(57)【要約】      （修正有）【課題】パッケージ基台のサイズを縮小することを可能とした圧電デバイスユニット及びその製造方法を提供する。【解決手段】圧電デバイスユニット１には、半導体ウエハをウエットエッチングにより形成されたパッケージ基台２上にパッケージ蓋部４が接合され、パッケージ基台２内部に形成された中空部に圧電振動子３が配置されている。そして、接続端子９、１０とパッケージ基台２外部の外部電極とは、ドライエッチングにより形成された貫通孔１３、１４を介して電気的に接続している。この構造により、貫通孔１３、１４の開口領域を狭くでき、パッケージ基台２の強度を維持しつつ、パッケージ基台２のサイズを縮小し、更に、圧電デバイスユニット１のサイズを縮小できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と前記支持基板上に中空部を形成するように配置された柱状部とからなるパッケージ基台と、
前記パッケージ基台の中空部内に配置された圧電振動子と、
前記パッケージ基台の柱状部と絶縁性接着剤を介して接合するパッケージ蓋部とを有し、
前記中空部側に位置する前記柱状部の側面には、前記パッケージ蓋部側の開口領域よりも前記支持基板側の開口領域の方が狭くなるように傾斜が形成され、
前記支持基板には少なくとも前記柱状部と前記支持基板の境界領域を貫通する貫通孔が形成され、前記中空部側に位置する前記貫通孔の開口領域は、前記中空部の反対側に位置する前記貫通孔の開口領域よりも狭いことを特徴とする圧電デバイスユニット。
【請求項２】
前記貫通孔は、ドライエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスユニット。
【請求項３】
前記支持基板には前記貫通孔が２つ形成され、一方の前記貫通孔には第１電極用配線層が形成され、他方の前記貫通孔には第２電極用配線層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスユニット。
【請求項４】
前記パッケージ基台は、真性半導体ウエハから形成され、前記支持基板と前記柱状部とは一体に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電デバイスユニット。
【請求項５】
複数のパッケージ基台形成領域を有する半導体ウエハを準備し、前記半導体ウエハの一主面側からウエットエッチングにより、前記パッケージ基台形成領域毎に中空部を形成する工程と、
前記半導体ウエハの一主面側と対となる他の主面側からドライエッチングにより貫通孔を形成し、前記貫通孔を用いて前記一主面側の接続端子と前記他の主面側の外部電極とを電気的に接続する配線層を形成する工程と、
前記中空部の前記接続端子上に導電性接着剤を介して圧電振動子を固着し、前記半導体ウエハ上にガラス板を貼り合わせ、前記貫通孔を介して前記中空部内を真空気密状態とし、前記貫通孔を封止する工程と、
前記半導体ウエハ及び前記ガラス板を切断することで、前記パッケージ基台形成領域毎に分割し、複数の圧電デバイスユニットを形成する工程とを有することを特徴とする圧電デバイスユニットの製造方法。
【請求項６】
前記パッケージ基台を形成する工程では、エッチングする深さの深い領域から複数回のウエットエッチング作業を行うことを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスユニットの製造方法。
【請求項７】
前記パッケージ基台を形成する工程では、最初に前記ウエットエッチングされる領域は、前記複数回の全てのウエットエッチング作業においてエッチングされることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイスユニットの製造方法。
【請求項８】
前記ウエットエッチング工程では、エッチング液として水酸化カリウムが用いられることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスユニットの製造方法。
【請求項９】
前記半導体ウエハと前記ガラス板とは、シリコン系接着剤により接合されることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスユニットの製造方法。
【請求項１０】
前記半導体ウエハと前記ガラス板とは、陽極接合により貼り合わされることを特徴とする請求項５に記載の圧電デバイスユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子をパッケージ内に封止し、電子機器に組み込まれる圧電デバイスユニット及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電デバイスユニットの一実施例として、下記の構造及びその製造方法が知られている。図１０に示す如く、圧電デバイスユニット５１は、絶縁材料からなるベース５２と薄板状の蓋５３とから構成されているパッケージ内に第１の水晶振動片５４及び第２の水晶振動片５５が気密に封止されている。ベース５２は、複数のセラミック薄板５６〜５９を積層し、高温で焼結して形成している。セラミック薄板５６〜５９には、それそれ所望の領域に開口部６０〜６３が形成されている。セラミック薄板５６〜５９を積層する際に、開口部６０〜６３を位置合わせすることで、ベース５２には、中空部６４、真空孔６５、ビアホール６６、６７等が形成されている。上述したように、ベース５２の中空部６４には第１及び第２の水晶振動片５４、５５が配置されている。真空孔６５は金属ボールにより封止され、中空部６４内を真空気密状態に保っている。