特許 7581915 振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20241106BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20241106BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

H01L23/12 N

H01L23/14 S

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021010083

(22)【出願日】2021-01-26

(65)【公開番号】P2022114007

(43)【公開日】2022-08-05

【審査請求日】2023-12-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】松澤 勇介

【審査官】東 昌秋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２８０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２８１２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１３９７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５９８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５１９２０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｂ ５／３０－ ５／４２

Ｈ０１Ｌ ２３／１２－２３／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースと、
前記ベースに配置されている振動素子と、を有し、
前記ベースは、互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記第２面側に配置され、接続パッドを備える配線層と、前記第２面と前記配線層との
間に配置されている絶縁層と、を含む集積回路と、
前記半導体基板および前記絶縁層を貫通し、前記接続パッドに接続されている貫通電極
と、
前記第２面と前記絶縁層との間に配置され、ＳｉＮで構成されたエッチングストップ層
と、
前記第２面と前記配線層との間に前記絶縁層を貫通して配置され、前記半導体基板の平
面視において前記貫通電極を囲んでいる環状の金属層と、を有することを特徴とする振動
デバイス。

【請求項2】

ベースと、
前記ベースに配置されている振動素子と、を有し、
前記ベースは、互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記第２面側に配置され、接続パッドを備える配線層と、前記第２面と前記配線層との
間に配置されている絶縁層と、を含む集積回路と、
前記半導体基板および前記絶縁層を貫通し、前記接続パッドに接続されている貫通電極
と、
前記第２面と前記配線層との間に前記絶縁層を貫通して配置され、前記半導体基板の平
面視において前記貫通電極を囲んでいる環状の金属層と、を有し、
前記金属層は、前記貫通電極を囲んでいる第１金属層と、前記第１金属層を囲んでいる
第２金属層と、を有することを特徴とする振動デバイス。

【請求項3】

前記半導体基板の平面視において、前記金属層は、前記接続パッドに内包されている請
求項１または２に記載の振動デバイス。

【請求項4】

前記集積回路は、前記半導体基板の厚さ方向に積層されている複数の前記配線層を有し
、
前記貫通電極は、複数の前記配線層のうち最も前記半導体基板側に位置する前記配線層
に含まれる前記接続パッドに接続されている請求項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】

前記配線層と前記貫通電極とは、同じ材料で構成されている請求項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】

前記振動素子は、前記半導体基板の前記第１面側に配置され、
前記ベースとの間に前記振動素子を収容するリッドを有する請求項１ないし５のいずれ
か１項に記載の振動デバイス。

【請求項7】

前記振動素子は、前記半導体基板の前記第２面側に配置され、
前記ベースとの間に前記振動素子および前記集積回路を収容するリッドを有する請求項
１ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。

【請求項8】

互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、前記第２面側に配置
され、接続パッドを備える配線層と、前記第２面と前記配線層との間に配置されている絶
縁層と、を含む集積回路と、前記第２面と前記配線層との間に前記絶縁層を貫通して配置
されている環状の金属層と、を有するベースを準備するベース準備工程と、
前記半導体基板および前記絶縁層を貫通し、前記金属層の内側を通って前記接続パッド
に接続される貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
前記貫通電極形成工程の後、振動素子を前記ベースに実装する振動素子配置工程と、を
含み、
前記貫通電極形成工程は、
ドライエッチングによって前記半導体基板を貫通した後、ウェットエッチングによって
前記絶縁層を貫通することによって前記第１面から前記金属層の内側を通って前記接続パ
ッドに臨む貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔内に導電性材料を配置し前記貫通電極を形成する導電性材料配置工程と、を
含むことを特徴とする振動デバイスの製造方法。

