WO2016158056A1 - 共振装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a resonance device.
- a piezoelectric resonance apparatus using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique is used as a timing device, for example.
- This piezoelectric resonance device is mounted on a printed circuit board incorporated in an electronic device such as a smartphone.
- a resonator that performs harmonic contour vibration has a piezoelectric film formed on the lower electrode, and a plurality of upper electrodes formed so as to cover the piezoelectric film.
- the Patent Document 1 discloses a configuration of a resonator in which two upper electrodes are connected to an input terminal and an output terminal, respectively, and the lower electrode is floating.
- This invention is made
- a resonator device includes a resonator having a lower electrode, a plurality of upper electrodes, and a piezoelectric film formed between the lower electrode and the plurality of upper electrodes, a first surface, and a first surface And an upper lid provided so as to seal the first surface of the resonator so that the first surface faces the upper electrode of the resonator, and the first surface and the second surface
- a power supply terminal electrically connected to the upper electrode and a lower lid provided so that the first surface faces the lower electrode of the resonator and seals the second surface of the resonator
- a ground terminal provided on the second surface of the upper lid, and the lower electrode is electrically connected to the ground terminal via the upper lid.
- the resonance device further includes a first through hole formed in the upper lid, a wiring connecting the power supply terminal and the upper electrode via the first through hole, and the gap between the upper lid and the first through hole.
- the upper lid is made of degenerated silicon and is electrically connected to the ground terminal and the lower electrode, and a capacitance is formed between the upper lid and the power supply terminal via the insulating layer. It is preferred that
- an electric charge is formed between the upper lid and the power supply terminal.
- the formed charge can be accumulated and used as the capacity of the oscillation circuit.
- the upper lid is made of degenerated silicon.
- the upper lid has conductivity. Therefore, by providing a ground terminal on the upper lid and grounding the upper lid, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated near the power supply terminal formed on the upper lid. Thereby, resonance characteristics can be improved.
- the resonance device further includes a bonding layer for bonding the upper lid and the resonator, and the lower electrode is electrically connected to the ground terminal through the bonding layer.
- the lower electrode can be electrically connected to the ground terminal using the bonding layer. As a result, the size of the resonance device can be reduced.
- the resonance device further includes a second through hole formed in the upper lid and a wiring provided in the second through hole, and the lower electrode is connected to the ground terminal via the wiring of the second through hole.
- a second through hole formed in the upper lid and a wiring provided in the second through hole, and the lower electrode is connected to the ground terminal via the wiring of the second through hole.
- the lower electrode and the ground terminal are connected via the wiring provided in the through hole of the upper lid. Therefore, the reliability of conduction between the lower electrode and the ground terminal can be improved.
- the resonance frequency can be stabilized.
- FIG. 1 is a perspective view schematically showing the appearance of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a sectional view taken along line XX ′ of FIG.
- the resonance device 1 includes a resonator 10 and an upper lid 13 and a lower lid 14 that are sealed with the resonator 10 interposed therebetween and form a vibration space in which the resonator 10 vibrates.
- the resonance device 1 includes a lower lid 14, a resonator 10, a bonding portion 127 (an example of a bonding layer), and an upper lid 13 that are stacked and bonded in this order.
- the resonator 10 is a MEMS vibrator manufactured using the MEMS technology.
- the resonator 10 and the upper lid 13 are joined via a joint portion 127, whereby a vibration space of the resonator 10 is formed, and the resonator 10 is sealed.
- the resonator 10 and the lower lid 14 are each formed using a Si substrate, and the Si substrates are joined to each other to form a vibration space of the resonator 10.
- the resonator 10 and the lower lid 14 may be formed using an SOI substrate.
- each configuration of the resonance device 1 will be described in detail. In the following description, the side where the upper lid 13 is provided in the resonance device 1 will be described as the front side, and the side where the lower lid 14 is provided will be described as the back side.
- FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the structure of the resonance device 1 according to the first embodiment of the present invention.
- the lower lid 14 spreads in a flat plate shape along the XY plane, and a flat rectangular parallelepiped concave portion 17 is formed on the surface (an example of the first surface of the lower lid).
- the recess 17 forms a part of the vibration space of the resonator 10.
- the lower lid 14 is made of, for example, silicon (Si).
- FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the resonator 10 according to the present embodiment.
- the resonator 10 is sealed by the upper lid 13 on the surface (an example of the first surface of the resonator), and the lower lid on the back surface (an example of the second surface of the resonator). 14 is sealed.
- the resonator 10 includes a vibrating part 120, a holding frame 11, and holding arms 111 and 112.
- Vibration unit 120 The vibration unit 120 has a substantially rectangular parallelepiped outline extending in a flat plate shape along the XY plane in the orthogonal coordinate system of FIG. On the vibration unit 120, five upper electrodes 121 to 125 having a rectangular plate shape having a length direction and a width direction are provided. In FIG. 4, the vibrating section 120 has a long side in the X-axis direction and a short side in the Y-axis direction. have.
- a space is formed between the vibrating unit 120 and the holding frame 11 at a predetermined interval.
- the vibration unit 120 is connected to and held by the holding frame 11 by holding arms 111 and 112 described later on a pair of long sides, respectively.
- the vibration part 120 is not held by the holding frame 11 on a pair of short sides.
- FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
- a lower electrode 129 is laminated on a Si substrate 130 made of a degenerate semiconductor.
- the Si substrate 130 is desirably about 140 ⁇ m long, about 400 ⁇ m wide, and about 10 ⁇ m thick.
- the lower electrode 129 is formed using a metal such as molybdenum (Mo) or aluminum (Al) and has a thickness of about 0.1 ⁇ m. Note that the Si substrate 130 which is a degenerated semiconductor may be used as the lower electrode without forming the lower electrode 129.
- a piezoelectric thin film 128 (which is an example of a piezoelectric film) is laminated on the lower electrode 129 so as to cover the lower electrode 129, and the upper electrodes 121 to 125 are formed on the piezoelectric thin film 128. Are stacked. After the upper electrodes 121 to 125 are formed on the vibration part 120, the upper electrodes 121 to 125 are divided into five parts by processing such as etching.
- the piezoelectric thin film 128 is a piezoelectric thin film that converts an applied voltage into vibration, and can be mainly composed of a nitride or an oxide such as aluminum nitride. Specifically, the piezoelectric thin film 128 can be formed of scandium aluminum nitride (ScAlN). ScALN is obtained by replacing a part of aluminum (Al) in aluminum nitride (AlN) with scandium (Sc).
- the piezoelectric thin film 128 has a thickness of 0.8 ⁇ m, for example.
- the upper electrodes 121 to 125 are formed using a metal such as molybdenum or aluminum and have a thickness of about 0.1 ⁇ m.
- An Si oxide film may be formed on the upper and lower surfaces of the Si substrate 130 or on the upper and lower surfaces of the piezoelectric thin film 128. This has the effect of improving the frequency temperature characteristics of the resonator 10.
- the vibration unit 120 undergoes contour vibration along the X-axis direction when an alternating electric field is applied.
- the piezoelectric thin film 128 is oriented in the c-axis direction, so that a predetermined electric field is applied to the upper electrodes 121 to 125 and a predetermined potential difference is generated between the lower electrode 129 and the upper electrodes 121 to 125. Is formed, the piezoelectric thin film 128 expands and contracts in the XY in-plane direction in accordance with the potential difference, so that the vibration unit 120 undergoes contour vibration.