また、ビアホール６６、６７には配線が形成され、ベース５２の中空部６４側の接続端子６８、６９とベース５２の外部側の外部電極７０、７１とを電気的に接続している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の圧電デバイスユニットの一実施例として、下記の構造及び製造方法が知られている。図１１（Ａ）に示す如く、圧電デバイスユニット８１は、シリコン基板を利用したパッケージ基台８２と、ガラス材料からなるパッケージ上蓋８３とから構成されている。パッケージ基台８２とパッケージ上蓋８３とは接合部材８４により接合され、パッケージ基台８２上に中空部８５を形成している。中空部８５には、パッケージ基台８２上の支持部材８６を介して振動部品８７が支持固定されている。そして、パッケージ基台８２には貫通孔８８が形成されている。図１１（Ｂ）に示す如く、貫通孔８８は、中空部８５が一定の高真空状態に保たれるように封止されている。尚、パッケージ基台８２は、平面が（１００）面の結晶面であるシリコン基板をウエットエッチング法により加工することで、形成されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２４４３８号公報（第５−６頁、第１図）
【特許文献２】特開２００５−６４０２４号公報（第１１−１２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の圧電デバイスユニット８１では、シリコン基板の一主面及び他主面からウエットエッチングを行い、パッケージ基台８２が形成されている。この構造により、パッケージ基台８２の外部側に形成された外部電極とパッケージ基台８２の中空部８５側に形成された端子電極とを配線接続する必要がある。この場合、配線層は、パッケージ基台８２に形成された貫通孔８８を利用することとなる。特に、丸印８９（図１１（Ａ）参照）で示した領域では、パッケージ基台８２表面と貫通孔８８側面との成す角度が鋭角となり、配線層が断線し易いという問題がある。
【０００５】
また、従来の圧電デバイスユニット５１の製造方法では、ベース５２は、複数のセラミック薄板５６〜５９を積層し、高温で焼結して形成する。セラミック薄板５６〜５９は、例えば、１０００℃前後の高温で焼結するときに、焼き縮みが１５〜２０％生じる場合がある。この場合、セラミック薄板５６〜５９では、開口部６０〜６３領域近傍等、複雑な加工が施された領域では、焼結歪みに差が生じ、セラミック薄板５６〜５９が反り上がってしまう。つまり、セラミック薄板５６〜５９の反り上がりにより開口部の位置合わせが難しく、特に、複数個の圧電デバイスユニット５１を形成できる大きさのセラミック薄板から同時に複数個の圧電デバイスユニット５１を形成することが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、従来の圧電デバイスユニット８１の製造方法では、シリコン基板をウエットエッチングし、パッケージ基台８２を形成する場合、シリコン基板の一主面からウエットエッチングにより中空部８５を形成する。一方、シリコン基板の他主面からウエットエッチングにより貫通孔８８を形成する。特に、パッケージ基台８２に貫通孔８８を形成する場合、貫通孔８８側面に傾斜が形成されるため、中空部８５側の開口領域を所望の大きさとすると、パッケージ基台８２の外部側の開口領域が大きくなってしまう。そして、所望のパッケージ基台強度を得るためには、パッケージ基台サイズを大きくする必要があり、パッケージ基台サイズを縮小できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の圧電デバイスユニットでは、支持基板と前記支持基板上に中空部を形成するように配置された柱状部とからなるパッケージ基台と、前記パッケージ基台の中空部内に配置された圧電振動子と、前記パッケージ基台の柱状部と絶縁性接着剤を介して接合するパッケージ蓋部とを有し、前記中空部側に位置する前記柱状部の側面には、前記パッケージ蓋部側の開口領域よりも前記支持基板側の開口領域の方が狭くなるように傾斜が形成され、前記支持基板には少なくとも前記柱状部と前記支持基板の境界領域を貫通する貫通孔が形成され、前記中空部側に位置する前記貫通孔の開口領域は、前記中空部の反対側に位置する前記貫通孔の開口領域よりも狭いことを特徴とする。従って、本発明では、パッケージの中空部内を真空状態とする貫通孔に関し、中空部側の貫通孔の開口領域が、外部側の開口領域よりも狭くなる。この構造により、貫通孔が、封止材により確実に封止される。
【０００８】
また、本発明の圧電デバイスユニットでは、前記貫通孔は、ドライエッチングにより形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、貫通孔の開口領域が広がることを防ぎ、パッケージ基台サイズを縮小することができる。
【０００９】
また、本発明の圧電デバイスユニットでは、前記支持基板には前記貫通孔が２つ形成され、一方の前記貫通孔には第１電極用配線層が形成され、他方の前記貫通孔には第２電極用配線層が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、支持基板に２つの貫通孔が形成されている。この構造により、貫通孔は、２つの電極に対応する配線層を形成する孔として、また、パッケージの中空部内を真空状態する孔として利用される。
【００１０】
また、本発明の圧電デバイスユニットでは、前記パッケージ基台は、真性半導体ウエハから形成され、前記支持基板と前記柱状部とは一体に形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、半導体ウエハから支持基板及び柱状部からなるパッケージ基台が形成されている。この構造により、１枚の半導体ウエハから複数の圧電デバイスユニットが形成される。