【請求項9】

前記ベースは、前記第２面と前記絶縁層との間に配置され、ＳｉＮで構成されたエッチ
ングストップ層を有する請求項８に記載の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、振動デバイスおよび振動デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されている半導体基板は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成された導電パッドと、シリコン基板および絶縁層を貫通し、導電パッドに接続された貫通電極と、を有する。また、貫通電極の形成方法は、ドライエッチングによってシリコン基板に貫通孔を形成する工程と、ウェットエッチングによって絶縁層に貫通孔を形成する工程と、貫通孔に金属材料を充填する工程と、を含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１４－５１９２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このように、特許文献１の貫通電極の形成方法では、ウェットエッチングによって絶縁層に貫通孔を形成している。しかしながら、ウェットエッチングは、等方性のエッチングである。そのため、絶縁層にサイドエッチングが生じ、サイドエッチングにより意図せずに発生した空隙に金属材料が侵入することにより、配線のパターン不良（以下「サイドエッチングに起因した配線のパターン不良」とも言う。）が生じるおそれがあるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の振動デバイスは、ベースと、
前記ベースに配置されている振動素子と、を有し、
前記ベースは、互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、
前記第２面側に配置され、接続パッドを備える配線層と、前記第２面と前記配線層との間に配置されている絶縁層と、を含む集積回路と、
前記半導体基板および前記絶縁層を貫通し、前記接続パッドに接続されている貫通電極と、
前記第２面と前記配線層との間に前記絶縁層を貫通して配置され、前記半導体基板の平面視において前記貫通電極を囲んでいる環状の金属層と、を有する。

【0006】

本発明の振動デバイスの製造方法は、互いに表裏関係にある第１面および第２面を有する半導体基板と、前記第２面側に配置され、接続パッドを備える配線層と、前記第２面と前記配線層との間に配置されている絶縁層と、を含む集積回路と、前記第２面と前記配線層との間に前記絶縁層を貫通して配置されている環状の金属層と、を有するベースを準備するベース準備工程と、
前記半導体基板および前記絶縁層を貫通し、前記金属層の内側を通って前記接続パッドに接続される貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、を含み、
前記貫通電極形成工程は、
ドライエッチングによって前記半導体基板を貫通した後、ウェットエッチングによって前記絶縁層を貫通することによって前記第１面から前記金属層の内側を通って前記接続パッドに臨む貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔内に導電性材料を配置し前記貫通電極を形成する導電性材料配置工程と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る振動デバイスを示す縦断面図である。

【図2】ベースの上面を示す平面図である。

【図3】貫通電極を囲む金属層を示す縦断面図である。

【図4】貫通電極を囲む金属層を示す横断面図である。

【図5】振動素子を示す平面図である。

【図6】振動デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

【図7】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図8】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図9】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図10】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図11】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図12】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図13】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図14】振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。

【図15】第２実施形態に係る振動デバイスを示す縦断面図である。

【図16】第３実施形態に係る振動デバイスが有する金属層を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、振動デバイスの好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１、図３、図７ないし図１５中の紙面上側を「上」とも言い、紙面下側を「下」とも言う。

【0009】

＜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縦断面図である。図２は、ベースの上面を示す平面図である。図３は、貫通電極を囲む金属層を示す縦断面図である。図４は、貫通電極を囲む金属層を示す横断面図である。図５は、振動素子を示す平面図である。図６は、振動デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図７ないし図１４は、振動デバイスの製造方法を説明するための縦断面図である。なお、図１は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。

【0010】

図１に示すように、振動デバイス１は、収容部Ｓを有するパッケージ１０と、収容部Ｓ内に収容された振動素子４と、を有する。また、パッケージ１０は、振動素子４が実装されたベース２と、振動素子４を覆ってベース２の上面に接合されたリッド３と、を有する。また、ベース２は、半導体基板５と、半導体基板５に配置された集積回路６と、を有する。

【0011】

半導体基板５は、シリコン基板、特にＰ型のシリコン基板である。ただし、半導体基板５としては、特に限定されず、Ｎ型のシリコン基板であってもよい。また、半導体基板５は、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板であってもよい。

【0012】

半導体基板５は、板状であり、互いに表裏関係にある第１面５ａおよび第２面５ｂを有する。第１面５ａは、上面であり、第２面５ｂは、下面である。また、半導体基板５の表面にはＳｉＯ_２（酸化シリコン）で構成された絶縁膜５０が形成されている。ただし、絶縁膜５０としては、特に限定されず、例えば、有機絶縁膜であってもよい。

