本发明涉及谐振装置。
背景技术：
以往，使用了mems(microelectromechanicalsystems：微电子机械系统)技术的压电谐振装置例如作为定时设备来使用。该压电谐振装置安装于设置在智能电话等电子设备内的印刷电路基板上。
这样的压电谐振装置需要用于使谐振子振荡的振荡电路(例如cmos设备)。但是，在cmos设备上安装压电谐振装置的情况下，与cmos设备相应地产品高度增加。因此，正在摸索抑制产品高度的增加并在cmos设备上安装压电谐振装置的技术。
例如，在专利文献1、2中公开了通过用cmos设备代替压电谐振装置的封装的一部分来抑制产品高度的增加的技术。
专利文献1：美国专利第7442570号说明书
专利文献2：美国专利第9114977号说明书
然而，在压电谐振装置中，为了使其谐振特性稳定，供谐振子振动的振动空间需要通过封装被气密地密封，并保持真空状态。但是，cmos设备没有形成为考虑到有释出气体的设计。在专利文献1、2中所记载的现有技术中，由于cmos设备的电路露出，因此根据电路所使用的材料，会产生释出气体，导致振动空间的真空度降低。
技术实现要素：
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供一种能够减少产品高度的增加并且将振动空间保持为真空的谐振装置。
本发明的一个方面所涉及的谐振装置具备mems设备和cmos设备，上述mems设备具有：谐振子，具有下部电极、上部电极以及形成于下部电极与上部电极之间的压电膜；上盖，与谐振子的上部电极对置而设置；以及下盖，与谐振子的下部电极对置而设置并设置为与上盖一起密封谐振子，上述cmos设备安装于上盖和下盖之中任一个盖的与朝向谐振子的一侧相反侧的面，cmos设备具有cmos层、和设置于该cmos层中的与朝向谐振子的一侧相反侧的面的保护层，上盖和下盖之中的与cmos设备接合的盖具有将该cmos设备与谐振子电连接的贯通电极。
根据本发明，能够提供可以减少产品高度的增加并且将振动空间保持为真空的谐振装置。
附图说明
图1是简要地表示第一实施方式所涉及的谐振装置的外观的立体图。
图2是简要地表示第一实施方式所涉及的谐振装置的构造的分解立体图。
图3是第一实施方式所涉及的谐振子的俯视图。
图4是图1的aa’剖视图。
图5a是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5b是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5c是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5d是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5e是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5f是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5g是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图5h是对第一实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图6a是对第二实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图6b是对第二实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图6c是对第二实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图7是简要地表示第三实施方式所涉及的谐振装置的剖面的构造的一个例子的图。
图8是简要地表示第四实施方式所涉及的谐振装置的剖面的构造的一个例子的图。
图9是简要地表示第五实施方式所涉及的谐振装置的剖面的构造的一个例子的图。
图10是第五实施方式所涉及的谐振子的俯视图。
图11是简要地表示第六实施方式所涉及的谐振装置的剖面的构造的一个例子的图。
图12a是对第六实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图12b是对第六实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图12c是对第六实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图12d是对第六实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图12e是对第六实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图13a是对第七实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图13b是对第七实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图13c是对第七实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