【００１１】
また、本発明の圧電デバイスユニットの製造方法では、複数のパッケージ基台形成領域を有する半導体ウエハを準備し、前記半導体ウエハの一主面側からウエットエッチングにより、前記パッケージ基台形成領域毎に中空部を形成する工程と、前記半導体ウエハの一主面側と対となる他の主面側からドライエッチングにより貫通孔を形成し、前記貫通孔を用いて前記一主面側の接続端子と前記他の主面側の外部電極とを電気的に接続する配線層を形成する工程と、前記中空部の前記接続端子上に導電性接着剤を介して圧電振動子を固着し、前記半導体ウエハ上にガラス板を貼り合わせ、前記貫通孔を介して前記中空部内を真空気密状態とし、前記貫通孔を封止する工程と、前記半導体ウエハ及び前記ガラス板を切断することで、前記パッケージ基台形成領域毎に分割し、複数の圧電デバイスユニットを形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、ウエットエッチングで加工された半導体ウエハ上にガラス板を貼り合わせることで、半導体ウエハとガラス板との貼り合わせを精度良く行うことができる。そして、１枚の半導体ウエハから、複数個の圧電デバイスユニットを形成できる。
【００１２】
また、本発明の圧電デバイスユニットの製造方法では、前記パッケージ基台を形成する工程では、エッチングする深さの深い領域から複数回のウエットエッチング作業を行うことを特徴とする。従って、本発明では、半導体ウエハに種々の深さの領域を形成でき、支持基板に圧電振動子を固着する段差部等、種々の構造を形成することができる。
【００１３】
また、本発明の圧電デバイスユニットの製造方法では、前記半導体ウエハと前記ガラス板とは、シリコン系接着剤により接合されることを特徴とする。従って、本発明では、シリコン系接着剤を用いることで半導体ウエハとパッケージ蓋部との密着性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の圧電デバイスユニットの製造方法では、前記半導体ウエハと前記ガラス板とは、陽極接合により貼り合わされることを特徴とする。従って、本発明では、ガスの発生を抑止し、半導体ウエハ上にパッケージ蓋部を確実に接合することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、貫通孔のパッケージ基台表面側での開口領域は、貫通孔のパッケージ基台裏面側での開口領域より狭い。この構造により、貫通孔は、封止材により確実に封止される構造となる。
【００１６】
また、本発明では、貫通孔はドライエッチングにより形成されることで、パッケージ基台の裏面側における貫通孔の開口領域は狭くなる。この構造により、パッケージ基台のサイズを縮小しつつ、パッケージ基台の強度を維持することができる。
【００１７】
また、本発明では、貫通孔はドライエッチングにより形成されることで、パッケージ基台表面と貫通孔側面との成す角度は、ウエットエッチング加工の場合よりも緩やかになる。この構造により、貫通孔側面を利用して形成される配線層が断線し難い構造を実現できる。
【００１８】
また、本発明では、１枚の半導体ウエハに複数のパッケージ基台を同時形成する。この製造方法により、１枚の半導体ウエハから、複数個の圧電デバイスユニットを形成でき、生産性を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明では、１枚の半導体ウエハの表裏面側からエッチング加工することで、複数のパッケージ基台を同時に形成する。この製造方法により、半導体ウエハの歪みを抑止し、半導体ウエハとガラス板との貼り合わせ精度を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明では、半導体ウエハとガラス板とをシリコン系接着剤により貼り合わせる。この製造方法により、半導体ウエハとガラス板との密着性を向上させ、パッケージ基台の柱状部の幅を狭くでき、圧電デバイスユニットを小型化することができる。
【００２１】
また、本発明では、半導体ウエハとガラス板とを陽極接合により貼り合わせる。この製造方法により、半導体ウエハとガラス板との接合時におけるガスの発生を抑止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態である圧電デバイスユニットについて、図１〜図３を参照し、詳細に説明する。図１は、本実施の形態である圧電デバイスユニットを説明するための図である。図２（Ａ）は、圧電デバイスユニットのパッケージ基台を説明するための断面図である。図２（Ｂ）は、圧電デバイスユニットを説明するための断面図である。図３（Ａ）は、圧電デバイスユニットの貫通孔を説明するための断面図である。図３（Ｂ）は、圧電デバイスユニットの貫通孔を説明するための上面図である。図３（Ｃ）は、圧電デバイスユニットの貫通孔を説明するための断面図である。
【００２３】
図１に示す如く、圧電デバイスユニット１は、主に、パッケージ基台２、圧電振動子３、パッケージ蓋部４とから構成されている。
【００２４】
パッケージ基台２は、支持基板５と柱状部６とから構成され、柱状部６は支持基板５の外周近傍を取り囲むように、環状に形成されている。この構造により、支持基板５上には、柱状部６で囲まれた中空部が形成されている。そして、詳細は圧電デバイスユニットの製造方法の説明で後述するが、パッケージ基台２は、半導体ウエハを加工し形成されている。そのため、半導体ウエハは絶縁性が要求され、不純物が導入されていない、真性半導体ウエハが用いられる。
【００２５】
