JPWO2019159410A1 - 共振装置及び共振装置製造方法 - Google Patents
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Abstract
共振子の振動空間を高真空に保つことができる共振装置及び共振装置製造方法を提供する。共振装置１は、共振子を含むＭＥＭＳ基板５０と、上蓋３０と、共振子１０の振動空間を封止するように、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを接合する接合部６０と、を備え、接合部は、ＭＥＭＳ基板５０側から上蓋３０側にかけて連続して設けられる、ゲルマニウムとアルミニウムを主成分とする金属との共晶合金で構成された共晶層６５、第１チタン層６３、第１アルミニウム酸化膜６２、及び、第１導電層６１を含む。
Description
本発明は、共振装置及び共振装置製造方法に関する。
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造された共振装置が普及している。この共振装置は、例えば共振子を有する下側基板に、上側基板を接合して形成される。
特許文献１には、ウエハの上方にＡｕＳｎの濡れ性の悪い材料からなる拡散防止層を積層し、さらに拡散防止層の縁よりも引っ込めて拡散防止層の表面に接着層を形成し、ウエハと拡散防止層との間にＡｕＳｎの拡散によって機能劣化し易い機能層を形成した接合部が開示されている。この接合部は、接着層を拡散防止層の縁よりも引っ込めて形成することで、ＡｕＳｎハンダによってＡｕＳｎ共晶接合させたときに、溶融したＡｕＳｎハンダが拡散防止層の表面に広がりにくく、ＡｕＳｎの拡散によって機能層へ流れ落ちるおそれを少なくしている。
ところで、共振装置において共振子が振動する振動空間は、共振子の共振特性を安定させるために、気密に封止されて真空状態を保つ必要がある。他方、共振装置の材料から発生するアウトガスは、振動空間の真空度を低下させる要因となる。このアウトガスの発生を防ぐために、共振装置の製造時に加熱処理による脱ガスを行う手法が用いられている。
しかしながら、共晶接合を用いた接合部では、脱ガスのための加熱処理を高温で行うと、接合部に熱拡散が発生しやすくなり、共晶接合の際に、例えば共晶組成のズレ、共晶反応の不良等を誘発する原因となっていた。そのため、脱ガスのための加熱処理を高温で行うができず、アウトガスによって共振子の振動空間における真空度が低下するおそれがあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振子の振動空間を高真空に保つことができる共振装置及び共振装置製造方法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、共振子を含む第１基板と、第２基板と、共振子の振動空間を封止するように、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、を備え、接合部は、第１基板側から第２基板側にかけて連続して設けられる、ゲルマニウムとアルミニウムを主成分とする金属との共晶合金で構成された共晶層、第１チタン層、第１アルミニウム酸化膜、及び、第１導電層を含む。
本発明の一側面に係る共振装置製造方法は、共振子を含む第１基板及び第２基板を用意する工程と、第１基板における共振子の振動部の周囲に、アルミニウムを主成分とする金属層を含む第１層を形成する工程と、第１基板と第２基板とを対向させたときの第２基板における第１層に対向する位置に、第２基板側から、第１導電層、第１アルミニウム酸化膜、第１チタン層、及び、ゲルマニウム層の順に連続して設けられる第２層を形成する工程と、共振子の振動空間を封止するように、第１層の金属層と第２層のゲルマニウム層とを共晶接合させる工程と、を含む。
本発明によれば、共振子の振動空間を高真空に保つことができる。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
＜実施形態＞
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１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。また、図２は、本発明の一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１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。また、図２は、本発明の一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。
共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０（以下、下蓋２０と共振子１０とを合わせて「ＭＥＭＳ基板５０」ともいう。）と、上蓋３０と、接合部６０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、ＭＥＭＳ基板５０と、接合部６０と、上蓋３０とが、この順で積層されて構成されている。なお、ＭＥＭＳ基板５０は本発明の「第１基板」の一例に相当し、上蓋３０は本発明の「第２基板」の一例に相当する。
以下において、共振装置１の各構成について説明する。なお、以下の説明では、共振装置１のうち上蓋３０が設けられている側を上（又は表）、下蓋２０が設けられている側を下（又は裏）、として説明する。
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３０とは、後述する接合部６０を介して接合されている。また、共振子１０と下蓋２０は、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）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いる。なお、ＭＥＭＳ基板５０（共振子１０及び下蓋２０）は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
上蓋３０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３１が形成されている。凹部３１は、側壁３３に囲まれており、共振子１０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。また、上蓋３０の凹部３１の共振子１０側の面にはゲッター層３４が形成されている。なお、上蓋３０は凹部３１を有さず、平板状の構成でもよい。
上蓋３０の表面には、２つの端子Ｔ４が形成されている。各端子Ｔ４の下方には、内部に導電性材料が充填された貫通電極Ｖ３がそれぞれ形成されている。各端子Ｔ４は、後述する保持部１４０上の電圧印加部１４１に電気的に接続される。