- the vibration unit 120 is divided into vibration regions A121 to A125 corresponding to the upper electrodes 121 to 125. That is, upper electrodes 121 to 125 are formed in the vibration regions A121 to A125, respectively.
- the adjacent vibration regions A121 to 125 are mechanically coupled.
- the vicinity of the center of each region in the X-axis direction becomes a vibration node, and the five vibration regions A121 to A125 vibrate in the in-plane direction with the adjacent regions having opposite phases.
- the vibration unit 120 performs contour vibration as a whole.
- the Si substrate 130, the lower electrode 129, and the piezoelectric thin film 128 are shared by the vibration regions A121 to A125.
- the vibration mode of the vibration unit 120 may be any of out-of-plane bending vibration, in-plane bending vibration, and contour vibration.
- the holding frame 11 is formed in a rectangular frame shape along the XY plane.
- the holding frame 11 is provided so as to surround the vibration unit 120 and the outside of the vibration unit 120 along the XY plane. More specifically, the holding frame 11 includes a pair of long-side plate-like frames 11a and 11b extending in parallel with the X-axis direction so as to face the long side of the vibration unit 120, and the short side of the vibration unit 120. And a pair of short-side frames 11c and 11d that extend in parallel to the Y-axis direction and are connected to both ends of the frames 11a and 11b at both ends thereof, respectively.
- Voltage applying portions 110a and 110b are formed on the frame 11a and the frame 11b.
- the voltage application units 110a and 110b can apply an alternating electric field to the upper electrodes 121 to 125 via the upper wirings W111 and W112.
- the voltage application unit 110a is formed near the center of the frame 11a
- the voltage application unit 110b is formed near the center of the frame 11b.
- a lower electrode 129 is formed on a Si substrate 130 made of a degenerate semiconductor, and a piezoelectric thin film 128 is laminated so as to cover the lower wiring W129.
- the holding frame 11 is the same process as the Si substrate 130, the lower electrode 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper electrode 121 of the vibration unit 120 in the order of the lower wiring W 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper wirings W 111 and W 112 on the Si substrate 130.
- the upper electrodes 121 to 125 are removed and formed so as to have a desired shape by processing such as etching.
- the lower wiring W129 provided on the holding frame 11 may be removed when the lower electrode 129 is formed in a predetermined shape by etching or the like.
- a part of the piezoelectric thin film 128 formed on the frame 11b is removed by etching or the like so that the lower wiring W129 is exposed, and a via is formed.
- the via (that is, the portion where the piezoelectric thin film 128 is removed) is filled with a conductive material such as molybdenum or aluminum to form a conductive layer C.
- the conductive layer C serves as a connection point between a ground wiring G129 and a lower electrode 129 described later.
- the holding arm 111 is provided inside the holding frame 11 and connects the long side of the vibration unit 120 and the frame body 11a.
- an upper wiring W111 in which the upper electrodes 121, 123, and 125 of the vibration unit 120 are continuously formed to the holding arm 111 is provided.
- the upper wiring W111 is integrally formed continuously from a connection portion between the vibration unit 120 and the holding arm 111 to a connection portion between the holding arm 111 and the frame 11a.
- the holding arm 112 is provided inside the holding frame 11 and connects the long side of the vibration unit 120 and the frame 11b.
- an upper wiring W112 in which the upper electrodes 122 and 123 of the vibration unit 120 are continuously formed to the holding arm 112 is provided.
- the upper wiring W112 is integrally formed continuously from the connection portion between the vibration unit 120 and the holding arm 112 to the connection portion between the holding arm 111 and the frame 11b.
- FIG. 5B is a BB ′ cross-sectional view of FIG. A stacked structure of the holding arms 111 and 112 will be described with reference to FIG.
- the dotted line in the same figure shows the boundary of the holding arm 111 or 112 and the vibration part 120 or the frame 11a or 111b.
- the holding arms 111 and 112 are formed by stacking a lower wiring W129 integrally formed by the same process as the lower electrode 129 of the vibration unit 120 on the Si substrate 130 made of a degenerate semiconductor. Yes.
- the lower electrode 129 and the lower wiring W 129 are formed continuously from the vibrating part 120 to the holding arms 111 and 112.
- a piezoelectric thin film 128 is laminated on the lower wiring W129 so as to cover the lower wiring W129.
- the holding arm 111 is further provided with an upper wiring W111 integrally formed on the piezoelectric thin film 128 by the same process as the upper electrodes 121 to 125 of the vibration unit 120.
- the upper electrodes 121, 123, and 125 and the upper wiring W 111 are continuously formed from the vibrating portion 120 to the holding arm 111.
- the holding arm 112 is further provided with an upper wiring W112 integrally formed on the piezoelectric thin film 128 by the same process as the upper electrodes 121 to 125 of the vibration unit 120.
- the upper electrodes 122 and 124 and the upper wiring W112 are continuously formed from the vibrating portion 120 to the holding arm 112.
- the Si substrate 130, the lower wiring W 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper wirings W 111 and W 112 in the holding arms 111 and 112 are formed simultaneously with the Si substrate 130, the lower electrode 129, the piezoelectric thin film 128, and the upper electrode 121 in the vibration unit 120, respectively.
- the These structures are appropriately formed into a desired shape by processing such as etching as necessary.
- the lower wiring W129 provided on the holding arms 111 and 112 may be removed when the lower electrode 129 is formed into a predetermined shape by etching or the like.
- the joint 127 is formed in a rectangular frame shape along the XY plane.
- the joint 127 is provided between the resonator 10 and the upper lid 13, eutectic-bonds the resonator 10 and the upper lid 13, and seals the vibration space of the resonator 10.
- the joint 127 is formed using a metal such as aluminum (Al) or germanium (Ge).
- Terminals T1, T2, T1 ′, T2 ′ The terminals T1 and T2 are formed on the surface of the upper lid 13 (an example of the second surface of the upper lid).
- the terminals T1 ′ and T2 ′ are provided on the back surface of the upper lid 13 (an example of the first surface of the upper lid) at positions facing the terminals T1 and T2.
- the terminal T1 and the terminal T1 ′ are connected by the wiring W1.
- the terminals T2 and T2 ′ are connected by the wiring W2.
- the terminals T1 ′ and T2 ′ are both connected to the voltage application units 110a and 110b when the upper lid 13 and the resonator 10 are eutectic-bonded by the joint 127.
- a voltage can be supplied from the terminals T1 and T2 to the voltage application units 110a and 110b.
- the wiring W1 is provided inside a through hole TSV (which is an example of a first through hole), which will be described later, and connects the terminal T1 and the terminal T1 ′.
- the wiring W2 is provided in a through hole TSV described later, and connects the terminal T1 and the terminal T2 ′.
- ground terminal G is electrically connected to the lower wiring W129 of the holding frame 11 through the ground wiring G129, and the lower electrode 129 is grounded.
- ground wiring G129 is electrically connected to the lower wiring W129 in the conductive layer C formed on the resonator 10.
- the ground wiring G129 is connected when the conductive layer C, the upper lid 13, and the resonator 10 are eutectic bonded by the bonding portion 127.
- the upper lid 13 is configured by forming an insulating film 150 (an example of an insulating layer) made of silicon oxide (eg, SiO 2 ) on the surface of a Si layer 151 made of, for example, a degenerate semiconductor. ing.
- the insulating film 150 is formed on the surface of the Si layer 151 by, for example, oxidation of the surface of the Si layer 151 or chemical vapor deposition (CVD).
- the upper lid 13 is formed with through holes TSV at positions where the terminals T1 and T2 are formed.