图13d是对第七实施方式所涉及的谐振装置的工艺流程进行说明的示意图。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1是简要地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置1的外观的立体图。另外，图2是简要地表示本发明的第一实施方式所涉及的谐振装置1的构造的分解立体图。
该谐振装置1通过将mems设备100与cmos设备40接合而构成。另外，mems设备100通过将下盖20、谐振子10(以下，也将下盖20和谐振子10统称为“mems基板50”。)以及上盖30依次层叠并接合而构成。
谐振子10是使用mems技术而被制造的mems振子。
谐振子10和上盖30经由后述的接合部h1而被接合。另外，谐振子10和下盖20分别使用si基板来形成，si基板彼此相互接合。通过该上盖30和下盖20、后述的谐振子10的保持部140、以及接合部h1来密封谐振子10，并形成气密的振动空间。此外，mems基板50(谐振子10和下盖20)也可以使用soi基板形成。
以下，对谐振装置1的各结构进行说明。此外，在以下的说明中，将谐振装置1中设置有上盖30的一侧作为上(或者表面)，将设置有下盖20的一侧作为下(或者背面)来进行说明。
(1.结构概要)
(1-1.上盖30)
上盖30沿着xy平面延展成平板状，在其背面例如形成有平坦的长方体形状的凹部31。凹部31被侧壁33包围，形成供谐振子10振动的空间亦即振动空间的一部分。另外，在上盖30形成有两个贯通电极v3。此外，上盖30也可以不具有凹部31，而为平板状的结构。
另外，在上盖30的凹部31的谐振子10侧的面形成有吸气层34。
(1-2.mems基板50)
(a.下盖20)
下盖20具有沿着xy平面设置的矩形平板状的底板22、和从底板22的周缘部沿z轴方向(即，下盖20与谐振子10的层叠方向)延伸的侧壁23。在下盖20中，在与谐振子10对置的面，设置有由底板22的表面和侧壁23的内表面形成的凹部21。凹部21形成谐振子10的振动空间的一部分。借助上述的上盖30、下盖20、保持部140以及接合部h1，该振动空间被气密地密封，并维持真空状态。也可以在该振动空间填充例如惰性气体等气体。此外，下盖20也可以不具有凹部21，而为平板状的结构。另外，也可以在下盖20的凹部21的谐振子10侧的面形成有吸气层。
(b.谐振子10)
图3是简要地表示本实施方式所涉及的谐振子10的构造的俯视图。谐振子10是使用mems技术而被制造的mems振子，在图3的正交坐标系中的xy平面内进行面外振动。此外，谐振子10不限定于图3所示的使用面外弯曲振动模式的谐振子，也可以使用扩展振动模式、厚度纵向振动模式、兰姆波振动模式、面内弯曲振动模式、表面波振动模式。这些应用于定时设备、rf滤波器、双工器、超声波换能器、陀螺传感器、加速度传感器。并且，也可以用于具有致动器功能的压电镜、压电陀螺，具有压力传感器功能的压电麦克风、超声波振动传感器等。并且，也可以应用于静电mems元件、电磁驱动mems元件、压阻式mems元件。
谐振子10具备振动部120、保持部140以及保持臂110。
振动部120设置于保持部140的内侧，在振动部120与保持部140之间以规定的间隔形成空间。在图3的例子中，振动部120具有基部130和四个振动臂135a～135d(统称为“振动臂135”。)。此外，振动臂的数量不限定于四个，例如设定为一个以上的任意数量。在本实施方式中，各振动臂135和基部130被一体地形成。
在俯视观察时，基部130在x轴方向具有长边131a、131b，在y轴方向具有短边131c、131d。长边131a是基部130的前端的面131a(以下，也称为“前端131a”。)的一个边，长边131b是基部130的后端的面131b(以下，也称为“后端131b”。)的一个边。在基部130中，前端131a和后端131b设置为相互对置。
基部130在前端131a与后述的振动臂135连接，在后端131b与后述的保持臂110连接。此外，在图3的例子中俯视观察时，基部130具有大致长方形的形状，但并不局限于此，只要相对于沿着长边131a的垂直平分线而规定的假想平面p形成为大致面对称即可。例如，基部130也可以是长边131b比131a短的梯形、以长边131a为直径的半圆的形状。另外，基部130的各面不限定于平面，也可以是弯曲的面。此外，假想平面p是振动部120a中的经过振动臂135排列的方向的中心的平面。
在基部130中，从前端131a朝向后端131b的方向上的、前端131a与后端131b的最长距离亦即基部长为35μm左右。另外，与基部长方向正交的宽度方向上的、基部130的侧端彼此的最长距离亦即基部宽度为265μm左右。