【0013】

また、半導体基板５の第２面５ｂ側には振動素子４と電気的に接続された集積回路６が形成されている。半導体基板５に集積回路６を形成することにより、半導体基板５を有効活用することができる。特に、第２面５ｂ側に集積回路６を形成することにより、第１面５ａ側に集積回路６を形成する場合と比べて、リッド３との接合領域がない分、集積回路６の形成スペースを広く確保することができる。

【0014】

集積回路６には、振動素子４と電気的に接続され、振動素子４を発振させてクロック信号等の発振信号を生成する発振回路６Ａが含まれている。集積回路６には、発振回路６Ａの他にも回路が含まれていてもよい。当該回路としては、例えば、発振回路６Ａからの出力信号を処理する処理回路が挙げられ、このような処理回路としては、例えば、ＰＬＬ回路が挙げられる。

【0015】

第２面５ｂ側には、エッチングストップ層６１、絶縁層６２、配線層６３、絶縁層６４、配線層６５、絶縁層６６、パッシベーション膜６７および端子層６８が順に積層してなる積層体６０が形成されている。そして、配線層６３、６５を介して第２面５ｂに形成された図示しない複数の能動素子が電気的に接続されて集積回路６が構成される。また、端子層６８は、複数の実装端子６８１を有する。集積回路６は、これら実装端子６８１を介して外部装置と電気的に接続される。なお、積層体６０に含まれる配線層の数は、特に限定されず、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0016】

また、ベース２には、その上面側から、半導体基板５、エッチングストップ層６１および絶縁層６２を厚さ方向に貫通して配線層６３に臨む一対の貫通孔２１、２２が形成されている。後述する振動デバイス１の製造方法でも説明するが、貫通孔２１、２２は、ドライエッチングによって半導体基板５およびエッチングストップ層６１を貫通し、続いてウェットエッチングによって絶縁層６２を貫通することにより形成されている。このような形成方法によれば、ウェットエッチング時に貫通孔２１、２２が配線層６３に到達するため、配線層６３へのプラズマダメージが抑えられる。また、ドライエッチングにより半導体基板５を貫通するため、高いアスペクト比の貫通孔２１、２２を形成することができる。そのため、振動デバイス１の信頼性を高めつつ、振動デバイス１の小型化を図ることができる。

【0017】

各貫通孔２１、２２内には導電性材料Ｅが充填され、貫通電極２１０、２２０が形成されている。貫通電極２１０、２２０は、それぞれ、配線層６３が有する接続パッド６３１、６３２と電気的に接続されている。つまり、貫通電極２１０、２２０は、集積回路６に含まれる複数の配線層６３、６５のうち、最も半導体基板５側に位置する配線層６３に含まれる接続パッド６３１、６３２に接続されている。これにより、配線層６５に含まれる接続パッドに接続する場合と比べ、貫通電極２１０、２２０を短くすることができる。そのため、貫通電極２１０、２２０の形成が容易となる。ただし、これに限定されず、例えば、貫通電極２１０、２２０は、配線層６５に含まれる接続パッドに接続されていてもよい。

【0018】

また、図２に示すように、半導体基板５の第１面５ａ側には、金属バンプ８１、８２を介して振動素子４と電気的に接続された一対の配線２８、２９が配置されている。配線２８は、貫通電極２１０を介して集積回路６と電気的に接続され、配線２９は、貫通電極２２０を介して集積回路６と電気的に接続されている。

【0019】

また、図１および図３に示すように、ベース２には、エッチングストップ層６１と配線層６３との間に絶縁層６２を貫通して配置された金属層６９１、６９２が形成されている。また、図４に示すように、金属層６９１、６９２は、半導体基板５の平面視において、貫通電極２１０、２２０を囲む環状をなす。配線層６３には、貫通電極２１０、２２０と接続された接続パッド６３１、６３２が設けられており、半導体基板５の平面視において、金属層６９１は、接続パッド６３１に内包され、金属層６９２は、接続パッド６３２に内包されている。そのため、金属層６９１、６９２の上端は、絶縁層６２を貫通してエッチングストップ層６１の下面と接し、金属層６９１、６９２の下端は、絶縁層６２を貫通して接続パッド６３１、６３２の上面と接している。