- the wirings W1 and W2 are formed inside the through hole TSV.
- An insulating film 150 is formed on the surface of the Si layer 151 including the inside of the through hole TSV. That is, the wirings W1 and W2 are electrically insulated from the Si layer 151 by the insulating film 150.
- the insulating film 150 is removed by processing such as etching at the portion of the upper lid 13 where the ground terminal G is formed, and the Si layer 151 is exposed. Then, the ground terminal G is formed on the exposed Si layer 151. As a result, the Si layer 151 and the ground terminal G are directly connected, and the entire Si layer 151 of the upper lid 13 is grounded via the ground terminal G.
- the ground terminal G is ohmic-bonded to the Si layer 151 by, for example, forming a metal such as gold (Au) or aluminum (Al) on the Si layer 151 and performing thermal annealing.
- the insulating film 150 is removed by a process such as etching at a portion of the upper lid 13 where the ground wiring G129 is formed, and is formed on the Si layer 151 where the ground wiring G129 is exposed.
- the ground wiring G129 is ohmic-bonded to the Si layer 151 by, for example, forming a metal such as gold (Au) or aluminum (Al) on the Si layer 151 and performing thermal annealing.
- the ground terminal G and the ground wiring G129 are electrically connected via the Si layer 151 of the upper lid 13.
- the lower electrode 129 is electrically connected to the ground terminal G by bonding the ground wiring G129 and the conductive layer C.
- the lower electrode 129 of the resonator 10 is electrically connected to the ground terminal G through the upper lid 13.
- the resonance frequency can be stabilized.
- the upper lid 13 is formed of a degenerate semiconductor, it has conductivity. Therefore, by providing the ground terminal G on the upper lid 13 and grounding the upper lid 13 and the lower electrode 129, the influence of the parasitic capacitance generated near the terminals T1 and T2 or the junction 127 can be reduced. Thereby, the resonance characteristics such as the maximum phase and oscillation stability of the resonator 10 can be improved.
- FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of a cross-sectional structure of the resonance device 1 according to the present embodiment. Below, it demonstrates centering on the difference with 1st Embodiment among the detailed structures of the resonance apparatus 1 which concerns on this embodiment.
- the upper lid 13 has a via V1 (an example of a second through hole) in addition to the two through holes TSV.
- the via V1 is formed through the insulating film 150 on the surface of the upper lid 13, the Si layer 151, and the insulating film 150 on the back surface. Further, the insulating film 150 is not formed on the surface inside the via V1, and the Si layer 151 is exposed.
- the ground wiring G129 is provided inside the via V1 provided in the upper lid 13.
- the ground terminal G and the conductive layer C are connected by a ground wiring G129. Thereby, the conduction reliability between the lower electrode 129 and the ground terminal G can be improved.
- Other configurations of the upper lid 13 are the same as those in the first embodiment.
- Other configurations and effects of the resonance device 1 are the same as those of the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of the resonator 10 according to the present embodiment. Below, the difference with 1st Embodiment is demonstrated among each structure of the resonator 10 which concerns on this embodiment.
- a part of the piezoelectric thin film 128 of the holding frame 11 formed at the joint portion between the holding frame 11 and the joint portion 127 is removed by processing such as etching.
- the removed portion of the piezoelectric thin film 128 is filled with a metal that forms the lower wiring W129 such as molybdenum or aluminum.
- the portion filled with the metal corresponds to the conductive layer C in the first embodiment.
- Other configurations of the resonator 10 are the same as those in the first embodiment.
- the upper lid 13 has the insulating film 150 removed and a Si layer 151 exposed at a part of the back surface. On the exposed surface of the Si layer 151, a film Z formed of a conductive material such as a metal such as molybdenum or aluminum is formed. The upper lid 13 is connected to the joint 127 by the film Z.
- the ground terminal G and the film Z are electrically connected via the Si layer 151 of the upper lid 13.
- the film Z and the conductive layer C are electrically connected through the joint 127. Therefore, the ground terminal G and the lower electrode 129 are electrically connected to the upper lid 13 via the joint portion 127.
- the lower electrode 129 can be grounded using the joint 127, it is not necessary to provide the ground wiring G129 inside the upper lid 13, and the product size can be reduced. Further, in the present embodiment, the joint 127 is grounded via the upper lid 13. As a result, the vibration unit 120 is surrounded by the grounded joint 127, and the influence of disturbance such as wiring and static electricity can be reduced.
- Other configurations of the upper lid are the same as those in the first embodiment.
- Other configurations and effects of the resonance device 1 are the same as those of the first embodiment.
- FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an example of a cross-sectional structure of the resonator 10 according to the present embodiment. Below, the difference with 1st Embodiment is demonstrated among each structure of the resonator 10 which concerns on this embodiment.
- a part of the piezoelectric thin film 128 of the holding frame 11 formed at the joint portion between the holding frame 11 and the joint portion 127 is removed by processing such as etching.
- the removed portion of the piezoelectric thin film 128 is filled with a metal that forms the lower wiring W129 such as molybdenum or aluminum.
- the portion filled with the metal corresponds to the conductive layer C in the first embodiment.
- Other configurations of the resonator 10 are the same as those in the first embodiment.
- the ground wiring G129 is formed along the surface of the upper lid 13 from the ground terminal G to the junction between the junction 127 and the upper lid 13. Specifically, the ground wiring G129 is provided on the insulating film 150 formed on the surface of the upper lid 13. As a result, the ground terminal G and the joint 127 are connected by the ground wiring G129. In addition, the ground wiring G129 and the conductive layer C are electrically connected through the joint 127. As described above, in the present embodiment, the ground wiring G129 is provided on the surface of the upper lid 13, and the lower electrode 129 can be grounded using the joint 127. Therefore, it is not necessary to provide the ground wiring G129 inside the upper lid 13, and the product size can be reduced. Other configurations of the upper lid are the same as those in the first embodiment. Other configurations and effects of the resonance device 1 are the same as those of the first embodiment.
- FIG. 9 is a diagram schematically illustrating an example of a cross-sectional structure of the resonator 10 according to the present embodiment. Below, the difference with 1st Embodiment is demonstrated among each structure of the resonator 10 which concerns on this embodiment.
- the lower lid 14 has terminals T1 and T2, wirings W1 and W2, and two through holes TSV.
- an insulating film 150 is formed on the back surface of the lower lid 14 (which is an example of the second surface of the lower lid) including the inside of the through hole TSV. Accordingly, the wirings W1, W2 and the through hole TSV are electrically insulated.
- Other configurations of the lower lid 14 are the same as those in the first embodiment.
- a part of the piezoelectric thin film 128 of the holding frame 11 formed at the joint portion between the holding frame 11 and the joint portion 127 is removed by processing such as etching.
- the removed portion of the piezoelectric thin film 128 is filled with a metal that forms the lower wiring W129 such as molybdenum or aluminum.
- the portion filled with the metal corresponds to the conductive layer C in the first embodiment.
- the holding frame 11 has through holes V2 and V3.
- the through holes V2 and V3 are formed so as to penetrate the Si substrate 130, the lower wiring W129, and the piezoelectric thin film 128. A flow of forming the through holes V2 and V3 will be described. First, after a through hole is formed in the Si substrate 130, the insulating film 150 is formed inside the through hole. Next, when the lower wiring W129 is stacked on the holding frame 11, the through hole formed in the Si substrate 130 is filled with the metal that forms the lower wiring W129. The filled metal is removed from the through hole by a process such as etching.
