Ｒ１に関して逆に大きくなり悪化することとなる。
【００３２】
図９には、一般的な音叉型水晶振動子の場合に耐熱性の向上効果が得られる５０Åの膜厚ｔ１を有するＣｒによる従来の２層構造の電極層におけるＲ１と、Ｐｔ又はＲｕを拡散抑制層とした３層構造の電極層におけるＲ１とを比較した実験データが示されている。図９に示されているグラフは、等価直列抵抗（Ｒ１）の平均値をドットで、標準偏差を幅で示している。この実験データによれば、従来の２層構造の電極層ではＲ１が約７５ＫΩと高いのに対し、Ｐｔ又はＲｕを拡散抑制層とした３層構造の電極層はＲ１が６０ＫΩ以下と低く、Ｒ１が良好となっていることが分かる。このように、ＰｔとＲｕとは略同程度のＲ１を有しているが、後述するように、耐熱性及び加工の容易性に関しては、Ｒｕの方が優れている。
【００３３】
次に、Ｃｒの膜厚ｔ１を５０Åに設定し、１２５℃の恒温槽に１０００時間まで投入して行ったときの耐熱試験における水晶振動子の周波数変化量の推移を、従来の２層構造の電極と比較した結果を図１０に示す。ここでの周波数の測定は、恒温槽から１時間以上常温・常湿中に放置した後に行った。なお、周波数の変化量は、（投入時間後の周波数−投入前の周波数）／投入前の周波数×１０６［ｐｐｍ］で表す。
【００３４】
従来のＣｒ−Ａｕの２層構造の電極を有する水晶振動子の場合にあっては、通常、Ｃｒの膜厚ｔ１を１００Å±５０％、Ａｕの膜厚ｔ３を１０００Å±５０％に設定される。この条件の下で、ＣｒとＡｕとの間に４種の金属材料Ｐｔ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗからなる拡散抑制層Ｅ２を形成した場合、それぞれの膜厚ｔ２を１５０Å±５０％とすることによって、従来のＣｒ−Ａｕの２層の電極構造に比べて周波数変化量を約３分の１程度に抑えることができる。このことは、メインメタルＥ３であるＡｕの拡散が前記金属材料による拡散抑制層Ｅ２に抑制されていることを示す。
【００３５】
図１０に示したように、１２５℃の前記耐熱試験のデータによれば、貴金属の中ではＲｕの方がＰｔに比べて周波数変化量が小さく耐熱性に優れている。一方、卑金属の中ではＷが最も周波数変化量が低く、耐熱性の点においては優れているが、後述するように、加工容易性の点を考慮するとＭｏの方が好ましい。
【００３６】
また、音叉型振動子にあっては、２次温度特性を有していることが知られている。図１１は拡散抑制層Ｅ２にＰｔを使用した３層構造の電極層を有する音叉型振動子の２次温度特性を示したものであり、図１２は拡散抑制層Ｅ２にＲｕを使用した３層構造の電極層を有する音叉型振動子の２次温度特性を示したものである。図１１及び図１２に示した結果から、拡散抑制層Ｅ２の厚みを１５０Å±５０％の範囲に設定することで、頂点温度がＰｔの場合には２５．４℃となり、Ｒｕの場合には２５．１℃となる。これは、一般的に良好と言われる頂点温度２５±５℃の範囲内であるが、若干Ｒｕの方がＰｔに比べて周波数温度特性が良好であるといえる。
【００３７】
図１３は、拡散抑制層Ｅ２に使用するＲｕの厚みを１５０Åと２５０Åにした場合の３層構造の電極層を有する音叉型振動子の２次温度特性を比較したものである。この特性から拡散抑制層Ｅ２を厚くすると頂点温度が下がる傾向になることが分かる。このように、２５０Åでは２５±５℃の範囲から外れるため、１５０Å±５０％の範囲に設定することが好ましい。
【００３８】
次に、上記電極層１９，２０及び接合層４０を備えたＷＬＰ３１の製造方法について説明する。図２及び図３に示したように、機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４をそれぞれウェハ基材からエッチング等によって形状加工し、真空引きを行うチャンバ内にそれぞれ所定の間隔を設けて平行に配置する。この状態で、チャンバ内に不活性ガスを注入すると共に、チャンバ内を所定温度に加熱する。この加熱により十分チャンバ内の各基板及び治具を均一に高温にでき、付着していた水分や揮発ガス分を気化させた後、チャンバ内を真空引きし、注入した不活性ガス及び気化した水分等を外部に排出する。このようにしてチャンバ内を所定の真空度にした後、前記機能基板３２をベース基板３３とリッド基板３４で挟むようにして所定の温度範囲の下で加圧する。この加圧によって、それぞれの基板の接合面に形成されている接合層４０の表面のメインメタルＥ３を拡散接合することで、機能基板３２に形成されている水晶振動片１１を高真空中で気密封止することができる。