【0020】

このような金属層６９１、６９２は、後述する振動デバイス１の製造方法でも説明するように、貫通孔２１、２２を形成する際のエッチングストップ層であるガードリングとして機能する。金属層６９１、６９２を設けることにより、ウェットエッチングによって絶縁層６２に貫通孔２１、２２を形成する際に、金属層６９１、６９２より外側へのサイドエッチングが規制され、それ以上の意図しないサイドエッチングを抑制することができる。そのため、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良を抑制することができ、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0021】

リッド３は、半導体基板５と同様、シリコン基板である。これにより、半導体基板５とリッド３との線膨張係数が等しくなる。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、振動デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド３としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。また、例えば、コバール等の金属基板、ガラス基板等の半導体基板以外の基板を用いることもできる。

【0022】

図１に示すように、リッド３は、その下面に開口し、内部に振動素子４を収容する有底の凹部３１を有する。そして、リッド３は、その下面において接合部材７を介してベース２の上面に接合されている。これにより、リッド３とベース２との間に振動素子４を収容する空間である収容部Ｓが形成される。本実施形態では、金属同士の拡散を利用した拡散接合を用いてリッド３とベース２とが接合されている。ただし、リッド３とベース２との接合方法は、特に限定されない。

【0023】

収容部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４の発振特性が向上する。ただし、収容部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。

【0024】

図５に示すように、振動素子４は、振動基板４１と、振動基板４１の表面に配置された電極４２と、を有する。振動基板４１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いるため、優れた温度特性を有する振動素子４となる。また、電極４２は、振動基板４１の上面に配置された励振電極４２１と、下面に励振電極４２１と対向して配置された励振電極４２２と、を有する。また、電極４２は、振動基板４１の下面に配置された一対の端子４２３、４２４と、端子４２３と励振電極４２１とを電気的に接続する配線４２５と、端子４２４と励振電極４２２とを電気的に接続する配線４２６と、を有する。

【0025】

なお、振動素子４の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子４は、励振電極４２１、４２２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４１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。

【0026】

また、振動素子４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、音叉型の振動素子のように複数の振動腕が面内方向に屈曲振動するものであってもよい。つまり、振動基板４１は、ＡＴカット水晶基板から形成されたものに限定されず、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カット水晶基板等から形成されていてもよい。

【0027】

また、振動基板４１の構成材料としては、水晶に限定されず、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、ランガサイト、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。さらにまた、振動素子４は、圧電駆動型の振動片に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動片であってもよい。

【0028】

このような振動素子４は、半導体基板５の第１面５ａ側に位置している。また、振動素子４は、一対の金属バンプ８１、８２によってベース２に接合されていると共に配線２８、２９と電気的に接続されている。金属バンプ８１、８２は、スタッドバンプ、めっきバンプ等である。なお、振動素子４とベース２との接続方法としては、特に限定されず、例えば、振動素子４は、導電性の接着剤によってベース２に接合されていると共に配線２８、２９と電気的に接続されていてもよい。

【0029】

以上、振動デバイス１の構成について説明した。次に、振動デバイス１の製造方法について説明する。振動デバイス１の製造方法は、図６に示すように、ベース準備工程Ｓ１と、貫通電極形成工程Ｓ２と、振動素子配置工程Ｓ３と、リッド配置工程Ｓ４と、を含んでいる。さらに、貫通電極形成工程Ｓ２は、貫通孔形成工程Ｓ２１と、導電性材料配置工程Ｓ２２と、を含んでいる。