振动臂135沿y轴方向延伸，分别具有相同的尺寸。振动臂135分别与y轴方向平行地设置于基部130与保持部140之间，一端与基部130的前端131a连接而成为固定端，另一端成为开放端。另外，振动臂135分别在x轴方向上以规定的间隔并列设置。此外，振动臂135，例如x轴方向的宽度为50μm左右，y轴方向的长度为465μm左右。
保持部140沿着xy平面以包围振动部120的外侧的方式形成为矩形的框状。例如，保持部140由棱柱形状的框体一体地形成。此外，保持部140只要设置于振动部120的周围的至少一部分即可，并不限定于框状的形状。
另外，在保持部140中的与振动臂135的开放端对置的区域、和与保持臂连接的区域分别形成有电压施加部141。电压施加部141与外部电源连接，能够对谐振子10施加交变电场。
保持臂110设置于保持部140的内侧，连接振动部120和保持部140。
(1-3.cmos设备40)
cmos设备40是使用soi晶片而形成的振荡电路用cmos晶片，沿着图2的xy平面延展成平板状，具有端子t4。另外，cmos设备40安装于上盖30的与朝向谐振子10的一侧相反侧的面。
端子t4在cmos设备的表面，形成于与上盖30的贯通电极v3对置的位置。若上盖30和谐振子10通过后述的接合部h2而共晶键合，则端子t4与保持部140上的电压施加部141电连接。
(2.层叠构造)
使用图4对谐振装置1的层叠构造进行说明。图4是图1的aa’剖视图。如图4所示，在本实施方式所涉及的谐振装置1中，在下盖20的侧壁23上接合有谐振子10的保持部140，并且谐振子10的保持部140与上盖30的侧壁33被接合。这样，在下盖20与上盖30之间保持有谐振子10，通过下盖20、上盖30以及谐振子10的保持部140，形成供振动臂135振动的振动空间。
(2-1.上盖30)
上盖30由规定的厚度的si(硅)晶片l3形成。如图4所示，上盖30在其周边部(侧壁33)通过后述的接合部h1与谐振子10的保持部140接合。优选上盖30中的与谐振子10对置的表面、背面、以及贯通电极v3的侧面被氧化硅膜l31覆盖。氧化硅膜l31例如通过si晶片l3的表面的氧化、化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)形成于si晶片l3的表面。
另外，在上盖30的凹部31的与谐振子10对置的一侧的面形成有吸气层34。吸气层34例如由ti(钛)等形成，并吸附在由上盖30和下盖20形成的振动空间中产生的释出气体。本实施方式所涉及的上盖30在凹部31的与谐振子10对置的面的大致整个面形成有吸气层34，因此能够充分吸附释出气体，能够将振动空间保持为真空。
另外，上盖30的贯通电极v3通过在形成于上盖30的贯通孔填充多晶硅(poly-si)等金属而形成。贯通电极v3作为使端子t4与电压施加部141电连接的布线来发挥功能。此外，在贯通电极v3与电压施加部141之间例如形成有al膜、ge膜等。
(2-2.mems基板：下盖20)
下盖20的底板22和侧壁23由si(硅)晶片l1一体地形成。另外，下盖20通过侧壁23的上表面与谐振子10的保持部140接合。沿z轴方向所规定的下盖20的厚度例如为150μm，凹部21的深度例如为50μm。此外，si晶片l1由未被简并的硅形成，其电阻率例如为16mω·cm以上。
(2-3.mems基板：谐振子10)
在谐振子10中，保持部140、基部130、振动臂135以及保持臂110通过相同的工艺一体地形成。在谐振子10中，首先，在si(硅)基板f2(基板的一个例子。)之上层叠有金属层e1。然后，在金属层e1之上层叠有压电薄膜f3，以便覆盖金属层e1，进一步在压电薄膜f3上层叠有金属层e2。在金属层e2之上层叠有保护膜235，以便覆盖金属层e2。
si基板f2例如由厚度6μm左右的简并的n型si半导体形成，作为n型掺杂剂能够包括p(磷)、as(砷)、sb(锑)等。si基板f2中所使用的简并si的电阻值例如小于16mω·cm，更优选为1.2mω·cm以下。进而，在si基板f2的下表面形成有氧化硅(例如sio2)层f21(温度特性补偿层的一个例子。)。由此，能够使温度特性提高。此外，氧化硅层f21也可以在si基板f2的上表面形成，也可以在si基板f2的上表面和下表面的双方形成。
另外，金属层e2、e1例如使用厚度0.1μm以上0.2μm以下左右的mo(钼)、铝(al)等而形成。
金属层e2、e1通过蚀刻等形成为所希望的形状。例如，金属层e1在振动部120上，形成为作为下部电极来发挥功能。另外，金属层e1在保持臂110、保持部140上，形成为作为用于将下部电极与设置于谐振子10的外部的交流电源连接的布线来发挥功能。
另一方面，金属层e2在振动部120上，形成为作为上部电极发挥功能。另外，金属层e2在保持臂110、保持部140上，形成为作为用于将上部电极与设置于谐振子10的外部的电路连接的布线来发挥功能。
并且，保护膜235由aln、sin等氮化膜、ta2o5(五氧化钽)、sio2等氧化膜形成。保护膜235在保持部140上被除去，以使金属层e2露出。在除去了保护膜235的部位填充al等金属，形成电压施加部141。
此外，在形成于cmos设备40的外表面的端子t4与电压施加部141的连接时，经由与形成于上盖30的贯通电极v3连接的连接布线w1来进行。该连接布线w1例如由al与ge的共晶键合而构成。
