JP7265729B2 - 共振装置及び共振装置製造方法 - Google Patents
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Description
<共振装置1>
まず、図1及び図2を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置の概略構成について説明する。図1は、本発明の一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。図2は、図1に示した共振装置1の構造を概略的に示す分解斜視図である。
次に、図5を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る接地部50及び接合部60の積層構造について説明する。図5は、図4に示した接地部50及び接合部60の構成を概略的に示す要部拡大断面図である。また、図5に示す例では、説明の便宜のために、共晶反応による接合の前における、接地部50及び接合部60、すなわち共晶反応層80を生成するための三つの金属層をそれぞれ独立した層として表示しているが、実際には、これらの界面は共晶接合している。
次に、図6を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る接地部50及び接合部60の状態、すなわち共晶反応層80の状態について説明する。図6は、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、チタン(Ti)の三元素を共晶反応させたときの状態図である。図6において、横軸はゲルマニウム(Ge)の割合(at%)、縦軸は温度(℃)である。
次に、図7から図11を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置1の製造方法について説明する。図7は、本発明の一実施形態に係る共振装置1の製造方法を示すフローチャートである。図8は、図7に示した工程S301を示す断面図である。図9は、図7に示した工程S302を示す断面図である。図10は、図7に示した工程S303を示す断面図である。図11は、図7に示した工程S304を示す断面図である。なお、図8から図11では、便宜上、製造方法によって製造される複数の共振装置1のうち一つの共振装置1を示して説明する。
また、本実施形態では、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)及びチタン(Ti)を共晶反応させることで、合金層を形成することができる。よって、合金層を形成し難い構成に比べて、異なる材質の界面の形成が抑制され、異なる材質の界面によるボイドや界面剥離等の問題を低減し、接合の気密性及び接合強度を向上させることができる。
さらに、本実施形態では、共晶反応層を上蓋30の内部に拡散させることによって、アルミニウム成分が上蓋30の内部に拡散させることができる。よって、上蓋30の内部に拡散しているアルミニウム成分によって、上蓋30を接地させ、上蓋30の接触抵抗の低減を実現している。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。以下では、本発明に係る変形例について説明する。
図12は、図5に示した接地部50及び接合部60の第1変形例を示す要部拡大断面図である。なお、第1変形例において、図5に示した接地部50及び接合部60と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。なお、接合部60は、接地部50と同じ成分を有するため、以下では接地部50の構成を中心に説明し、接合部60の説明を省略する。なお、後述する第2変形例や第3変形例等も同様にする。
図13は、図5に示した接地部50及び接合部60の第2変形例を示す要部拡大断面図である。第1接地部51は、第1変形例に係るアルミニウム層511及びチタン層512を有するとともに、チタン層512の下方に設けられているアルミニウム層513をさらに有する。すなわち、第2変形例に係る第1接地部51は、アルミニウム-チタン-アルミニウムという積層構成を有する。
図14は、図5に示した接地部50及び接合部60の第3変形例を示す要部拡大断面図である。第1接地部51は、第2変形例に係るアルミニウム層511、チタン層512及びアルミニウム層513を有するとともに、アルミニウム層513の下方に設けられているチタン層514をさらに有する。すなわち、第3変形例に係る第1接地部51は、アルミニウム-チタン-アルミニウム-チタンという積層構成を有する。