- the piezoelectric thin film 128 is filled into the through hole from which the metal has been removed. Furthermore, through holes V2 and V3 are formed by removing the filled piezoelectric thin film 128 by a process such as etching so as to remain in a portion covering the inner surface.
- the wirings W1 and W2 are formed by filling the metal forming the upper wirings W111 and W112 in the through holes V2 and V3 when the upper wirings W111 and W112 are stacked on the holding frame 11. Is done.
- the wirings W1 and W2 inside the through holes V2 and V3 are connected to the wirings W1 and W2 formed on the lower lid 14 when the lower lid 14 and the resonator 10 are joined.
- Other configurations of the resonator 10 are the same as those in the first embodiment.
- the upper lid 13 does not have the terminals T1 and T2, the wirings W1 and W2, and the two through holes TSV, but has the via V1.
- the via V ⁇ b> 1 is provided in the upper part of the joint portion between the upper lid 13 and the joint 127.
- the via V1 is formed through the insulating film 150 on the surface of the upper lid 13, the Si layer 151, and the insulating film 150 on the back surface. Further, the insulating film 150 is not formed on the surface inside the via V1, and the Si layer 151 is exposed.
- the ground wiring G129 is provided inside the via V1 provided in the upper lid 13. As a result, the ground terminal G and the joint 127 are connected by the ground wiring G129. In addition, the ground wiring G129 and the conductive layer C are electrically connected through the joint 127.
- the lower electrode 129 can be grounded using the joint 127, it is not necessary to provide the ground wiring G129 inside the upper lid 13, and the product size can be reduced.
- Other configurations of the upper lid are the same as those in the first embodiment.
- Other configurations and effects of the resonance device 1 are the same as those of the first embodiment.
- each embodiment described above is for facilitating the understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
- the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
- those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
- each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
- Each embodiment is an exemplification, and it is needless to say that a partial replacement or combination of configurations shown in different embodiments is possible, and these are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention. .
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Abstract
共振周波数を安定させることを可能にする。 下部電極と複数の上部電極と、下部電極と複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が共振子の上部電極に対向して共振子の第1の面を封止するように設けられた上蓋と、第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が共振子の下部電極に対向して共振子の第1の面を封止するように設けられた下蓋と、上部電極に電気的に接続された電源端子と、上蓋の前記第2の面に設けられた接地端子と、を備え、下部電極は、前記上蓋を介して前記接地端子と電気的に接続される。
Description
本発明は、共振装置に関する。
従来、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた圧電共振装置が例えばタイミングデバイスとして用いられている。この圧電共振装置は、スマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるプリント基板上に実装される。
このような圧電共振装置に用いられる共振子のうち、高調波の輪郭振動を行う共振子には、下部電極上に圧電膜が形成され、さらに圧電膜を覆うように複数の上部電極が形成される。特許文献1には、2つの上部電極をそれぞれ入力端子と出力端子とに接続し、下部電極をフローティングにする共振子の構成が開示されている。
このような圧電共振装置に用いられる共振子のうち、高調波の輪郭振動を行う共振子には、下部電極上に圧電膜が形成され、さらに圧電膜を覆うように複数の上部電極が形成される。特許文献1には、2つの上部電極をそれぞれ入力端子と出力端子とに接続し、下部電極をフローティングにする共振子の構成が開示されている。
特許文献1に記載された従来の技術では、下部電極付近に他の電位が存在した場合、その電位が、下部電極に影響を与えてしまう。その結果、共振子の共振周波数が変動してしまうという課題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振周波数を安定させることが可能な共振装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る共振装置は、下部電極と複数の上部電極と、下部電極と複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が共振子の上部電極に対向して共振子の第1の面を封止するように設けられた上蓋と、第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が共振子の下部電極に対向して共振子の第2の面を封止するように設けられた下蓋と、上部電極に電気的に接続された電源端子と、上蓋の第2の面に設けられた接地端子と、を備え、下部電極は、上蓋を介して接地端子と電気的に接続される。
かかる共振装置によると、下部電極が付近の他電位の影響を受けることを低減することができる。これによって、共振周波数を安定させることができる。
また、共振装置は、さらに、上蓋に形成された第1の貫通孔と、第1の貫通孔を介して電源端子と上部電極とを接続する配線と、上蓋と第1の貫通孔との間に設けられた絶縁層とを備え、上蓋は、縮退したシリコンにより形成され、接地端子および下部電極と電気的に接続されており、絶縁層を介して上蓋と電源端子との間に容量が形成されることが好ましい。
この好ましい態様では、上蓋と電源端子との間に電荷が形成される。これによって、形成された電荷を蓄積して、発振回路の容量とすることが可能になる。
また、上蓋は、縮退したシリコンにより形成されることが好ましい。
この好ましい態様によると、上蓋は導電性を有する。従って、上蓋に接地端子を設け、上蓋を接地させることにより、上蓋に形成された電源端子付近に発生する寄生容量を低減することができる。これによって、共振特性を向上させることができる。