压电薄膜f3是将所施加的电压转换为振动的压电体的薄膜，例如，能够以aln(氮化铝)等氮化物、氧化物为主要成分。具体而言，压电薄膜f3能够由scaln(氮化钪铝)形成。scaln是将氮化铝中的一部分铝置换为钪所成的材料。另外，压电薄膜f3例如具有1μm的厚度，但也能够采用0.2μm～2μm左右。
压电薄膜f3根据由金属层e2、e1施加于压电薄膜f3的电场，而在xy平面的面内方向即y轴方向伸缩。通过该压电薄膜f3的伸缩，振动臂135使其自由端朝向下盖20和上盖30的内表面位移，并以面外的弯曲振动模式振动。
在本实施方式中，设定为施加于外侧的振动臂135a、135d的电场的相位与施加于内侧的振动臂135b、135c的电场的相位成为相互相反相位。由此，外侧的振动臂135a、135d与内侧的振动臂135b、135c向相互相反方向位移。例如，若外侧的振动臂135a、135d使自由端朝向上盖30的内表面位移，则内侧的振动臂135b、135c使自由端朝向下盖20的内表面位移。
(2-4.cmos设备40)
cmos设备40由cmos层l42、保护层l43、布线层l41以及端子t4形成。
cmos层l42例如为厚度1μm以上100μm以下左右。cmos层l42例如是在由si等形成的基板上形成有振荡用cmos电路、再布线的层。此外，振荡电路用cmos电路经由端子t4与外部电源电连接。
保护层l43是钝化膜，例如使用厚度0.1μm以上10μm以下左右的氧化硅膜、氮化硅膜、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等有机树脂等而形成。保护层l43形成为覆盖cmos层l42的朝向谐振子的面的相反侧的面(上表面)，保护谐振装置1的表面。
端子t4使谐振子10与外部的电源、信号电连接。通过蚀刻等除去保护层l43以及cmos层l42而制成贯通孔，在制成的贯通孔中填充al等金属，由此生成端子t4。
布线层l41设置于mems设备100与cmos设备40之间。布线层l41是层叠有绝缘膜和布线的层，例如使用厚度0.1μm以上10μm以下左右的sio2(二氧化硅)、sin(氮化硅)、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、bcb(benzocyclobutene：苯并环丁烯)等氧化物而形成。布线层l41形成为覆盖cmos层l42的谐振子10侧的面(以下也称为“下表面”。)，保护形成于该cmos层l42的振荡用cmos电路。
(2-5.其他结构)
接合部h1在谐振子10与上盖30之间沿着xy平面形成为矩形的环状。接合部h1将谐振子10与上盖30共晶键合，密封谐振子10的振动空间。在本实施方式中，接合部h1通过将al层h11、ge层h12、al层h13依次层叠而形成。这样，对接合部h1使用与布线金属w1相同种类的金属，从而能够简化工艺。此外，在图4中，al层h11、ge层h12、al层h13分别作为独立的层来记载，但实际上它们的界面共晶键合。此外，接合部h1也可以由au(金)膜和sn(锡)膜等形成。
接合部h2形成于上盖30与cmos设备40之间，将上盖30与cmos设备40共晶接合。在本实施方式中，通过将ge层h21和al层h22依次层叠而形成接合部h2。此外，在图4中，ge层h21和al层h22分别作为独立的层记载，但实际上它们的界面共晶键合。
这样，对于本实施方式所涉及的谐振装置1来说，cmos设备40不具有处理层。由此，能够实现cmos设备40的薄膜化，因此能够减少谐振装置1的厚度。
并且，本实施方式所涉及的谐振装置1构成为在mems设备的外部连接有cmos设备40。由此，即使在cmos设备40中的构成cmos电路的材料中使用产生释出气体的物质的情况下，也能够在mems设备的振动空间稳定获得高真空。
(3.工艺流程)
接下来，使用图5a～图5h对本实施方式所涉及的谐振装置1的制造工艺进行说明。图5a～图5h是摘录谐振装置1的工艺流程之中将上盖30与cmos设备40接合时的工艺来进行说明的图。为了便于说明，省略谐振装置1之中的上盖30和cmos设备40以外的结构。此外，在图5a～图5h中，为了方便起见，对形成于晶片的多个谐振装置1中的一个谐振装置1进行表示并说明，但谐振装置1与通常的mems工艺相同，在对一个晶片上形成多个之后，通过分割该晶片而获得。
在最初所示的图5a的工序中，准备mems设备100和cmos晶片400。cmos晶片400通过将操作si层l45、box(buriedoxide：埋入式氧化膜)层l44(以下，将操作si层l45和box层l44统称为“支承层”。)、cmos层l42以及绝缘膜l41’依次层叠而形成。此外，在操作si层l45、box层l44以及cmos层l42的形成中，使用已有的cmos形成工艺。在cmos层l42中形成了振荡用cmos电路后，形成绝缘膜l41’，以便覆盖该振荡用cmos电路。此外，绝缘膜l41’由与上述的布线层l41相同的材料构成。