支持基板５上の端部には、段差部７、８が形成されている。そして、段差部７、８には、スパッタリングされたクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）等により接続端子９、１０が形成されている。例えば、段差部７上に形成された接続端子９は第１電極用の接続端子であり、段差部８上に形成された接続端子１０は第２電極用の接続端子である。
【００２６】
支持基板５の表面２７（図３（Ａ）参照）側には接続端子９、１０に配線接続された配線層１１、１２が形成されている。配線層１０は第１電極用の配線層であり、配線層１１は第２電極用の配線層である。詳細は図３を用いて後述するが、配線層１０、１１は、貫通孔１３、１４の側面３０（図３（Ａ）参照）を介して支持基板５の裏面２９（図３（Ａ）参照）側へと配線されている。そして、支持基板５の裏面側では、配線層１１、１２は外部電極（図示せず）と配線接続されている。
【００２７】
圧電振動子３は、一対の振動腕部１５、１６と、基部１７等から構成されている。圧電振動子３は、例えば、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、Ｚ軸平面から１°Ｘ軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハを加工し、形成されている。そのため、圧電振動子３は、例えば、１００μｍ程度で一定の厚みにより形成されている。そして、振動腕部１５、１６は、その一端側が基部１７と一体に形成され、音叉形状となっている。
【００２８】
パッケージ蓋部４は、透明なガラス板から形成されている。パッケージ蓋部４は、パッケージ基台２の柱状部６上に、中空部を真空密閉状態とするようにシリコン系接着剤２４（図２（Ｂ）参照）により固着されている。パッケージ蓋部４として透明なガラス板を用いることで、中空部内を目視することも可能となり、パッケージ蓋部４と柱状部６との接着状態も目視で検査することができる。尚、パッケージ蓋部４は、セラミック、ガラスエポキシ、金属、シリコン材等から形成される場合でもよい。また、パッケージ蓋部４と柱状部６とは、パッケージ蓋部４がガラス材からなり、柱状部６がシリコン材からなる場合、陽極接合により固着される場合でもよい。また、パッケージ蓋部４と柱状部６とは、半田、低融点ガラス等の絶縁性接着剤により固着される場合でもよい。
【００２９】
図２（Ａ）では、図１のパッケージ基台２のＡ−Ａ‘線方向の断面図を示している。パッケージ基台２は半導体ウエハをウエットエッチングすることで形成されている。図示の如く、ウエハ面の結晶方位が（１００）面となる単結晶半導体ウエハが準備されるため、ウエットエッチングにより形成される斜面１８、１９、２０、２１では、その結晶方位が（１１１）面となる。柱状部６の接着面２２と斜面１８、１９、２０、２１との成す角度は、約５４°となる。
【００３０】
半導体ウエハは、例えば、３００μｍ程度の厚みを有するものを用いるため、パッケージ基台２の柱状部６では、その厚さｔ１が、例えば、３００μｍ程度である。そして、中空部側に位置する支持基板５は階段状に形成されている。半導体チップ２６（図２（Ｂ）参照）の搭載領域では、そのエッチング深さｔ２は、例えば、２５０μｍ程度である。配線層１１、１２（図１参照）の形成領域では、そのエッチング深さｔ３は、例えば、２００μｍ程度である。そして、段差部７、８の形成領域では、そのエッチング深さｔ４は、例えば、１５０μｍ程度である。
【００３１】
図２（Ｂ）では、図１に示す圧電デバイスユニットを組み立てた状態において、パッケージ基台２のＡ−Ａ‘断面を示している。図示の如く、圧電振動子３の基部１７裏面に形成された第１電極用及び第２電極用の端子電極（図示せず）は、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤２３または金属拡散接合により、段差部７、８上の接続端子９、１０（図１参照）と固着している。この構造により、圧電振動子３は支持基板５上の中空部に２点固着状態で支持されている。
【００３２】
上述したように、パッケージ基台２の柱状部６の接着面２２とパッケージ蓋部４とは、シリコン系接着剤２４により接合されている。シリコン系接着剤２４は、例えば、鉛を含まない、フェニル基を有するシロキサン化合物である。そして、シリコン系接着剤２４は、常温では固体形状であり、１００℃前後で水飴状に軟質化し、１５０℃以下の温度サイクルでは熱可塑性を有し、２００〜３００℃の温度で熱硬化するガス発生の少ない接着剤である。つまり、シリコン系接着剤２４は、熱処理温度２００〜３００℃の接着工程で、３００℃の耐熱性接着被膜が得られ、気密性に優れた接合層となる。
【００３３】
更に、シリコン系接着剤２４は、熱による分子レベルでの化学反応で接着効果が生じるため、塗布量が少量でも柱状部６の接着面２２とパッケージ蓋部４との密着性が向上し、柱状部６の幅Ｗ１を狭くすることができる。この構造により、パッケージ基台２寸法を小さくでき、圧電デバイスユニット１自体を小型化することができる。また、シリコン系接着剤２４は、１５０℃以下での低温サイクルで熱可塑性を有するため、柱状部６の幅Ｗ１を狭くした場合でも塗布作業性が悪化することはない。具体的には、柱状部６とパッケージ蓋部４との接合に半田や低融点ガラスを用いた場合には、密着性や塗布作業性が考慮され、柱状部の幅は０．４〜０．６ｍｍ必要となる。一方、柱状部６とパッケージ蓋部４との接合にシリコン系接着剤２４を用いた場合には、柱状部６の幅Ｗ１は０．２ｍｍまで狭めることが可能となる。
【００３４】
また、図示したように、柱状部６とパッケージ蓋部４との接合にシリコン系接着剤２４を用いることで、接着工程時にシリコン系接着剤２４からのガスの発生が大幅に抑制される。そのことで、貫通孔１３、１４を介して中空部内を真空気密状態に保つ作業を容易にすることができる。
【００３５】