また、共振装置は、さらに、上蓋と共振子とを接合する接合層を備え、下部電極は、接合層を介して接地端子と電気的に接続されることが好ましい。
この好ましい態様によると、接合層を利用して、下部電極を接地端子と電気的に接続させることができる。これによって、共振装置のサイズを小さくすることができる。
また、共振装置は、さらに、上蓋に形成された第2の貫通孔と、第2の貫通孔に設けられた配線とを備え、下部電極は、第2の貫通孔の配線を介して接地端子と電気的に接続されることが好ましい。
この好ましい態様によると、下部電極と接地端子とは、上蓋の貫通孔に設けられた配線を介して接続する。これによって、下部電極と接地端子との導通の信頼性を向上させることができる。
本発明によれば共振周波数を安定させることが可能となる。
[第1の実施形態]
以下、添付の図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の外観を概略的に示す斜視図である。また、図2は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。また、図3は、図1のXX´断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の外観を概略的に示す斜視図である。また、図2は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。また、図3は、図1のXX´断面図である。
この共振装置1は、共振子10と、共振子10を挟んで封止するとともに、共振子10が振動する振動空間を形成する上蓋13及び下蓋14と、を備えている。共振装置1は、下蓋14と、共振子10と、接合部127(接合層の一例である。)と、上蓋13とがこの順で積層され、接合されて構成されている。
共振子10は、MEMS技術を用いて製造されるMEMS振動子である。
共振子10と上蓋13とは、接合部127を介して接合され、これにより、共振子10の振動空間が形成され、また、共振子10が封止される。また、共振子10と下蓋14は、それぞれSi基板を用いて形成されており、Si基板同士が互いに接合されて、共振子10の振動空間が形成される。共振子10及び下蓋14は、SOI基板を用いて形成されてもよい。
以下、共振装置1の各構成について詳細に説明する。なお、以下の説明では、共振装置1のうち上蓋13が設けられている側を表、下蓋14が設けられている側を裏、として説明する。
共振子10と上蓋13とは、接合部127を介して接合され、これにより、共振子10の振動空間が形成され、また、共振子10が封止される。また、共振子10と下蓋14は、それぞれSi基板を用いて形成されており、Si基板同士が互いに接合されて、共振子10の振動空間が形成される。共振子10及び下蓋14は、SOI基板を用いて形成されてもよい。
以下、共振装置1の各構成について詳細に説明する。なお、以下の説明では、共振装置1のうち上蓋13が設けられている側を表、下蓋14が設けられている側を裏、として説明する。
(1.下蓋14)
図2は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。下蓋14はXY平面に沿って平板状に広がっており、その表面(下蓋の第1の面の一例である。)に例えば平たい直方体形状の凹部17が形成されている。凹部17は共振子10の振動空間の一部を形成する。下蓋14は例えばシリコン(Si)から形成されている。
図2は、本発明の第1実施形態に係る共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。下蓋14はXY平面に沿って平板状に広がっており、その表面(下蓋の第1の面の一例である。)に例えば平たい直方体形状の凹部17が形成されている。凹部17は共振子10の振動空間の一部を形成する。下蓋14は例えばシリコン(Si)から形成されている。
(2.共振子10)
図4は、本実施形態に係る、共振子10の構造を概略的に示す平面図である。図4を用いて本実施形態に係る共振子10の各構成について説明する。共振子10は、その表面(共振子の第1の面の一例である。)において、上蓋13に封止され、その裏面(共振子の第2の面の一例である。)において、下蓋14に封止される。共振子10は、振動部120と、保持枠11と、保持腕111、112とを備えている。
図4は、本実施形態に係る、共振子10の構造を概略的に示す平面図である。図4を用いて本実施形態に係る共振子10の各構成について説明する。共振子10は、その表面(共振子の第1の面の一例である。)において、上蓋13に封止され、その裏面(共振子の第2の面の一例である。)において、下蓋14に封止される。共振子10は、振動部120と、保持枠11と、保持腕111、112とを備えている。
(2-1.共振子10の構成)
(a)振動部120
振動部120は、図4の直交座標系におけるXY平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の5つの上部電極121~125が設けられている。図4において、振動部120は、X軸方向に長辺、Y軸方向に短辺を有し、5つの上部電極121~125は、いずれもY軸方向に長辺、X軸方向に短辺を有している。
(a)振動部120
振動部120は、図4の直交座標系におけるXY平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の5つの上部電極121~125が設けられている。図4において、振動部120は、X軸方向に長辺、Y軸方向に短辺を有し、5つの上部電極121~125は、いずれもY軸方向に長辺、X軸方向に短辺を有している。
振動部120と保持枠11との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図4の例では、振動部120は、1対の長辺において、それぞれ後述する保持腕111、112によって保持枠11に接続され、保持されている。他方で、振動部120は、1対の短辺において、保持枠11によって保持されていない。
図5(A)を用いて振動部120の積層構造について説明する。図5(A)は、図4のAA´断面図である。
図5(A)に示すように、振動部120は、縮退半導体からなるSi基板130上に、下部電極129が積層されている。Si基板130は、長さ140μm程度、幅400μm程度、厚さ10μm程度であることが望ましい。下部電極129は、例えば、モリブデン(Mo)やアルミニウム(Al)等の金属を用いて形成され、厚さ0.1μm程度である。なお、下部電極129を形成せずに、縮退した半導体であるSi基板130を下部電極として用いてもよい。
また、下部電極129の上には、下部電極129を覆うように圧電薄膜128(圧電膜の一例である。)が積層されており、さらに、圧電薄膜128上には、上部電極121~125が積層されている。上部電極121~125は、振動部120に形成された後、エッチング等の加工により5つに分割される。
圧電薄膜128は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、窒化アルミニウム等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜128は、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)により形成することができる。ScALNは、窒化アルミニウム(AlN)におけるアルミニウム(Al)の一部をスカンジウム(Sc)に置換したものである。また、圧電薄膜128は、例えば、0.8μmの厚さを有する。
また、上部電極121~125は、下部電極129と同様、例えばモリブデンやアルミニウム等の金属を用いて形成され、厚さ0.1μm程度である。
なお、Si基板130の上面や下面、または、圧電薄膜128の上面や下面にSi酸化膜が形成されてもよい。これにより、共振子10の周波数温度特性を改善する効果がある。
なお、Si基板130の上面や下面、または、圧電薄膜128の上面や下面にSi酸化膜が形成されてもよい。これにより、共振子10の周波数温度特性を改善する効果がある。
次に、振動部120の機能について説明する。振動部120は、交番電界が印加されることによって、X軸方向に沿って輪郭振動する。
具体的には、圧電薄膜128はc軸方向に配向しており、そのため、上部電極121~125に所定の電界を印加して、下部電極129と上部電極121~125との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜128がXY面内方向において伸縮することにより、振動部120が輪郭振動する。
具体的には、圧電薄膜128はc軸方向に配向しており、そのため、上部電極121~125に所定の電界を印加して、下部電極129と上部電極121~125との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜128がXY面内方向において伸縮することにより、振動部120が輪郭振動する。
図5(A)に示すとおり、振動部120は、上部電極121~125に対応する振動領域A121~A125に区画される。すなわち、振動領域A121~A125には、それぞれ上部電極121~125が形成されている。上部電極121~125は、隣接する電極とは逆位相となるように、圧電薄膜128のc軸方向に交番電界が印加されると、隣接する振動領域A121~125が機械的に結合する。それにより、各領域のX軸方向における中心付近が振動の節となり、5つの振動領域A121~A125は、隣接する領域同士が逆位相で面内方向において振動する。これによって、振動部120は、全体として輪郭振動する。
なお、Si基板130、下部電極129及び圧電薄膜128は、振動領域A121~A125で共有されている。