进而，除去绝缘膜l41’的一部分，在被除去的部位形成有与振荡用cmos电路电连接的al膜h22。此时，al膜h22在与绝缘膜l41’之间设置间隙地形成。由此，在接下来的加热处理中，绝缘膜l41’作为阻挡部发挥功能，从而即使在将cmos设备40转印到mems设备100后也能够保持机械强度。
接下来，在图5b的工序中，在mems设备100的上盖30的表面形成绝缘膜l41’。然后，在贯通电极v3上除去氧化膜l34的一部分，以使填充在贯通电极v3的金属露出。进而，在除去了氧化膜l34的部位形成ge膜h21。对于ge膜h21也与al膜h22同样地，在与绝缘膜l41’之间设置间隙地形成。
然后，进行mems设备100与cmos晶片400的对位，以使ge膜h21的中心与al膜h22的中心一致。此外，对于mems设备100与cmos晶片400的对位而言，例如列举有对形成有上盖30的晶片、和形成有cmos晶片400的晶片分别标记，使晶片彼此的位置直接对准的方法、基于形成于晶片的上盖30等的位置间接地使晶片的位置对准的方法等。
在进行了对位之后，mems设备100和cmos晶片400被加热器等夹住，进行加压和加热处理(图5c)。此时，使cmos晶片400朝向mems设备100移动，其结果，使它们接触，以便al膜h22的中心与ge膜h21的中心一致。
优选加热处理中的加热温度例如为400℃以上500℃以下左右，加热时间为5分钟以上60分钟以下左右。并且，在加热时，例如以5mpa以上20mpa以下左右的压力从cmos晶片400向mems设备100按压。由此，al膜h22和ge膜h21被共晶键合，形成接合部h2。此时，通过压破cmos晶片400的绝缘膜l41’和mems设备100的绝缘膜l41’，从而形成布线层l41。通过形成布线层l41，从而即使在将cmos设备40转印到mems设备100后也能够保持机械强度。
之后，依次除去操作si层l45和box层l44，从而露出cmos层l42的上表面(图5d、5e)。
接下来，在cmos层l42的上表面形成保护层l43(图5f)。在接下来的图5g所示的工序中，除去保护层l43和cmos层l42生成贯通孔，在生成的贯通孔形成端子t4。进而，再次层叠保护层l43，以便覆盖端子t4的侧面(图5h)。之后，通过切割来分割成谐振装置1。
这样，在本实施方式所涉及的谐振装置1中，cmos设备40成为不具备操作si层的结构。由此，能够降低谐振装置1的厚度。并且，将cmos设备40形成于mems设备100的封装(即上盖30)的外侧。由此，在形成于cmos设备40的电路中，即使选择了使释出气体产生的材料，也能够将mems设备100的振动空间保持为真空。
[第二实施方式]
在第二实施方式以后省略有关与第一实施方式通用的情况的描述，仅对不同点进行说明。特别是，对于由相同的结构起到的相同的作用效果不在每个实施方式依次提及。
图6a～6c是本实施方式所涉及的谐振装置2的工艺流程。本实施方式所涉及的谐振装置2具有接合部h3而代替第一实施方式所涉及的谐振装置1的接合部h2。接合部h3通过绝缘层彼此的活化接合而形成。以下，以本实施方式所涉及的谐振装置2的详细结构中与第一实施方式的不同点为中心进行说明。
在第二实施方式的工艺流程中，在cmos晶片400中形成有cu(铜)膜h32而代替al膜h22。cu膜h32例如通过镶嵌工艺形成。另外，在mems设备100中形成cu膜h31而代替ge膜h21(图6a)。此时，cu膜h32和cu膜h31均通过凹进成形等形成为厚度比绝缘膜l41’薄。然后，进行mems设备100与cmos晶片400的对位，以使cu膜h31的中心与cu膜h32的中心一致。
在进行了对位之后，通过绝缘膜l41’使mems设备100与cmos晶片400接触，通过等离子活化接合使绝缘膜l41’彼此接合(图6b)。等离子活化接合是指，利用ar等等离子体、离子束将接合前的接合面除去表面的水分、碳等吸附物，或切断结合种而使活性的结合种在表面露出的方法。通常，在活化处理后不进行加热处理等而在大致常温下进行接合，但为了提高接合强度，有时也进行200℃以下左右的加热。
接下来，通过200℃左右的退火处理使cu膜h32和cu膜h33膨胀并接合(图6c)，从而形成谐振装置2。其他的工艺与第一实施方式相同。
此外，cu膜h32、h33例如也能够由ni(镍)、au(金)代替。另外，绝缘膜l41’的材料例如是sio2(二氧化硅)、sin(氮化硅)、聚酰亚胺、bcb(benzocyclobutene：苯并环丁烯)等。
[第三实施方式]
以下，对本实施方式所涉及的谐振装置3的各结构中与第一实施方式的不同点进行说明。图7是简要地表示本实施方式所涉及的谐振装置3的剖面的构造的一个例子的图。
本实施方式所涉及的谐振装置3具有谐振子11而代替第一实施方式中的谐振子10。谐振子11是以32khz进行工作的温度补偿型振荡器(tcxo：temperature-compensatedvoltage-controlledcrystaloscillator)。
谐振子11在压电膜f3内具有温度传感器142。温度传感器142是由mo(钼)布线等形成的曲流电阻型温度传感器。对于本实施方式所涉及的谐振装置3来说，谐振子11具有温度传感器142，从而能够进行高精度的温度补偿。其他的结构、效果与第一实施方式相同。