また、上述したように、シリコン系接着剤２４を用いることなく、半導体ウエハからなるパッケージ基台２とガラスからなるパッケージ蓋部４とは、陽極接合により接合される場合でも良い。この場合には、例えば、パッケージ基台２を陽極に接続し、パッケージ蓋部４を陰極に接続し、例えば、５００〜１０００Ｖで印加した状態で、３００〜４００℃に加熱することで、パッケージ基台２とパッケージ蓋部４との界面が化学結合する。そのため、シリコン系接着剤２４等の接着剤を用いた場合と比較して、更に、ガスの発生を抑制することができる。そして、貫通孔１３、１４を介して中空部内を真空気密状態に保つ作業を容易にすることができる。
【００３６】
また、図示したように、柱状部６の接着面２２からのエッチング深さｔ２が、例えば、２５０μｍ程度となる領域には、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤２５を介して半導体チップ２６が固着されている。そして、圧電デバイスユニット１は、発振回路を構成する半導体チップ２６をパッケージ基台２内に組み込むことで、発振器ユニットとして用いることができる。尚、パッケージ蓋部４として透明のガラス板を用い、支持基板５上に発振器用の半導体チップ２６を内蔵する場合には、中空部側に位置するパッケージ蓋部４の表面に遮光性膜を塗布することで、中空部内への光の侵入を防止することができる。そして、中空部内への光の侵入を防ぐことで、半導体チップ２６の特性劣化等の悪影響を防止することができる。
【００３７】
図３（Ａ）では、図１のパッケージ基台２に関し、貫通孔１３が形成されている領域のＢ−Ｂ‘線方向の断面図を示している。図３（Ｂ）では、図１のパッケージ基台２に関し、貫通孔１３が形成されている領域の上面図を示している。尚、図３（Ｂ）にハッチングしている領域が貫通孔１３の開口領域であり、図１のハッチング領域に対応している。
【００３８】
図３（Ａ）に示す如く、貫通孔１３はパッケージ基台２の一部を貫通するように形成されている。具体的には、貫通孔１３は、パッケージ基台２を構成する支持基板５の表面２７と柱状部６の斜面２８とが交差する領域を開口している。貫通孔１３は、支持基板５の裏面２９側からドライエッチングにより形成されるため、貫通孔の側面３０は、支持基板５の表裏面２７、２９に対してほぼ垂直面となるように形成されている。この構造により、貫通孔１３の形成領域及びエッチング深さｔ５に応じて、支持基板５の表面２７と柱状部６の斜面２８とに形成される開口領域は、その開口領域が任意に調整される。そして、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す如く、支持基板５の裏面２９側に形成される開口領域の開口幅Ｗ２が、支持基板５の表面２７側に形成される開口領域の開口幅Ｗ３より広くなる。つまり、支持基板５の裏面２９側に形成される開口領域は、支持基板５の表面２７側に形成される開口領域よりも広くなる。
【００３９】
図３（Ｃ）では、図１のパッケージ基台２の貫通孔１３が形成されている領域に関し、貫通孔１３が封止された状態の断面図を示している。図示の如く、貫通孔１３の側面３０や支持基板５の表裏面２７、２９には、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）が順次スパッタリングされた後、選択的に除去された金属層３１が形成されている。そして、金属層３１の一部は所望の形状にエッチング除去され、配線層１１として用いられる。この構造により、貫通孔１３は、支持基板５の表裏面２７、２９側を電気的に配線接続する配線層１１を形成する領域としての役割を果たす。
【００４０】
その一方で、貫通孔１３は、パッケージ基台２の中空部内を真空気密状態にするための作業孔としての役割も果たす。そのため、パッケージ基台２の中空部内を真空気密状態にした後、貫通孔１３は、例えば、金−スズ（Ａｕ−Ｓｎ）ボール等の封止材３２で封止されている。上述したように、貫通孔１３は支持基板５の表面２７と柱状部６の斜面２８とが交差する領域を開口することで、Ｗ２＞Ｗ３の関係を満たす。この構造により、貫通孔１３を封止する際に、支持基板５の裏面２９側から投入された金−スズボールが、パッケージ基台２内へと転がり込むことはない。そして、貫通孔１３内に留まる金−スズボールは、加熱、溶解され、貫通孔１３の側面の金属層３１と溶着し、貫通孔１３を封止する。そのことで、パッケージ基台２の中空部内は真空気密状態に保たれた圧電デバイスユニット１が実現される。
【００４１】
また、貫通孔１３がドライエッチングにより形成されることで、丸印３３（図３（Ｃ）参照）で示した領域において、貫通孔１３の側面３０と支持基板５の表面２７とが成す角が、ウエットエッチングで形成した構造よりも緩やかな角となる。この構造により、貫通孔１３内に形成される配線層１１が断線し難い構造を実現できる。
【００４２】
また、貫通孔１３がドライエッチングにより形成されることで、貫通孔１３の側面３０は、支持基板５の表裏面２７、２９に対してほぼ垂直面となる。この構造により、支持基板５の裏面２９側の開口領域が、ウエットエッチングで形成した構造よりも狭くなる。そして、パッケージ基台２のサイズが縮小され、且つ、パッケージ基台２の強度を向上させることができる。
【００４３】
尚、パッケージ基台２には、第１電極用の配線層１１が形成される貫通孔１３と第２電極用の配線層１２（図１参照）が形成される貫通孔１４（図１参照）とが形成されている。上述したように、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて貫通孔１３及び配線層１１について説明したが、貫通孔１４及び配線層１２においても同じ構造であり、同様な効果を得ることができる。
【００４４】