また、振動部120の振動モードは、面外屈曲振動、面内屈曲振動、及び輪郭振動などのいずれであってもよい。
なお、Si基板130、下部電極129及び圧電薄膜128は、振動領域A121~A125で共有されている。
また、振動部120の振動モードは、面外屈曲振動、面内屈曲振動、及び輪郭振動などのいずれであってもよい。
図4に戻り、共振子10の他の構成について説明する。
(b)保持枠11
保持枠11は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持枠11は、振動部120と、XY平面に沿って振動部120の外側を囲むように設けられる。保持枠11は、より具体的には、X軸方向に平行に、振動部120の長辺に対向して延びる1対の長辺板状の枠体11a、11bと、振動部120の短辺に対向してY軸方向に平行に延び、その両端で枠体11a、11bの両端にそれぞれ接続される1対の短辺の枠体11c、11dと、を備えている。
(b)保持枠11
保持枠11は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持枠11は、振動部120と、XY平面に沿って振動部120の外側を囲むように設けられる。保持枠11は、より具体的には、X軸方向に平行に、振動部120の長辺に対向して延びる1対の長辺板状の枠体11a、11bと、振動部120の短辺に対向してY軸方向に平行に延び、その両端で枠体11a、11bの両端にそれぞれ接続される1対の短辺の枠体11c、11dと、を備えている。
枠体11a及び枠体11bには、電圧印加部110a、110bが形成されている。 電圧印加部110a、110bは、上部配線W111、W112を介して上部電極121~125に交番電界を印加することができる。本実施形態では、電圧印加部110aは枠体11aの中央付近に、電圧印加部110bは枠体11bの中央付近にそれぞれ形成されている。
図5(A)に示すように、保持枠11は、縮退半導体からなるSi基板130上に、下部電極129が形成され、さらに下部配線W129を覆うように、圧電薄膜128が積層されている。保持枠11は、Si基板130上に下部配線W129、圧電薄膜128、上部配線W111、W112の順に、振動部120のSi基板130、下部電極129、圧電薄膜128、及び上部電極121と同一のプロセスで一体形成される。その後、エッチング等の加工により望ましい形状となるように上部電極121~125が除去されて形成される。なお、保持枠11に設けられた下部配線W129は、エッチング等により下部電極129を所定の形状に形成するときに除去されてもよい。
さらに、図3に示すように、保持枠11は、枠体11b上に形成されている圧電薄膜128の一部が、エッチング等の加工によって下部配線W129が露出するように除去され、ビアが形成されている。当該ビア(すなわち、圧電薄膜128の除去された箇所)には、例えばモリブデンやアルミニウム等の導電材料が充填され、導電層Cが形成されている。なお、導電層Cは、後述する接地配線G129と下部電極129との接続点となる。
図4に戻り、振動部120の構成の続きを説明する。
(c)保持腕111、112
保持腕111は、保持枠11の内側に設けられ、振動部120の長辺と枠体11aとを接続する。保持腕111の表面には、振動部120の上部電極121、123、125が連続して保持腕111へと形成された上部配線W111が設けられている。具体的には、上部配線W111が、振動部120と保持腕111との接続箇所から、保持腕111と枠体11aとの接続箇所まで連続して一体形成されている。
(c)保持腕111、112
保持腕111は、保持枠11の内側に設けられ、振動部120の長辺と枠体11aとを接続する。保持腕111の表面には、振動部120の上部電極121、123、125が連続して保持腕111へと形成された上部配線W111が設けられている。具体的には、上部配線W111が、振動部120と保持腕111との接続箇所から、保持腕111と枠体11aとの接続箇所まで連続して一体形成されている。
また、保持腕112は、保持枠11の内側に設けられ、振動部120の長辺と枠体11bとを接続する。保持腕112の表面には、振動部120の上部電極122、123が連続して保持腕112へと形成された上部配線W112が設けられている。具体的には、上部配線W112が、振動部120と保持腕112との接続箇所から、保持腕111と枠体11bとの接続箇所まで連続して一体形成されている。
図5(B)は、図4のBB´断面図である。図5(B)を用いて、保持腕111、112の積層構造について説明する。なお、同図における点線は、保持腕111又は112と、振動部120又は枠体11a若しくは111bとの境界を示す。
図5(B)に示すように、保持腕111、112は、縮退半導体からなるSi基板130上に、振動部120の下部電極129と同一のプロセスで一体形成された下部配線W129が積層されている。下部電極129と下部配線W129とは、振動部120から保持腕111、112へと亘って連続して形成されている。下部配線W129の上には、下部配線W129を覆うように圧電薄膜128が積層されている。
保持腕111には、さらに、圧電薄膜128上に、振動部120の上部電極121~125と同一のプロセスで一体形成された上部配線W111が設けられている。上部電極121、123、125と上部配線W111とは、振動部120から保持腕111へと亘って連続して形成されている。また、保持腕112には、さらに、圧電薄膜128上に、振動部120の上部電極121~125と同一のプロセスで一体形成された上部配線W112が設けられている。上部電極122、124と上部配線W112とは、振動部120から保持腕112へと亘って連続して形成されている。
保持腕111、112におけるSi基板130、下部配線W129、圧電薄膜128並びに上部配線W111及びW112は、それぞれ、振動部120におけるSi基板130、下部電極129、圧電薄膜128、上部電極121と同時に形成される。これらの構成は、必要に応じて、エッチング等の加工により、適宜、望ましい形状となるように形成される。なお、保持腕111、112に設けられた下部配線W129は、エッチング等により下部電極129を所定の形状に形成するときに除去されてもよい。
図1に戻り、共振装置1の他の構成について説明する。
(3.接合部127)
接合部127は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。接合部127は、共振子10と上蓋13との間に設けられ、共振子10と上蓋13とを共晶接合し、共振子10の振動空間を封止する。接合部127は、例えばアルミニウム(Al)やゲルマニウム(Ge)等の金属を用いて形成される。
接合部127は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。接合部127は、共振子10と上蓋13との間に設けられ、共振子10と上蓋13とを共晶接合し、共振子10の振動空間を封止する。接合部127は、例えばアルミニウム(Al)やゲルマニウム(Ge)等の金属を用いて形成される。
(4.上蓋13)
(4-1.上蓋13の構成)
図1に示すように、上蓋13はXY平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部18が形成されている。凹部18は共振子10の振動空間の一部を形成する。この振動空間では真空状態が維持されている。
上蓋13には、端子T1、T2(電源端子の一例である。)、T1´、T2´と、接地端子Gと、配線W1、W2と、接地配線G129とが形成されている。
図3を用いて上蓋13の各構成について説明する。
(4-1.上蓋13の構成)
図1に示すように、上蓋13はXY平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部18が形成されている。凹部18は共振子10の振動空間の一部を形成する。この振動空間では真空状態が維持されている。
上蓋13には、端子T1、T2(電源端子の一例である。)、T1´、T2´と、接地端子Gと、配線W1、W2と、接地配線G129とが形成されている。
図3を用いて上蓋13の各構成について説明する。
(a)端子T1、T2、T1´、T2´
端子T1、T2は、上蓋13の表面(上蓋の第2の面の一例である。)に形成される。また、端子T1´、T2´は上蓋13の裏面(上蓋の第1の面の一例である。)において、端子T1、T2に対向する位置に設けられる。端子T1と端子T1´とは、配線W1で接続される。また端子T2とT2´とは、配線W2で接続される。端子T1´、T2´は、いずれも上蓋13と共振子10とが接合部127によって共晶結合されると、電圧印加部110a、110bと接続される。これによって、端子T1、T2から電圧印加部110a、110bへと、電圧を供給することができる。
端子T1、T2は、上蓋13の表面(上蓋の第2の面の一例である。)に形成される。また、端子T1´、T2´は上蓋13の裏面(上蓋の第1の面の一例である。)において、端子T1、T2に対向する位置に設けられる。端子T1と端子T1´とは、配線W1で接続される。また端子T2とT2´とは、配線W2で接続される。端子T1´、T2´は、いずれも上蓋13と共振子10とが接合部127によって共晶結合されると、電圧印加部110a、110bと接続される。これによって、端子T1、T2から電圧印加部110a、110bへと、電圧を供給することができる。
(b)配線W1、W2
配線W1は、後述する貫通孔TSV(第1の貫通孔の一例である。)の内部に設けられ、端子T1と端子T1´とを接続する。配線W2は、後述する貫通孔TSVの内部に設けられ、端子T1と端子T2´とを接続する。
配線W1は、後述する貫通孔TSV(第1の貫通孔の一例である。)の内部に設けられ、端子T1と端子T1´とを接続する。配線W2は、後述する貫通孔TSVの内部に設けられ、端子T1と端子T2´とを接続する。