【００３９】
従来のＷＬＰの接合面にあっては、コンタクトメタルとメインメタルとの２層構造となっていたため、接合前に２００℃以上の加熱を行うことでメインメタルの表面にコンタクトメタルが析出してしまい、各基板のメインメタルどうしの接合強度が不足していた。また、加熱温度が２００℃未満の場合には水分等の乾燥が不十分となり、接合後のパッケージ内真空度は１００Ｐａ程度にするのが限界であった。
【００４０】
これに対して、本発明では、コンタクトメタルとメインメタルとの間に拡散抑制層を含む３層の接合層となっているため、機能基板３２、ベース基板３３及びリッド基板３４にかける温度を従来よりも高く設定することができると共に、加熱時間を多く設定することができる。その結果、チャンバ内のガスを十分に排出することが可能となり、前記機能基板をベース基板及びリッド基板によって拡散接合した後のパッケージ内真空度を２０Ｐａ以下にすることができる。
【００４１】
図１４は図１乃至図３に示したＷＬＰ３１の気密空間４４内の真空度（Ｐａ）と等価直列抵抗（Ｒ１）との関係を示したものである。これによると、気密空間４４内の真空度が悪化（気圧が上昇）するのに伴い、Ｒ１が大きくなることが分かる。特に音叉型振動子や幅縦・長さ縦振動子などの水晶デバイスは、真空度がＲ１に大きな影響を与えることが知られており、同様に真空度が周波数特性にも大きな影響を与えることが知られている。
【００４２】
以上、説明したように、本発明のウェハレベルパッケージによれば、コンタクトメタルとメインメタルとの間にＰｔやＲｕ等の拡散抑制層を積層した電極層を形成することによって、メインメタルの合金化によって生じる弾性係数の変化を抑制し、エージングやリフロー等による負荷に対しても周波数変化を抑えることができる。また、コンタクトメタルの膜厚を厚くすることができるので、電極層とウェハ基材との密着性が向上し、等価直列抵抗（Ｒ１）などの電気的特性が向上する。
【００４３】
このようにして形成された電極層１９，２０にあっては、メインメタルＥ３の拡散による弾性係数の変化が抑えられるので、発振周波数の変動の少ない水晶振動片１１を形成することができる。特に、前記水晶振動片１１を備えたＷＬＰ３１にあっては、機能基板３２に形成される水晶振動片１１の性能を最大限に引き出すために、高真空中での封止が必要となっている。このためには、機能基板３２をベース基板３３及びリッド基板３４によって接合する際、接合作業を行う真空チャンバ内を高温に加熱し、注入したガスを外部に排出する工程を要するが、本発明のような拡散抑制層Ｅ２を含む３層構造の接合層４０を形成することで、各基板を接合する際の加熱温度や加熱時間を拡散抑制層のない従来の２層構造の接合層に比べて高く、且つ、長く設定することができる。これによって、チャンバ内を高温に設定すると共に、ガスを十分に排出することが可能となることから、高い真空度を維持した環境内で各基板同士を拡散接合することができる。
【００４４】
本実施形態では、機能基板３２に形成されるデバイス素子を音叉型の水晶振動片１１としたが、音叉型以外の屈曲、伸張（縦）、幅縦・長さ縦結合、厚みすべり、弾性表面波、Ｌａｍｂ波等の振動モードの水晶振動片であっても同様の効果が得られる。特に屈曲、伸張、幅縦・長さ縦結合の振動モードを備えた水晶振動片にあっては、高真空が要求されるので、本発明の構成によるＷＬＰが特に有効である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｅ１  コンタクトメタル
Ｅ２  拡散抑制層
Ｅ３  メインメタル
ｔ１，ｔ２，ｔ３  膜厚
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２  接地電極
１１  水晶振動片
１２  基部
１３，１４  振動腕部
１５，１６  溝部
１７，１８  壁部
１９，２０  電極層
３１  ＷＬＰ（ウェハレベルパッケージ）
３２  機能基板
３３  ベース基板
３４  リッド基板
３５  中空部
３６  支持枠
３７  連結部
４０  接合層
４１  外周枠
４３  凹部
４４  気密空間
４５  絶縁部
４６  側面端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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