次に、本実施の形態である圧電デバイスユニットの製造方法について、図４〜図９を参照し、詳細に説明する。図４（Ａ）は、半導体ウエハを準備する工程を説明する斜視図である。図４（Ｂ）は、半導体ウエハを準備する工程を説明する断面図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、半導体ウエハ表面からウエットエッチングする工程を説明する上面図である。図６（Ａ）は、半導体ウエハ裏面からドライエッチングする工程を説明する裏面図である。図６（Ｂ）は、配線層を形成する工程を説明する断面図である。図７（Ａ）は、圧電振動子を準備する工程を説明する上面図である。図７（Ｂ）は、圧電振動子をパッケージ基台内に固着する工程を説明する断面図である。図８（Ａ）は、半導体ウエハにガラス板を貼り合わせる工程を説明する斜視図である。図８（Ｂ）は、半導体ウエハにガラス板を貼り合わせる工程を説明する断面図である。図９は、半導体ウエハ及びガラス板を分割する工程を説明する断面図である。尚、圧電デバイスユニットの製造方法の説明の際に、図１〜図３を用いて説明した圧電デバイスユニット１と同一の構成部材に対しては同一の符番を用いることとする。
【００４５】
先ず、図４（Ａ）〜図４（Ｂ）に示す如く、１枚の真性半導体ウエハ（以下、半導体ウエハと呼ぶ。）３４を準備する。
【００４６】
図４（Ａ）に示すように、半導体ウエハ３４は、圧電デバイスユニット１（図１参照）のパッケージ基台２（図１参照）として用いられるため、絶縁性材料であることが必要である。そのため、半導体ウエハ３４を形成する前段階であるインゴットを形成する際に、当該インゴットには不純物が含有されていない。そして、１枚の半導体ウエハ３４から複数のパッケージ基台２を同時に形成するため、半導体ウエハ３４には複数のパッケージ基台形成領域３５が配置されている。図４（Ｂ）に示すように、半導体ウエハ３４の厚みｔ１は、例えば、３００μｍ程度である。
【００４７】
次に、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示す如く、半導体ウエハ３４の個々のパッケージ基台形成領域３５に対し、半導体ウエハ３４の表面側からウエットエッチングを行うことで、パッケージ基台２を形成する。尚、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の説明では、１つのパッケージ基台形成領域３５について説明しているが、その他のパッケージ基台形成領域においても同様にウエットエッチングが行われる。
【００４８】
図５（Ａ）にハッチングで示すように、半導体ウエハ３４の両面に、例えば、クロム（Ｃｒ）をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）をスパッタリングし、エッチング保護膜３６を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、半導体チップ２６（図２（Ｂ）参照）を固着する領域３７に開口部が形成されるように、エッチング保護膜３６を選択的に除去する。その後、エッチング保護膜３６をマスクとし、エッチング液として、例えば、７０℃、４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて、半導体ウエハ３４表面から、例えば、５０μｍ程度ウエットエッチングを行う。
【００４９】
図５（Ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、配線層１１、１２（図１参照）を形成する領域３８等に開口部が形成されるように、エッチング保護膜３６を選択的に除去する。その結果として、エッチング保護膜３６には、半導体チップ２６を固着する領域３７及び配線層１１、１２を形成する領域３８等に開口部が形成される。その後、エッチング保護膜３６をマスクとし、エッチング液として、例えば、７０℃、４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて、半導体ウエハ３４表面から、例えば、５０μｍ程度ウエットエッチングを行う。尚、このウエットエッチング作業により、半導体チップ２６を固着する領域３７は、半導体ウエハ３４表面から、例えば、１００μｍ程度ウエットエッチングされる。
【００５０】
図５（Ｃ）に示す如く、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、段差部７、８（図１参照）を形成する領域３９に開口部が形成されるように、エッチング保護膜３６を選択的に除去する。その結果として、エッチング保護膜３６には、半導体チップ２６を固着する領域３７、配線層１１、１２を形成する領域３８等及び段差部７、８を形成する領域３９に開口部が形成される。その後、エッチング保護膜３６をマスクとし、エッチング液として、例えば、７０℃、４０ｗｔ％水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて、半導体ウエハ３４表面から、例えば、１５０μｍ程度ウエットエッチングを行う。尚、このウエットエッチング作業により、半導体チップ２６を固着する領域３７は、半導体ウエハ３４表面から、例えば、２５０μｍ程度ウエットエッチングされる。また、配線層１１、１２を形成する領域３８等は半導体ウエハ３４表面から、例えば、２００μｍ程度ウエットエッチングされる。
【００５１】
上述したように、パッケージ基台２の中空部となる領域において、深くエッチングされる領域から３段階に分けてウエットエッチングを行うことで、図２（Ａ）に示すパッケージ基台２の断面が形成される。つまり、１枚の半導体ウエハ３４に複数のパッケージ基台２を同時に形成するために、エッチング深さに応じて複数回のウエットエッチングを行っている。そして、結晶方位が（１００）のウエハ面に対しウエットエッチングを行うことで、結晶方位が（１１１）の斜面が形成される。