【0030】

＜ベース準備工程Ｓ１＞
まず、図７に示すように、ベース２を準備する。この段階では、ベース２に貫通電極２１０、２２０および配線２８、２９が形成されていない。つまり、ベース２は、半導体基板５と、半導体基板５の第２面５ｂ側に配置された集積回路６と、集積回路６内に形成された環状の金属層６９１、６９２と、を有する。エッチングストップ層６１は、ＳｉＮ（窒化シリコン）で構成され、絶縁層６２、６４は、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）で構成されている。また、配線層６３、６５、端子層６８および金属層６９１、６９２は、それぞれ、アルミニウム（Ａｌ）で構成され、パッシベーション膜６７は、ポリイミドで構成されている。ただし、これら各層の構成材料としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。

【0031】

＜貫通電極形成工程Ｓ２＞
≪貫通孔形成工程Ｓ２１≫
次に、図８に示すように、半導体基板５を厚さ方向に貫通する貫通孔２１１、２２１を形成する。貫通孔２１１、２２１の形成は、ドライエッチング、その中でも特にボッシュ法により行われる。これにより、高いアスペクト比を有する貫通孔２１１、２２１を形成することができる。なお、エッチングストップ層６１は、本ドライエッチングのストップ層として機能する。特に、エッチングストップ層６１をＳｉＮ（窒化シリコン）で構成することにより、本ドライエッチングに対して高い選択比を有するエッチングストップ層６１となり、オーバーエッチングを効果的に抑制することができる。そのため、例えば、貫通孔２１１、２２１が配線層６３まで達し、配線層６３にプラズマダメージを与えてしまうことを効果的に抑制することができる。その結果、本ドライエッチングに起因した配線のパターン不良が抑制され、高い信頼性を有する振動デバイス１を製造することができる。

【0032】

次に、図９に示すように、貫通孔２１１、２２１の下端から掘り進め、エッチングストップ層６１を厚さ方向に貫通する貫通孔２１２、２２２を形成する。貫通孔２１２、２２２の形成は、ドライエッチングにより行われる。ただし、これに限定されず、貫通孔２１２、２２２の形成は、ウェットエッチングにより行われてもよい。

【0033】

次に、図１０に示すように、貫通孔２１２、２２２の下端から掘り進め、金属層６９１、６９２の内側を通過して絶縁層６２を厚さ方向に貫通する貫通孔２１３、２２３を形成する。貫通孔２１３、２２３の形成は、ウェットエッチングにより行われる。貫通孔２１３、２２３をウェットエッチングにより形成することにより、ドライエッチングで形成したときのような配線層６３へのプラズマダメージが生じない。そのため、ドライエッチングに起因する配線のパターン不良を抑制することができる。その代わりに、ウェットエッチングでは、サイドエッチングが生じ、ウェットエッチングに起因する配線のパターン不良が生じるおそれがある。しかしながら、本実施形態では、貫通孔２１３、２２３が金属層６９１、６９２の内側を通過するため、金属層６９１、６９２によってそれ以上外側へのサイドエッチングが規制される。したがって、意図しないサイドエッチングが抑制される。その結果、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良が抑制され、信頼性の高い振動デバイス１を製造することができる。

【0034】

特に、本実施形態では、半導体基板５の平面視で、金属層６９１、６９２は、接続パッド６３１、６３２に内包され、金属層６９１、６９２の下端が接続パッド６３１、６３２の上面と接している。そのため、金属層６９１、６９２より外側へのエッチング液の侵入を効果的に抑制することができ、意図しないサイドエッチングを効果的に抑制することができる。その結果、ウェットエッチングに起因した配線のパターン不良をより効果的に抑制することができる。

【0035】

以上の工程により、第１面５ａから金属層６９１、６９２層の内側を通って配線層６３の接続パッド６３１、６３２に臨む貫通孔２１、２２が形成される。このような貫通孔２１、２２の形成方法によれば、配線層６３へのプラズマダメージと、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良を抑制しつつ、高いアスペクト比を有する貫通孔２１、２２を形成することができる。そのため、信頼性が高く、小型な振動デバイス１を製造することができる。