[第四实施方式]
以下，对本实施方式所涉及的谐振装置4的各结构中与第一实施方式的不同点进行说明。图8是简要地表示本实施方式所涉及的谐振装置4的剖面的构造的一个例子的图。
本实施方式所涉及的谐振装置4具有谐振子12而代替第一实施方式中的谐振子10。谐振子12是以32khz进行工作的恒温控制型振荡器(ocxo：oven-controlledcrystaloscillator)。
谐振子12在压电膜f3内具有温度传感器142。温度传感器142是由mo(钼)、多晶硅、nicr(镍铬耐热合金)、pt(铂)布线等形成的曲流电阻型温度传感器。并且，谐振子12在振动臂135与基部130的连接部位附近具有加热器143。加热器143使用mo、多晶硅、nicr、pt布线而形成。通过在与谐振子12同一平面上形成加热器143，从而能够有效地进行温度补偿。其他的结构、效果与第一实施方式相同。
[第五实施方式]
以下，对本实施方式所涉及的谐振装置5的各结构中与第一实施方式的不同点进行说明。图9是简要地表示本实施方式所涉及的谐振装置5的剖面的构造的一个例子的图。本实施方式所涉及的谐振装置5具有上盖35、下盖25、谐振子13而代替第一实施方式所涉及的谐振装置1的上盖30、下盖20、谐振子10。另外，cmos设备40与下盖25的下表面接合。
上盖35与第一实施方式中的上盖30不同，没有形成贯通电极v3。其他的上盖35的结构与第一实施方式中的上盖30相同。
下盖25具有贯通电极v2。贯通电极v2通过在形成于下盖25的贯通孔填充多晶硅(poly-si)等金属而形成。贯通电极v2作为使端子t4与电压施加部141电连接的布线而发挥功能。此外，在贯通电极v2与电压施加部141之间例如形成有al膜、ge膜等。
另外，优选下盖25的与谐振子13对置的表面、背面、以及贯通电极v2的侧面被氧化硅膜l31覆盖。氧化硅膜l31例如通过si晶片l3的表面的氧化、化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)而形成于si晶片l2的表面。
接下来，对谐振子13的结构进行说明。图10是本实施方式所涉及的谐振子13的俯视图。谐振子13在保持部140中的与振动臂135的开放端对置的区域、与保持臂连接的区域分别具有贯通孔v1。
再次参照图9，在谐振子13中，压电薄膜f3、金属层e1、e2、保护膜235只层叠在比贯通孔v1靠基部130侧。另外，在谐振子13中，电压施加部141沿着贯通孔v1的侧面形成至贯通电极v2。其他的结构、功能与第一实施方式相同。
[第六实施方式]
以下，对本实施方式所涉及的谐振装置6的各结构中与第一实施方式的不同点进行说明。图11是简要地表示本实施方式所涉及的谐振装置6的剖面的构造的一个例子的图。
对于本实施方式所涉及的谐振装置6来说，cmos设备40具有贯通电极v4。通过在形成于cmos设备40的贯通孔填充多晶硅(poly-si)等金属而形成cmos设备40的贯通电极v4。贯通电极v4作为使端子t4与振荡用cmos电路电连接的布线而发挥功能。在该cmos设备40中，优选贯通电极v4的侧面被氧化硅膜l46覆盖。氧化硅膜l46例如通过cmos层l42的表面的氧化、化学气相沉积(cvd：chemicalvapordeposition)而形成于cmos层l42的表面。
接下来，使用图12a～图12e对本实施方式所涉及的谐振装置6的制造工艺进行说明。图12a～图12e是摘录谐振装置6的工艺流程中的将上盖30与cmos设备40接合时的工艺来进行说明的图。为了便于说明，省略谐振装置6中上盖30和cmos设备40以外的结构。此外，在图12a～图12e中，为了方便起见，对形成于晶片的多个谐振装置6中的一个谐振装置6进行表示并说明，但谐振装置6与通常的mems工艺相同，在对一个晶片形成有多个谐振装置6之后，通过分割该晶片而获得谐振装置6。
在最初所示的图12a的工序中，准备mems设备100和cmos晶片401。通过将cmos层l42和绝缘膜l41’依次层叠而形成cmos晶片401。即，cmos晶片401与第一实施方式的cmos晶片400不同，不包括操作si层l45和box层l44。
另一方面，在cmos层l42形成有上述的贯通电极v4和氧化硅膜l46。cmos层l42是由si等形成的基板，在图12a的工序中，具有50μm以上200μm以下左右的厚度。
在cmos层l42中形成了振荡用cmos电路之后，形成有绝缘膜l41’，以便覆盖该振荡用cmos电路。此外，绝缘膜l41’由与上述的布线层l41相同的材料构成。绝缘膜l41’在图12a的工序中具有1μm以上9μm以下左右的厚度。另外，绝缘膜l41’与第一实施方式的谐振装置1的制造工艺相同，除去其一部分，在被除去的部位形成有与振荡用cmos电路电连接的al膜h22。
接下来，与第一实施方式的谐振装置1的制造工艺相同，在mems设备100的上盖30的表面形成绝缘膜l41’和ge膜h21，进行mems设备100与cmos晶片401的对位，以使ge膜h21的中心与al膜h22的中心一致。