(c)接地端子G
接地端子Gは、接地配線G129を介して保持枠11の下部配線W129と電気的に接続し、下部電極129を接地させる。
接地端子Gは、接地配線G129を介して保持枠11の下部配線W129と電気的に接続し、下部電極129を接地させる。
(d)接地配線G129
接地配線G129は、共振子10上に形成された導電層Cにおいて、電気的に下部配線W129と接続する。接地配線G129は、導電層Cと、上蓋13と共振子10とが接合部127によって共晶接合されるときに接続する。
接地配線G129は、共振子10上に形成された導電層Cにおいて、電気的に下部配線W129と接続する。接地配線G129は、導電層Cと、上蓋13と共振子10とが接合部127によって共晶接合されるときに接続する。
(4-2.上蓋13の断面)
図3に示すように、上蓋13は、例えば縮退半導体からなるSi層151の表面に、酸化ケイ素(例えばSiO2)からなる絶縁膜150(絶縁層の一例である。)が形成されて構成されている。絶縁膜150は、例えば、Si層151の表面の酸化や、化学気相蒸着(CVD: Chemical Vapor Deposition)によって、Si層151の表面に形成される。
図3に示すように、上蓋13は、例えば縮退半導体からなるSi層151の表面に、酸化ケイ素(例えばSiO2)からなる絶縁膜150(絶縁層の一例である。)が形成されて構成されている。絶縁膜150は、例えば、Si層151の表面の酸化や、化学気相蒸着(CVD: Chemical Vapor Deposition)によって、Si層151の表面に形成される。
上蓋13には、端子T1及びT2が形成される位置に、それぞれ貫通孔TSVが形成されている。配線W1、W2は、貫通孔TSVの内部に形成されている。貫通孔TSVの内側を含み、Si層151の表面には絶縁膜150が形成されている。すなわち、配線W1、W2は、絶縁膜150によって、Si層151から電気的に絶縁されている。
上蓋13のうち接地端子Gが形成される箇所において、絶縁膜150はエッチング等の加工によって除去され、Si層151が露出される。そして、接地端子Gが、露出したSi層151上に形成される。これによって、Si層151と接地端子Gとが直接接続し、上蓋13のSi層151全体が、接地端子Gを介して接地される。接地端子Gは、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属をSi層151上に形成し、熱アニールすることによって、Si層151に対してオーミック接合される。
さらに、上蓋13のうち接地配線G129が形成される箇所において、絶縁膜150はエッチング等の加工によって除去され、接地配線G129が露出したSi層151上に形成される。接地配線G129は、例えば、金(Au)、アルミニウム(Al)等の金属をSi層151上に形成し、熱アニールすることによって、Si層151に対してオーミック接合される。これによって、接地端子Gと接地配線G129とは、上蓋13のSi層151を介して電気的に接続される。さらに、接地配線G129と導電層Cとが接合することによって、下部電極129は電気的に接地端子Gと接続することになる。
このように、本実施形態に係る共振装置1は、上蓋13を介して共振子10の下部電極129が接地端子Gと電気的に接続される。下部電極129が接地されることによって、下部電極129付近に存在する他の電位(例えば、配線、他部品、人などの影響による電位)の影響を低減することができる。その結果、共振周波数や安定させることができる。
また、上蓋13は縮退半導体で形成されているため、導電性を有している。このため、上蓋13に接地端子Gを設けて、上蓋13及び下部電極129を接地させることにより、端子T1、T2付近、又は接合部127付近に発生する寄生容量の影響を低減することができる。これによって、共振子10の最大位相や発振安定性等の共振特性を向上させることができる。
さらに、上蓋13が接地端子Gによって接地されることで、絶縁膜150を介して上蓋13と端子T1、T2との間に容量が形成される。ひいては、この容量を、例えば、共振装置1を用いて形成する発振回路の容量とすることができる。
[第2の実施形態]
第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図6は、本実施形態に係る、共振装置1の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置1の詳細構成のうち、第1の実施形態との差異点を中心に説明する。
(1.下蓋14)
下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
(2.共振子10)
共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
(3.接合部127)
接合部127の構成は第1の実施形態と同様である。
接合部127の構成は第1の実施形態と同様である。
(4.上蓋13)
本実施形態では、上蓋13は、2つの貫通孔TSVに加え、さらにビアV1(第2の貫通孔の一例である。)を有している。ビアV1は、上蓋13の表面の絶縁膜150と、Si層151と、裏面の絶縁膜150とを貫通して形成される。さらに、ビアV1の内部には、表面に絶縁膜150は形成されず、Si層151が露出している。接地配線G129は、上蓋13に設けられたビアV1の内部に設けられる。接地端子Gと導電層Cとは、接地配線G129によって接続される。これによって、下部電極129と接地端子Gとの導通信頼性を向上させることができる。その他の上蓋13の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、上蓋13は、2つの貫通孔TSVに加え、さらにビアV1(第2の貫通孔の一例である。)を有している。ビアV1は、上蓋13の表面の絶縁膜150と、Si層151と、裏面の絶縁膜150とを貫通して形成される。さらに、ビアV1の内部には、表面に絶縁膜150は形成されず、Si層151が露出している。接地配線G129は、上蓋13に設けられたビアV1の内部に設けられる。接地端子Gと導電層Cとは、接地配線G129によって接続される。これによって、下部電極129と接地端子Gとの導通信頼性を向上させることができる。その他の上蓋13の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
[第3の実施形態]
図7は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
図7は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
(1.下蓋14)
下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
(2.共振子10)
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
(3.接合部127)
接合部127の構成は第1の実施形態と同様である。
接合部127の構成は第1の実施形態と同様である。
(4.上蓋13)
本実施形態では、上蓋13は、裏面の一部において、絶縁膜150が除去されて、Si層151が露出している。露出したSi層151の表面には、モリブデンやアルミニウム等の金属等の導電材料で形成される膜Zが形成されている。上蓋13は接合部127と膜Zによって接続する。
本実施形態では、上蓋13は、裏面の一部において、絶縁膜150が除去されて、Si層151が露出している。露出したSi層151の表面には、モリブデンやアルミニウム等の金属等の導電材料で形成される膜Zが形成されている。上蓋13は接合部127と膜Zによって接続する。
これによって、本実施形態では、接地端子Gと、膜Zとが、上蓋13のSi層151を介して電気的に接続する。また、膜Zと導電層Cとが、接合部127を介して電気的に接続する。従って、接地端子Gと、下部電極129とは、上蓋13と接合部127を介して電気的に接続することになる。
このように、本実施形態では、接合部127を利用して下部電極129を接地することができるため、上蓋13の内部に接地配線G129を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。さらに、本実施形態では、接合部127が上蓋13を介して接地される。これによって、振動部120の周囲を接地された接合部127で囲むことになり、配線や静電気等の外乱の影響を低減することができる。
その他の上蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
その他の上蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
[第4の実施形態]
図8は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
図8は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
(2.共振子10)
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
(4.上蓋13)
本実施形態では、接地配線G129は、接地端子Gから、接合部127と上蓋13との接合箇所までに亘って、上蓋13の表面に沿って形成される。具体的には、接地配線G129は、上蓋13の表面に形成された絶縁膜150上に設けられる。
これによって、接地端子Gと接合部127とは、接地配線G129によって接続される。また接地配線G129と、導電層Cとは接合部127を介して電気的に接続される。