【0036】

≪導電性材料配置工程Ｓ２２≫
次に、図１１に示すように、半導体基板５の第１面５ａおよび貫通孔２１、２２の内面に絶縁膜５０を形成する。絶縁膜５０の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）を用いることができる。次に、図１２に示すように、貫通孔２１、２２の底面に形成された絶縁膜５０をエッチングによって除去し、接続パッド６３１、６３２を貫通孔２１、２２内に露出させる。

【0037】

次に、導電性材料Ｅを第１面５ａ上に膜状に配置すると共に貫通孔２１、２２内に充填する。次に、第１面５ａ上の導電性材料Ｅをエッチングによりパターニングする。これにより、図１３に示すように、配線２８、２９および貫通電極２１０、２２０が一括形成される。なお、導電性材料Ｅとしては、特に限定されないが、例えば、配線層６３と同じ材料を用いることができる。これにより、貫通電極２１０、２２０と配線層６３との親和性が高まり、これらの接触不良等を効果的に抑制することができる。また、材料を共有することができるため、振動デバイス１の製造コストを削減することもできる。ただし、導電性材料Ｅとしては、特に限定されず、例えば、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）／銅（Ｃｕ）／金（Ａｕ）の積層構造とすることもできる。

【0038】

≪振動素子配置工程Ｓ３≫
次に、金属バンプ８１、８２を介して振動素子４を配線２８、２９上に実装する。

【0039】

≪リッド配置工程Ｓ４≫
次に、ベース２の上面にリッド３を接合する。以上により、図１４に示すように、振動デバイス１が製造される。

【0040】

以上、振動デバイス１と振動デバイス１の製造方法について詳細に説明した。このような振動デバイス１は、前述したように、ベース２と、ベース２に配置されている振動素子４と、を有する。また、ベース２は、互いに表裏関係にある第１面５ａおよび第２面５ｂを有する半導体基板５と、第２面５ｂ側に配置され、接続パッド６３１、６３２を備える配線層６３と、第２面５ｂと配線層６３との間に配置されている絶縁層６２と、を含む集積回路６と、半導体基板５および絶縁層６２を貫通し、接続パッド６３１、６３２に接続されている貫通電極２１０、２２０と、第２面５ｂと配線層６３との間に絶縁層６２を貫通して配置され、半導体基板５の平面視において貫通電極２１０、２２０を囲んでいる環状の金属層６９１、６９２と、を有する。このような構成の振動デバイス１によれば、絶縁層６２を貫通する貫通孔２１３、２２３をウェットエッチングにより形成しても、金属層６９１、６９２がガードリングとして機能し、それ以上のサイドエッチングが規制される。そのため、例えば、ドライエッチングのときのようなプラズマダメージを配線層６３に与えず、かつ、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良が抑制される。そのため、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0041】

また、前述したように、半導体基板５の平面視において、金属層６９１、６９２は、接続パッド６３１、６３２に内包されている。これにより、金属層６９１、６９２より外側へのエッチング液の侵入をより効果的に抑制することができ、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良をより効果的に抑制することができる。

【0042】

また、前述したように、集積回路６は、半導体基板５の厚さ方向に積層されている複数の配線層６３、６５を有し、貫通電極２１０、２２０は、複数の配線層６３、６５のうち最も半導体基板５側に位置する配線層６３に含まれる接続パッド６３１、６３２に接続されている。これにより、貫通電極２１０、２２０をなるべく短くすることができ、貫通電極２１０、２２０の形成が容易となる。

【0043】

また、前述したように、ベース２は、第２面５ｂと絶縁層６２との間に配置され、ＳｉＮで構成されたエッチングストップ層６１を有する。これにより、半導体基板５をドライエッチングして貫通孔２１１、２２１を形成する際のオーバーエッチングを抑制することができ、配線層６３へのプラズマダメージを効果的に抑制することができる。

【0044】

また、前述したように、配線層６３と貫通電極２１０、２２０とは、同じ材料で構成されている。これにより、貫通電極２１０、２２０と配線層６３との親和性が高まり、これらの接触不良等を効果的に抑制することができる。また、材料を共有することができるため、振動デバイス１の製造コストを削減することもできる。