在图12b所示的工序中，在进行了对位之后，mems设备100和cmos晶片401被加热器等夹住，进行加压和加热处理。由此，al膜h22和ge膜h21被共晶键合，形成接合部h2。此时，通过压破cmos晶片401的绝缘膜l41’和mems设备100的绝缘膜l41’从而形成布线层l41。
接下来，在图12c所示的工序中，使cmos层l42的厚度变薄，以使贯通电极v4和氧化硅膜l46的一部分突出。
接下来，在图12d所示的工序中，在cmos层l42的上表面形成保护层l43。在接下来的图12e所示的工序中，在保护层l43上形成端子t4，以便覆盖贯通电极v4的表面。之后，通过切割而分割成谐振装置6。
[第七实施方式]
以下，对本实施方式所涉及的谐振装置7的制造工艺中与第一实施方式的不同点进行说明。此外，本实施方式所涉及的谐振装置7的各结构与上述的第六实施方式的谐振装置6大致相同，因此省略图示和说明。
使用图13a～图13d对本实施方式所涉及的谐振装置7的制造工艺进行说明。图13a～图13d是摘录谐振装置7的工艺流程中的将上盖30与cmos设备40接合时的工艺来进行说明的图。为了便于说明，省略谐振装置7中的上盖30和cmos设备40以外的结构。此外，在图13a～图13d中，为了方便起见，对形成于晶片的多个谐振装置7中的一个谐振装置7进行表示并说明，但谐振装置7与通常的mems工艺相同，在对一个晶片上形成有多个之后，通过分割该晶片而获得谐振装置7。
在最初所示的图13a的工序中，准备mems设备100和cmos晶片402。cmos晶片402通过将cmos层l42、绝缘膜l41’依次层叠而形成。cmos晶片402与第六实施方式的cmos晶片401相同，不包括操作si层l45和box层l44。
另外，在cmos晶片402的cmos层l42中，在图13a的工序中，未形成贯通电极v4和氧化硅膜l46。
在cmos层l42中形成了振荡用cmos电路后，形成绝缘膜l41’，以便覆盖该振荡用cmos电路。此外，绝缘膜l41’由与上述的布线层l41相同的材料构成。另外，绝缘膜l41’与第一实施方式的谐振装置1的制造工艺相同，除去其一部分，在被除去的部位形成与振荡用cmos电路电连接的al膜h22。
接下来，与第一实施方式的谐振装置1的制造工艺相同，在mems设备100的上盖30的表面形成绝缘膜l41’和ge膜h21，进行mems设备100与cmos晶片402的对位，以使ge膜h21的中心与al膜h22的中心一致。
在图13b所示的工序中，在进行了对位之后，mems设备100和cmos晶片402被加热器等夹住，进行加压和加热处理。由此，al膜h22和ge膜h21被共晶键合，形成接合部h2。此时，通过压破cmos晶片402的绝缘膜l41’和mems设备100的绝缘膜l41’从而形成布线层l41。
接下来，在图13c所示的工序中，除去cmos层l42的一部分，在cmos层l42形成贯通孔。
接下来，在图13d所示的工序中，在cmos层l42的上表面形成保护层l43，并且在贯通孔的侧面形成氧化硅膜l46。在接下来的工序中，在该贯通孔填充cu(铜)等金属而形成贯通电极v4，在保护层l43之上形成端子t4，以便覆盖该贯通电极v4的表面。之后，通过切割而分割成谐振装置7。
[其他的实施方式]
在已叙述的实施方式中，对本发明所涉及的谐振装置作为mems振子被使用的例子进行了说明，但应用例并不限定于此。例如也可以应用于光扫描仪型mems镜、压电麦克风、压电换能器、静电mems元件、电磁驱动mems元件、压阻式mems元件、陀螺传感器、加速度传感器等。另外，也能够应用于mhz振子，用于mhz振荡器。
以上，对本发明的例示的实施方式进行了说明。
本发明的一个实施方式所涉及的谐振装置1具备mems设备100和cmos设备40，上述mems设备100具有：谐振子10，具有下部电极e1、上部电极e2、以及形成于下部电极e1与上部电极e2之间的压电膜f3；上盖30，与谐振子10的上部电极e2对置而设置；以及下盖20，与谐振子10的下部电极e1对置而设置，并设置为与上盖30一起密封谐振子10，上述cmos设备40安装于上盖30和下盖20之中任一个盖的与朝向谐振子10的一侧相反侧的面，cmos设备40具有cmos层l42、和设置于该cmos层l42中的与朝向谐振子10的一侧相反侧的面的保护层l43，上盖30和下盖20之中的与cmos设备40接合的盖具有将该cmos设备与上述谐振子电连接的贯通电极。这样，本实施方式所涉及的谐振装置1的cmos设备40不具备操作层。由此，能够实现cmos设备40的薄膜化，因此能够减少谐振装置1的厚度。并且，本实施方式所涉及的谐振装置1构成为在mems设备的外部连接有cmos设备40。由此，即使对cmos设备40中的构成cmos电路的材料使用产生释出气体的物质的情况下，也能够在mems设备的振动空间中稳定地获得高真空。
另外，优选cmos设备40在cmos层l41中的设置有保护层l43的一侧具有外部端子t4。