【００５２】
次に、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）に示す如く、半導体ウエハ３４の個々のパッケージ基台形成領域３５に対し、半導体ウエハ３４の裏面側からプラズマを用いたドライエッチングを行うことで、パッケージ基台２に貫通孔１３、１４（図１参照）を形成する。尚、図６（Ａ）〜図６（Ｂ）の説明では、１つのパッケージ基台形成領域３５について説明しているが、その他のパッケージ基台形成領域においても同様にドライエッチングが行われている。また、図６（Ｂ）では、貫通孔１３が形成される領域が示されているが、貫通孔１４においても、同様である。
【００５３】
図６（Ａ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、貫通孔１３、１４を形成する領域に開口部が形成されるように、エッチング保護膜３６を選択的に除去する。その後、エッチング保護膜３６をマスクとし、エッチングガスとして、例えば、フレオン（ＣＦ４）を用いて、半導体ウエハ３４裏面から、例えば、１３０μｍ程度ドライエッチングを行う。図６（Ｂ）に示すように、このドライエッチング作業により、支持基板５の表面２７と柱状部６の斜面２８とが交差する領域が開口するように、貫通孔１３、１４が形成される。そして、貫通孔１３、１４は、ドライエッチングにより形成されるため、貫通孔１３の側面３０は、支持基板５の表裏面２７、２９に対してほぼ垂直面となるように形成される。この製造方法により、支持基板５の裏面２９側には、貫通孔１３、１４形状の開口領域が形成される。一方、支持基板５の表面２７側には、支持基板５の裏面２９側よりも狭い開口領域が形成される。その後、半導体ウエハ３４両面のエッチング保護膜３６を全て除去する。
【００５４】
図６（Ｂ）に示すように、貫通孔１３内を含む半導体ウエハ３４の両面にクロム（Ｃｒ）４０をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）４１をスパッタリングし、金属層４２を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層４２を選択的に除去し、パッケージ基台２外部の外部電極（図示せず）、配線層１１、１２（図１参照）、接続端子９、１０（図１参照）を形成する。
【００５５】
次に、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）に示す如く、圧電振動子３を準備し、半導体ウエハ３４に形成された個々のパッケージ基台２内に固着する。尚、図７（Ｂ）の説明では、１つのパッケージ基台形成領域３５について説明しているが、その他のパッケージ基台形成領域においても同様に、圧電振動子３が固着される。また、図７（Ｂ）では、段差部７が形成される領域の断面が示されているが、段差部８においても、同様である。
【００５６】
図７（Ａ）に示すように、水晶ウエハ４３には複数の圧電振動子３が形成され、水晶ウエハ４３から圧電振動子３を離脱させる。ここで、圧電振動子３は、一対の振動腕部１５、１６と、基部１７等から構成されている。振動腕部１５、１６は、その一端側が基部１７と一体に形成され、音叉形状となっている。そして、圧電振動子３は、基部１７に形成された凹部４４内から延在する部分が支持バー４５と接続し、水晶ウエハ４３に支持されている。この構造により、圧電振動子３が水晶ウエハ４３から離脱する際に、切り欠き部分が凹部４４内に収まり、基部１７から突出することを防止できる。その結果、パッケージ基台２のサイズが小型化された場合でも、切り欠き部分がパッケージ基台２に引っ掛かることのない圧電振動子３を形成できる。
【００５７】
図７（Ｂ）に示すように、圧電振動子３の基部１７裏面に形成された第１電極用及び第２電極用の端子電極（図示せず）を、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤２３または金属拡散接合により、段差部７、８上の接続端子９、１０（図１参照）に固着する。この構造により、圧電振動子３は支持基板５上の中空部に２点固着状態で支持される。また、同様に、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤２５を介して、支持基板５上の導電パターン（図示せず）に半導体チップ２６を固着する。
【００５８】
次に、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）に示す如く、半導体ウエハ３４上にガラス板４６を貼り合わせる。尚、図８（Ｂ）では、１つのパッケージ基台形成領域３５を図示しているが、その他のパッケージ基台形成領域においても、同様に、ガラス板４６が貼り合わされる。
【００５９】
図８（Ａ）に示すように、半導体ウエハ３４と同一形状のガラス板４６を準備する。つまり、半導体ウエハ３４に一体に形成されている複数のパッケージ基台２に対して１枚のガラス板４６を貼り合わせる。
【００６０】
図８（Ｂ）に示すように、例えば、パッケージ基台２の柱状部６の接着面２２にシリコン系接着剤２４を塗布した後、半導体ウエハ３４上にガラス板４６を貼り合わせる。ここで、シリコン系接着剤２４は、例えば、鉛を含まない、フェニル基を有するシロキサン化合物である。そして、シリコン系接着剤２４は、常温では固体形状であり、１００℃前後で水飴状に軟質化し、１５０℃以下の温度サイクルでは熱可塑性を有し、２００〜３００℃の温度で熱硬化するガス発生の少ない接着剤である。つまり、シリコン系接着剤２４は、熱処理温度２００〜３００℃の接着工程で、３００℃の耐熱性接着被膜が得られ、気密性に優れた接合層となる。