このように、本実施形態では、接地配線G129は、上蓋13の表面に設けられ、接合部127を利用して下部電極129を接地することができる。したがって、上蓋13の内部に接地配線G129を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、接地配線G129は、接地端子Gから、接合部127と上蓋13との接合箇所までに亘って、上蓋13の表面に沿って形成される。具体的には、接地配線G129は、上蓋13の表面に形成された絶縁膜150上に設けられる。
これによって、接地端子Gと接合部127とは、接地配線G129によって接続される。また接地配線G129と、導電層Cとは接合部127を介して電気的に接続される。
このように、本実施形態では、接地配線G129は、上蓋13の表面に設けられ、接合部127を利用して下部電極129を接地することができる。したがって、上蓋13の内部に接地配線G129を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
[第5の実施形態]
図9は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
図9は、本実施形態に係る、共振子10の断面の構造の一例を概略的に示す図である。以下に、本実施形態に係る共振子10の各構成のうち、第1の実施形態との差異点について説明する。
(1.下蓋14)
本実施形態では、下蓋14は、端子T1、T2、配線W1、W2、及び2つの貫通孔TSVを有している。また、貫通孔TSVの内側を含み、下蓋14の裏面(下蓋の第2の面の一例である。)は、絶縁膜150が形成されている。従って、配線W1、W2と貫通孔TSVとは電気的に絶縁されている。その他の下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、下蓋14は、端子T1、T2、配線W1、W2、及び2つの貫通孔TSVを有している。また、貫通孔TSVの内側を含み、下蓋14の裏面(下蓋の第2の面の一例である。)は、絶縁膜150が形成されている。従って、配線W1、W2と貫通孔TSVとは電気的に絶縁されている。その他の下蓋14の構成は第1の実施形態と同様である。
(2.共振子10)
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
本実施形態では、保持枠11と接合部127との接合箇所において形成されている、保持枠11の圧電薄膜128の一部は、エッチング等の加工によって除去されている。圧電薄膜128の除去された箇所には例えばモリブデンやアルミニウム等の下部配線W129を形成する金属が充填されている。本実施形態では、この金属が充填された箇所が、第1の実施形態における導電層Cに対応する。
また、保持枠11は、貫通孔V2、V3を有している。
貫通孔V2、V3は、Si基板130、下部配線W129、及び圧電薄膜128を貫通するように形成される。貫通孔V2、V3の形成フローについて説明する。まず、Si基板130に貫通孔を形成した後、当該貫通孔の内側に絶縁膜150を形成する。次に、下部配線W129を保持枠11上に積層した際に、Si基板130に形成された貫通孔は、下部配線W129を形成する金属によって充填される。充填された金属は、エッチング等の加工によって貫通孔から除去される。次に、圧電薄膜128を、保持枠11上に積層した際に、金属が除去された貫通孔に圧電薄膜128が充填される。さらに、充填された圧電薄膜128が、内側の表面を覆う部分に残るように、エッチング等の加工によって除去されることによって、貫通孔V2、V3が形成される。
他方で、配線W1、W2は、上部配線W111、W112が保持枠11上に積層される際に、貫通孔V2、V3の内部に上部配線W111、W112を形成する金属が充填されることによって形成される。
貫通孔V2、V3の内部の配線W1、W2は、下蓋14と共振子10とが接合する際に、下蓋14に形成される配線W1、W2と接続する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
貫通孔V2、V3は、Si基板130、下部配線W129、及び圧電薄膜128を貫通するように形成される。貫通孔V2、V3の形成フローについて説明する。まず、Si基板130に貫通孔を形成した後、当該貫通孔の内側に絶縁膜150を形成する。次に、下部配線W129を保持枠11上に積層した際に、Si基板130に形成された貫通孔は、下部配線W129を形成する金属によって充填される。充填された金属は、エッチング等の加工によって貫通孔から除去される。次に、圧電薄膜128を、保持枠11上に積層した際に、金属が除去された貫通孔に圧電薄膜128が充填される。さらに、充填された圧電薄膜128が、内側の表面を覆う部分に残るように、エッチング等の加工によって除去されることによって、貫通孔V2、V3が形成される。
他方で、配線W1、W2は、上部配線W111、W112が保持枠11上に積層される際に、貫通孔V2、V3の内部に上部配線W111、W112を形成する金属が充填されることによって形成される。
貫通孔V2、V3の内部の配線W1、W2は、下蓋14と共振子10とが接合する際に、下蓋14に形成される配線W1、W2と接続する。
その他の共振子10の構成は第1の実施形態と同様である。
(4.上蓋13)
本実施形態では上蓋13は、端子T1、T2、配線W1、W2、及び2つの貫通孔TSVを有しておらず、ビアV1を有している。ビアV1は、上蓋13と接合部127との接合箇所の上部に設けられる。ビアV1は、上蓋13の表面の絶縁膜150と、Si層151と、裏面の絶縁膜150とを貫通して形成される。さらに、ビアV1の内部には、表面に絶縁膜150は形成されず、Si層151が露出している。接地配線G129は、上蓋13に設けられたビアV1の内部に設けられる。これによって、接地端子Gと接合部127とは、接地配線G129によって接続される。また、接地配線G129と導電層Cとは接合部127を介して電気的に接続される。
本実施形態では上蓋13は、端子T1、T2、配線W1、W2、及び2つの貫通孔TSVを有しておらず、ビアV1を有している。ビアV1は、上蓋13と接合部127との接合箇所の上部に設けられる。ビアV1は、上蓋13の表面の絶縁膜150と、Si層151と、裏面の絶縁膜150とを貫通して形成される。さらに、ビアV1の内部には、表面に絶縁膜150は形成されず、Si層151が露出している。接地配線G129は、上蓋13に設けられたビアV1の内部に設けられる。これによって、接地端子Gと接合部127とは、接地配線G129によって接続される。また、接地配線G129と導電層Cとは接合部127を介して電気的に接続される。
このように、本実施形態では、接合部127を利用して下部電極129を接地することができるため、上蓋13の内部に接地配線G129を設ける必要がなくなり、製品サイズを小さくすることができる。その他の上蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
その他の共振装置1の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
1 共振装置
10 共振子
13 上蓋
14 下蓋
11 保持枠
11a~d 枠体
110a、b 電圧印加部
111 保持腕
120 振動部
121~125 上部電極
128 圧電薄膜
129 下部電極
130 Si基板
127 接合部
150 絶縁膜
151 Si層
TSV 貫通孔
V1、2、3 ビア
G 接地端子
T1、T2 端子
G129 接地配線
W1、W2 配線
10 共振子
13 上蓋
14 下蓋
11 保持枠
11a~d 枠体
110a、b 電圧印加部
111 保持腕
120 振動部
121~125 上部電極
128 圧電薄膜
129 下部電極
130 Si基板
127 接合部
150 絶縁膜
151 Si層
TSV 貫通孔
V1、2、3 ビア
G 接地端子
T1、T2 端子
G129 接地配線
W1、W2 配線
Claims (5)
- 下部電極と複数の上部電極と、前記下部電極と前記複数の上部電極との間に形成された圧電膜と、を有する共振子と、
第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が前記共振子の前記上部電極に対向して前記共振子の第1の面を封止するように設けられた上蓋と、
第1の面及び第2の面を有し、当該第1の面が前記共振子の前記下部電極に対向して前記共振子の第2の面を封止するように設けられた下蓋と、
前記上部電極に電気的に接続された電源端子と、
前記上蓋の第2の面に設けられた接地端子と、
を備え、
前記下部電極は、前記上蓋を介して前記接地端子と電気的に接続された、共振装置。 - 前記共振装置は、さらに
前記上蓋に形成された第1の貫通孔と、
前記第1の貫通孔を介して前記電源端子と前記上部電極とを接続する配線と、
前記上蓋と前記第1の貫通孔との間に設けられた絶縁層と
を備え、
前記上蓋は、縮退したシリコンにより形成され、前記接地端子および前記下部電極と電気的に接続されており、
前記絶縁層を介して前記上蓋と前記電源端子との間に容量が形成された、
請求項1に記載の共振装置。 - 前記上蓋は、縮退したシリコンにより形成された、請求項1または2に記載の共振装置。
- 前記共振装置は、さらに、
前記上蓋と前記共振子とを接合する接合層を備え、
前記下部電極は、前記接合層を介して前記接地端子と電気的に接続された、
請求項1~3いずれか一項に記載の共振装置。 - 前記共振装置は、さらに、
前記上蓋に形成された第2の貫通孔と、当該第2の貫通孔に設けられた配線とを備え、 前記下部電極は、前記第2の貫通孔の配線を介して前記接地端子と電気的に接続される、請求項1~3いずれか一項に記載の共振装置。
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