【0045】

また、前述したように、振動素子４は、半導体基板５の第１面５ａ側に配置されている。また、振動デバイス１は、ベース２との間に振動素子４を収容するリッド３を有する。これにより、振動素子４を保護することができる。また、第２面５ｂ側に集積回路６を形成することにより、第１面５ａに集積回路６を形成する場合と比べて、リッド３との接合領域がない分、集積回路６の形成スペースを広く確保することができる。

【0046】

また、前述したように、振動デバイス１の製造方法は、互いに表裏関係にある第１面５ａおよび第２面５ｂを有する半導体基板５と、第２面５ｂ側に配置され、接続パッド６３１、６３２を備える配線層６３と、第２面５ｂと配線層６３との間に配置されている絶縁層６２と、を含む集積回路６と、第２面５ｂと配線層６３との間に絶縁層６２を貫通して配置されている環状の金属層６９１、６９２と、を有するベース２を準備するベース準備工程Ｓ１と、半導体基板５および絶縁層６２を貫通し、金属層６９１、６９２の内側を通って接続パッド６３１、６３２に接続される貫通電極２１０、２２０を形成する貫通電極形成工程Ｓ２と、を含む。また、貫通電極形成工程Ｓ２は、ドライエッチングによって半導体基板５を貫通した後、ウェットエッチングによって絶縁層６２を貫通することによって第１面５ａから金属層６９１、６９２の内側を通って接続パッド６３１、６３２に臨む貫通孔２１、２２を形成する貫通孔形成工程Ｓ２１と、貫通孔２１、２２内に導電性材料Ｅを配置し貫通電極２１０、２２０を形成する導電性材料配置工程Ｓ２２と、を含む。このような方法によれば、絶縁層６２を貫通する貫通孔２１３、２２３をウェットエッチングにより形成しても、金属層６９１、６９２がガードリングとして機能し、それ以上のサイドエッチングが規制される。そのため、例えば、ドライエッチングのときのようなプラズマダメージを配線層６３に与えず、かつ、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良が抑制される。そのため、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0047】

また、前述したように、ベース２は、第２面５ｂと絶縁層６２との間に配置され、ＳｉＮで構成されたエッチングストップ層６１を有する。これにより、半導体基板５をドライエッチングして貫通孔２１１、２２１を形成する際のオーバーエッチングを抑制することができ、配線層６３へのプラズマダメージを効果的に抑制することができる。

【0048】

＜第２実施形態＞
図１５は、第２実施形態に係る振動デバイスを示す縦断面図である。

【0049】

本実施形態の振動デバイス１は、ベース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、本実施形態に関し、前述した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１５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0050】

図１５に示すように、本実施形態のベース２は、前述した第１実施形態に対して上下が反転しており、半導体基板５の上面側すなわち第２面５ｂ側に集積回路６が形成されている。また、半導体基板５の上面側に振動素子４が配置され、振動素子４と集積回路６とが一対の金属バンプ８１、８２を介して接合されている。なお、集積回路６は、半導体基板５の第２面５ｂにリッド３との接合スペースを確保するために、第２面５ｂの外周部を除くようにしてベース２に対してひと回り小さく形成されている。このような構成によれば、振動素子４と共に集積回路６を収容部Ｓ内に収容して保護することができる。

【0051】

集積回路６の端子層６８には、前述した第１実施形態の実装端子６８１に替え、振動素子４と配線層６５とを電気的に接続する配線６８２、６８３が配置されている。また、半導体基板５の第１面５ａ側には、前述した配線２８、２９に替え、複数の実装端子２６が配置されている。各実装端子２６は、それぞれ、絶縁層６２を貫通して形成された環状の金属層６９３内を通って半導体基板５、エッチングストップ層６１および絶縁層６２を貫通する貫通電極２３０を介して集積回路６と電気的に接続されている。なお、貫通電極２３０は、前述した第１実施形態の貫通電極２１０、２２０と同じ構成であり、金属層６９３は、前述した第１実施形態の金属層６９１、６９２と同じ構成である。また、これらは、前述した第１実施形態と同様の方法により形成されている。