另外，优选mems设备100和cmos设备40是被共晶接合的结构。另外，优选mems设备100和cmos设备40是通过铝和锗的共晶而被接合的结构。在cmos设备40与mems设备100的接合中使用与mems设备100中的上盖30和谐振子10的接合相同的金属，从而能够简化工艺。
另外，还优选mems设备100和cmos设备40是通过氧化硅的活化接合、相同金属彼此的接合而电连接的结构。
另外，优选上盖30在朝向谐振子10的一侧的面具有吸气膜34。由此，能够更气密地保持mems设备100的振动空间。
本发明的一个实施方式所涉及的谐振装置制造方法具备如下工序：准备mems设备100的工序，上述mems设备100具有谐振子10、上盖30、以及下盖20，上述谐振子10具有下部电极e1、上部电极e2、以及形成于下部电极e1与上部电极e2之间的压电膜f3，上述上盖30与谐振子10的上部电极e2对置而设置，上述下盖20与谐振子10的下部电极e1对置而设置并设置为与上盖30一起密封谐振子10，上盖30和下盖20之中任一个盖具有贯通电极v3(或者v2)；准备cmos设备40的工序，上述cmos设备40具有cmos层l42、和设置于cmos层l42之上的布线层l41；使cmos设备40的布线层l41与mems设备100的上盖30和下盖20之中具有贯通电极v3(或者v2)的盖的与朝向谐振子10的一侧相反侧的面对置，将cmos设备40安装于mems设备100的工序；以及在cmos设备40的cmos层l42的与朝向谐振子10的一侧相反侧的面形成保护层l43的工序。
以上说明的各实施方式是用于容易理解本发明的内容，并不是用于限定解释本发明的内容。本发明可以不脱离其主旨地进行变更/改进，并且其等价物也被包含于本发明。即，本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更所得的结构只要具备本发明的特征，也被包含于本发明的范围内。例如，各实施方式所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示出的内容而能够适当地变更。另外，各实施方式是例示，当然能够进行在不同的实施方式中示出的结构的局部置换或者组合，这些结构只要包含本发明的特征就被包含于本发明的范围。
附图标记说明
1、2、3、4、5、6、7…谐振装置；10、11、12、13…谐振子；20、25…下盖；21…凹部；22…底板；23…侧壁；30、35…上盖；31…凹部；33…侧壁；34…吸气层；40…cmos设备；50…基板；100…mems设备；110…保持臂；120…振动部；120a…振动部；127…接合部；130…基部；135…振动臂；140…保持部；141…电压施加部；142…温度传感器；143…加热器；235…保护膜；400、401、402…cmos晶片。
1.一种谐振装置，其中，
所述谐振装置具备mems设备和cmos设备，
所述mems设备具有：
谐振子，具有下部电极、上部电极、以及形成于所述下部电极与所述上部电极之间的压电膜；
上盖，与所述谐振子的所述上部电极对置而设置；以及
下盖，与所述谐振子的所述下部电极对置而设置，并设置为与所述上盖一起密封所述谐振子，
所述cmos设备安装于所述上盖和所述下盖之中任一个盖的与朝向所述谐振子的一侧相反侧的面，
所述cmos设备具有cmos层、和在该cmos层的与朝向所述谐振子的一侧相反侧的面所设置的保护层，
所述上盖和所述下盖之中的安装有所述cmos设备的盖具有将该cmos设备与所述谐振子电连接的贯通电极。
2.根据权利要求1所述的谐振装置，其中，
所述cmos设备在所述cmos层的设置有所述保护层的一侧具有外部端子。
3.根据权利要求1或2所述的谐振装置，其中，
所述mems设备与所述cmos设备被共晶接合。
4.根据权利要求3所述的谐振装置，其中，
所述mems设备与所述cmos设备通过铝和锗的共晶而接合。
5.根据权利要求1或2所述的谐振装置，其中，
所述mems设备与所述cmos设备通过相同的绝缘膜彼此的活化接合、相同金属彼此的接合而电连接。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的谐振装置，其中，
所述上盖或下盖在朝向所述谐振子的一侧的面具有吸气膜。
7.一种谐振装置制造方法，其中，
所述谐振装置制造方法具备如下工序：
准备mems设备的工序，所述mems设备具有谐振子、上盖、以及下盖，所述谐振子具有下部电极、上部电极、以及形成于所述下部电极与所述上部电极之间的压电膜，所述上盖与所述谐振子的所述上部电极对置而设置，所述下盖与所述谐振子的所述下部电极对置而设置，并设置为与所述上盖一起密封所述谐振子，所述上盖和所述下盖之中任一个盖具有贯通电极；
准备cmos设备的工序，所述cmos设备具有cmos层、和设置于所述cmos层上的布线层；
使所述cmos设备的所述布线层与所述mems设备的所述上盖和所述下盖之中具有所述贯通电极的盖的与朝向所述谐振子的一侧相反侧的面对置，而将所述cmos设备安装于所述mems设备的工序；以及
在所述cmos设备的所述cmos层的与朝向所述谐振子的一侧相反侧的面形成保护层的工序。
技术总结