上記実施形態では、接地部50及び接合部60は、三元以上の共晶反応によって構成された共晶反応層(共晶合金層)として説明したが、上記構成に限定されるものではない。例えば、接地部50及び接合部60は、アルミニウム(Al)を主成分とする第1金属と、ゲルマニウム(Ge)主成分とする第2金属とによって構成された共晶反応層(共晶合金層)であってもよい。すなわち、接地部50及び接合部60は、二元共晶反応によって構成されてもよい。
ただし、2元素、例えばアルミニウム(Al)とゲルマニウム(Ge)とを共晶反応させて接合する場合、アルミニウム-ゲルマニウム合金(AlGe合金)はほとんど形成されず、アルミニウム(Al)単層とゲルマニウム(Ge)単層とが形成される。その結果、アルミニウム(Al)単層とゲルマニウム(Ge)単層との界面が多数存在することとなる。このような異なる材質の界面では、熱応力の違いによって、ボイドや剥離(界面剥離)が発生しやすくなり、接合部の気密性及び接合強度が低下してしまうことがある。このため、合金層を形成できる三元以上の共晶反応を採用することが好ましい。
本発明の一実施形態に係る共振装置は、共振子10を含む第1基板の一例であるMEMS基板40と、共振子10の振動空間Sを封止するように設けられている第2基板の一例である上蓋30と、MEMS基板40と上蓋30との間に位置し、上蓋30の内部に拡散し、上蓋30と電気的に接続している、第1共晶反応層の一例である接地部50と、を備える。
これにより、基板における接触抵抗の低減を実現できるとともに、アウトガス発生の抑制により良好な真空度を得ることできる。
これにより、基板を接地させることができ、基板における接触抵抗の低減を実現することができる。
これにより、シリコン基板の接触抵抗を低減することができる。
これにより、シリコン基板との接地/接触抵抗を低減するために適した材料であるアルミニウムを採用することで、より効果的にシリコン基板の接触抵抗を低減することができる。
これにより、異なる材質の界面の形成を抑制することができる。
これにより、アルミニウムの熱拡散が基板に与える影響を低減することができる。
これにより、真空度を向上することができる。
これにより、同じ成分を有することによって、製造が簡単になり、生産性の向上を実現できる。
これにより、良好な真空度を得ることができる。
これにより、基板における接触抵抗の低減を実現できるとともに、アウトガス発生の抑制により良好な真空度を得ることできる。
これにより、基板を接地させることができ、基板における接触抵抗の低減を実現することができる。
これにより、基板における接触抵抗の低減を実現することできる。
これにより、共晶反応層を十分に発生させることができる。
これにより、異なる材質の界面の形成を抑制することができる。
これにより、接合の密着性を向上することができる。
これにより、良好な真空度を得ることができる。
これにより、十分に脱ガスすることによって、真空度を向上することができる。
これにより、共晶反応層を十分に発生させることができる。
これにより、基板を接地させることができ、基板における接触抵抗の低減を実現することができる。
これにより、良好な真空度を得ることができる。
Claims (19)
- 共振子を含む第1基板と、
前記共振子の振動空間を封止するように設けられている第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に位置し、前記第2基板の内部に拡散し、前記第2基板と電気的に接続している、第1共晶反応層と、を備え、
前記第1基板の前記共振子の略全面に、絶縁層が設けられており、
前記第1共晶反応層は、前記第2基板を接地させるように、前記第2基板と電気的に接続しているとともに、前記絶縁層を介して前記第1基板と絶縁的に接続している、
共振装置。 - 前記第2基板の材料は、シリコンである、請求項1に記載の共振装置。
- 前記第1共晶反応層の主成分は、アルミニウム及びゲルマニウムを有する、請求項1または2に記載の共振装置。
- 前記第1共晶反応層の主成分は、チタンをさらに有し、