【００６１】
上述したように、半導体ウエハ３４は、その表面側からウエットエッチングされ、その裏面側からドライエッチングされる。半導体ウエハ３４にエッチング加工を行い、パッケージ基台２を形成することで、半導体ウエハ３４に対して焼結加工を行うことはない。この製造方法により、セラミック・グリーンシート等のように半導体ウエハ３４が焼き縮むことを防止でき、半導体ウエハ３４に対し反り上がる等の歪みが発生することを抑止できる。そして、歪みが抑止された半導体ウエハ３４とガラス板４６とは、精度良く貼り合わされる。そして、半導体ウエハ３４には複数のパッケージ基台２が形成されているが、半導体ウエハ３４の任意の箇所のパッケージ基台２においても、中空気密状態が保持される。尚、半導体ウエハ３４をエッチング加工することでその厚みに変化が生じ、半導体ウエハ３４に若干の歪みが生じるが、ガラス板４６との貼り合わせ精度には問題がない程度の歪みである。
【００６２】
最後に、図９に示す如く、半導体ウエハ３４及びガラス板４６をダイシングする。
【００６３】
図示したように、ダイシングシート４７を準備し、ダイシングシート４７上に、例えば、ガラス板４６側を貼り合わせる。そして、パッケージ基台形成領域３５毎に半導体ウエハ３４及びガラス板４６をダイシングし、個々の圧電デバイスユニット１に分離する。ダイシングには、ダイシング装置のダイシングブレード４８を用い、点線で示したダイシングライン４９に沿って半導体ウエハ３４とガラス板４６とを同時にダイシングする。この製造方法により、パッケージ基台形成領域３５毎に分割した圧電デバイスユニット１を形成する。ダイシング工程においては、ダイシングブレード４８がダイシングシート４７の表面に到達するような切削深さで切断する。この際、半導体ウエハ３４の裏面側からも観測可能な合わせマーク（例えば、半導体ウエハ３４の周辺部分に形成した貫通孔や、金メッキ層の一部）をダイシング装置側で自動認識し、これを位置基準として用いてダイシングする。その結果、ダイシングにより分離された個々の圧電デバイスユニット１は、ダイシングシート４７に支持され、個別にバラバラに分離することはない。その後、ダイシングシート４７から個々の圧電デバイスユニット１を離脱させ、圧電デバイスユニット１が完成する。
【００６４】
尚、本実施の形態では、半導体ウエハ３４とガラス板４６とをシリコン系接着剤２４を用いて貼り合わせる場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、シリコン系接着剤２４を用いることなく、半導体ウエハ３４とガラス板４６とを陽極接合により接合する場合でも良い。この場合には、例えば、半導体ウエハ３４を陽極に接続し、ガラス板４６を陰極に接続し、例えば、５００〜１０００Ｖで印加した状態で、３００〜４００℃に加熱することで、半導体ウエハ３４とガラス板４６との界面が化学結合する。そのため、シリコン系接着剤２４等の接着剤を用いた場合と比較してガスの発生を抑制することができる。そして、貫通孔１３、１４を介してパッケージ基台２の中空部内を真空気密状態に保つ作業を容易にすることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットを説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットを説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットを説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図、（Ｃ）断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための（Ａ）上面図、（Ｂ）上面図、（Ｃ）上面図である。
【図６】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための（Ａ）裏面図、（Ｂ）断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための（Ａ）上面図、（Ｂ）断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における圧電デバイスユニットの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来の実施の形態における圧電デバイスユニットを説明するための断面図である。
【図１１】従来の実施の形態における圧電デバイスユニットを説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  圧電デバイスユニット
２  パッケージ基台
３  圧電振動子
４  パッケージ蓋部
５  支持基板
６  柱状部
１３  貫通孔
１４  貫通孔
２４  シリコン系接着剤
３１  金属層
３２  封止材
３４  半導体ウエハ
４６  ガラス板
【図１】
2007173915.tif 000003
【図２】
2007173915.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007173915.tif 000007
【図６】
2007173915.tif 000008
【図７】
2007173915.tif 000009
【図８】
2007173915.tif 000010
【図９】
2007173915.tif 000011
【図１０】
2007173915.tif 000012
【図１１】
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