【0052】

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、振動素子４は、半導体基板５の第２面５ｂ側に配置されている。また、振動デバイス１は、ベース２との間に振動素子４および集積回路６を収容するリッド３を有する。これにより、振動素子４および集積回路６を保護することができる。

【0053】

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。

【0054】

＜第３実施形態＞
図１６は、第３実施形態に係る振動デバイスが有する金属層を示す横断面図である。

【0055】

本実施形態の振動デバイス１は、金属層６９１、６９２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、本実施形態に関し、前述した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１６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0056】

図１６に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、同心的に配置された複数の金属層６９１を有する。具体的には、複数の金属層６９１には、最内に位置し、貫通電極２１０を囲む第１金属層６９１ａと、第１金属層６９１ａの外側に位置し、第１金属層６９１ａを囲む第２金属層６９１ｂと、第２金属層６９１ｂの外側に位置し、第２金属層６９１ｂを囲む第３金属層６９１ｃと、が含まれる。このような構成によれば、３重の金属層６９１によってエッチング液の漏れを阻止することができるため、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良をより確実に抑制することができる。ただし、金属層６９１の数としては、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

【0057】

同様に、本実施形態の振動デバイス１では、同心的に配置された複数の金属層６９２を有する。具体的には、複数の金属層６９２には、最内に位置し、貫通電極２２０を囲む第１金属層６９２ａと、第１金属層６９２ａの外側に位置し、第１金属層６９２ａを囲む第２金属層６９２ｂと、第２金属層６９２ｂの外側に位置し、第２金属層６９２ｂを囲む第３金属層６９２ｃと、が含まれる。このような構成によれば、３重の金属層６９２によってエッチング液の漏れを阻止することができるため、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良をより確実に抑制することができる。ただし、金属層６９２の数としては、特に限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

【0058】

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、金属層６９１、６９２は、貫通電極２１０、２２０を囲んでいる第１金属層６９１ａ、６９２ａと、第１金属層６９１ａ、６９２ａを囲んでいる第２金属層６９１ｂ、６９２ｂと、を有する。これにより、サイドエッチングに起因した配線のパターン不良をより確実に抑制することができる。

【0059】

このような第３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。

【0060】

以上、本発明の振動デバイス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、本発明は、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、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１…振動デバイス、１０…パッケージ、２…ベース、２１…貫通孔、２１０…貫通電極、２１１…貫通孔、２１２…貫通孔、２１３…貫通孔、２２…貫通孔、２２０…貫通電極、２２１…貫通孔、２２２…貫通孔、２２３…貫通孔、２３０…貫通電極、２６…実装端子、２８…配線、２９…配線、３…リッド、３１…凹部、４…振動素子、４１…振動基板、４２…電極、４２１…励振電極、４２２…励振電極、４２３…端子、４２４…端子、４２５…配線、４２６…配線、５…半導体基板、５ａ…第１面、５ｂ…第２面、５０…絶縁膜、６…集積回路、６Ａ…発振回路、６０…積層体、６１…エッチングストップ層、６２…絶縁層、６３…配線層、６３１…接続パッド、６３２…接続パッド、６４…絶縁層、６５…配線層、６６…絶縁層、６７…パッシベーション膜、６８…端子層、６８１…実装端子、６８２…配線、６８３…配線、７…接合部材、８１…金属バンプ、８２…金属バンプ、６９１…金属層、６９１ａ…第１金属層、６９１ｂ…第２金属層、６９１ｃ…第３金属層、６９２…金属層、６９２ａ…第１金属層、６９２ｂ…第２金属層、６９２ｃ…第３金属層、６９３…金属層、Ｅ…導電性材料、Ｓ…収容部、Ｓ１…ベース準備工程、Ｓ２…貫通電極形成工程、Ｓ２１…貫通孔形成工程、Ｓ２２…導電性材料配置工程、Ｓ３…振動素子配置工程、Ｓ４…リッド配置工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】