前記第1共晶反応層は、アルミニウム、ゲルマニウム及びチタンの共晶反応によって構成された合金層である、請求項3に記載の共振装置。 - 前記第1共晶反応層は、前記第2基板側のアルミニウムの濃度が、前記第1基板側のアルミニウムの濃度よりも低く、又は、前記第2基板側のアルミニウムの濃度が、前記第1基板側のアルミニウムの濃度と同じ、請求項2乃至4の何れかの一項に記載の共振装置。
- 前記第1基板と前記第2基板とを接合する第2共晶反応層、をさらに備え、
前記第2共晶反応層は、前記第1共晶反応層の外周側に位置し、絶縁層を介して前記第1基板及び前記第2基板とも絶縁的に接続している、請求項1乃至5の何れかの一項に記載の共振装置。 - 前記第2共晶反応層は、前記第1共晶反応層と同じ成分を有する、請求項6に記載の共振装置。
- 前記振動空間の真空度は、1パスカル以上2パスカル以下である、請求項1乃至7の何れかの一項に記載の共振装置。
- 共振子を含む第1基板と、前記共振子の振動空間を封止できる第2基板と、を準備することと、
前記第1基板における前記共振子の振動部の周囲に、第1金属層を形成することと、
前記第2基板の、前記第1金属層に対向する位置に、前記第1金属層と異なる成分を有する第2金属層を形成することと、
前記第1基板と前記第2基板とを接合することと、を含み、
前記接合することにおいて、前記第1金属層と前記第2金属層とは、共晶反応をして第1共晶反応層を生成し、
前記第1共晶反応層は、前記第2基板の内部に拡散し、前記第2基板と電気的に接続している、
共振装置製造方法。 - 前記第1共晶反応層は、前記第1基板と前記第2基板との間に位置し、前記第2基板を接地させるように、前記第2基板側の部分が、前記第2基板の内部に拡散して前記第2基板と電気的に接続しているとともに、前記第1基板側の部分が、前記第1基板に設けられている絶縁層を介して前記第1基板と絶縁的に接続している、請求項9に記載の共振装置製造方法。
- 前記第2基板の材料は、シリコンであり、
前記第1金属層は、少なくともアルミニウム層を有し、
前記第2金属層は、少なくともゲルマニウム層を有する、
請求項9又は10に記載の共振装置製造方法。 - 前記アルミニウム層の厚みは、0.70μmであり、
前記ゲルマニウム層の厚みは、0.38μmである、
請求項11に記載の共振装置製造方法。 - 前記第2金属層は、チタン層をさらに有し、
前記チタン層は、前記ゲルマニウム層よりも前記第2基板側に設けられており、
前記第1共晶反応層は、アルミニウム、ゲルマニウム及びチタンの共晶反応によって構成された合金層である、請求項11又は12に記載の共振装置製造方法。 - 前記チタン層の厚みは、0.10μmである、
請求項13に記載の共振装置製造方法。 - 前記第1基板の第1金属層を脱ガスするための第1アニール処理と、
前記第2基板の第2金属層を脱ガスするための第2アニール処理と、
をさらに含み、
前記第1アニール処理及び前記第2アニール処理は、前記接合することが行われる前に実施される、請求項9乃至14の何れかの一項に記載の共振装置製造方法。 - 前記第1アニール処理及び前記第2アニール処理のそれぞれのアニール温度は、450℃である、請求項15に記載の共振装置製造方法。
- 前記接合することにおける、前記共晶反応を実施させるための共晶温度は、440℃である、請求項9乃至16の何れかの一項に記載の共振装置製造方法。
- 前記第1金属層は、平面視するときに、前記第1基板の前記振動部の周囲に位置する第1接合部と、前記第1接合部と接触せず、前記第1接合部の内側に位置する第1接地部とを備え、
前記第2金属層は、平面視するときに、前記第1基板と前記第2基板とを対向させたときに、前記第1接合部に対向する位置にある第2接合部と、前記第1接地部に対向する位置にある第2接地部とを備え、
前記接合することは、前記第1接合部と前記第2接合部とを共晶反応させて接合部を生成することと、前記第1接地部と前記第2接地部とを共晶反応させて接地部を生成することとを含み、
前記接地部は、前記第1共晶反応層であり、前記接合部は、前記第1共晶反応層と同じ成分を有する第2共晶反応層である、請求項9乃至17の何れかの一項に記載の共振装置製造方法。 - 前記第2共晶反応層は、前記第1基板と前記第2基板との間に位置し、前記第1基板及び前記第2基板に設けられている絶縁層によって、前記第1基板及び前記第2基板の内部に拡散せず、前記第2基板及び前記第1基板と絶縁的に接続している、請求項18に記載の共振装置製造方法。
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