下蓋２０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板２２と、底板２２の周縁部からＺ軸方向、つまり、下蓋２０と共振子１０との積層方向、に延びる側壁２３と、を有する。下蓋２０には、共振子１０と対向する面において、底板２２の表面と側壁２３の内面とによって形成される凹部２１が形成されている。凹部２１は、共振子１０の振動空間の一部を形成する。なお、下蓋２０は凹部２１を有さず、平板状の構成でもよい。また、下蓋２０の凹部２１の共振子１０側の面にはゲッター層が形成されてもよい。
次に、図３を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る共振子１０の概略構成について説明する。同図は、本発明の一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３に示すように、共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子であり、図３の直交座標系におけるＸＹ平面内で面外振動する。なお、共振子１０は面外屈曲振動モードを用いた共振子に限定されるものではない。共振装置１の共振子は、例えば、広がり振動モード、厚み縦振動モード、ラム波振動モード、面内屈曲振動モード、表面波振動モードを用いるものであってもよい。これらの振動子は、例えば、タイミングデバイス、ＲＦフィルタ、デュプレクサ、超音波トランスデューサー、ジャイロセンサ、加速度センサ等に応用される。また、アクチュエーター機能を持った圧電ミラー、圧電ジャイロ、圧力センサ機能を持った圧電マイクロフォン、超音波振動センサ等に用いられてもよい。さらに、静電ＭＥＭＳ素子、電磁駆動ＭＥＭＳ素子、ピエゾ抵抗ＭＥＭＳ素子に適用してもよい。
共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１０と、を備える。
振動部１２０は、保持部１４０の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１４０との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３に示す例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（以下、まとめて「振動腕１３５」ともいう）と、を有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば１本以上の任意の数に設定される。本実施形態において、各振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄと、基部１３０とは、一体に形成されている。
基部１３０は、平面視において、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。長辺１３１ａは、基部１３０の前端の面（以下、「前端１３１Ａ」ともいう）の一つの辺であり、長辺１３１ｂは基部１３０の後端の面（以下、「後端１３１Ｂ」ともいう）の一つの辺である。基部１３０において、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとは、互いに対向するように設けられている。
基部１３０は、前端１３１Ａにおいて、振動腕１３５に接続され、後端１３１Ｂにおいて、後述する保持腕１１０に接続されている。なお、基部１３０は、図３に示す例では平面視において、略長方形の形状を有しているがこれに限定されるものではない。基部１３０は、長辺１３１ａの垂直二等分線に沿って規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成されていればよい。例えば、基部１３０は、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形であってもよいし、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、基部１３０の各面は平面に限定されず、湾曲した面であってもよい。なお、仮想平面Ｐは、振動部１２０における、振動腕１３５が並ぶ方向の中心を通る平面である。
基部１３０において、前端１３１Ａから後端１３１Ｂに向かう方向における、前端１３１Ａと後端１３１Ｂとの最長距離である基部長は３５μｍ程度である。また、基部長方向に直交する幅方向であって、基部１３０の側端同士の最長距離である基部幅は２６５μｍ程度である。
振動腕１３５は、Ｙ軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１３５は、それぞれが基部１３０と保持部１４０との間にＹ軸方向に平行に設けられ、一端は、基部１３０の前端１３１Ａと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕１３５は、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４６５μｍ程度である。
保持部１４０は、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように、矩形の枠状に形成される。例えば、保持部１４０は、角柱形状の枠体から一体に形成されている。なお、保持部１４０は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。
また、保持部１４０における振動腕１３５の開放端と対向する領域と、保持腕と接続される領域とにはそれぞれ電圧印加部１４１が形成されている。電圧印加部１４１は、前述した上蓋３０の端子Ｔ４に電気的に接続され、共振子１０に交番電界を印加することができる。
保持腕１１０は、保持部１４０の内側に設けられ、振動部１２０と保持部１４０とを接続する。
次に、図４を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の積層構造について説明する。同図は、図１に示した共振装置１のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。
図４に示すように、共振装置１は、下蓋２０の側壁２３上に共振子１０の保持部１４０が接合され、さらに共振子１０の保持部１４０と上蓋３０の側壁３３とが接合される。このように下蓋２０と上蓋３０との間に共振子１０が保持され、下蓋２０と上蓋３０と共振子１０の保持部１４０とによって、振動腕１３５が振動する振動空間が形成される。
上蓋３０は、所定の厚みのシリコン（Ｓｉ）ウエハ（以下、「Ｓｉウエハ」という）Ｌ３により形成されている。上蓋３０はその周辺部（側壁３３）で後述する接合部６０によって共振子１０の保持部１４０と接合されている。上蓋３０における、共振子１０に対向する表面、裏面及び貫通電極Ｖ３の側面は、酸化ケイ素膜Ｌ３１に覆われていることが好ましい。酸化ケイ素膜Ｌ３１は、例えばＳｉウエハＬ３の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ: Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＳｉウエハＬ３の表面に形成される。
また、上蓋３０の凹部３１における、共振子１０と対向する側の面にはゲッター層３４が形成されている。ゲッター層３４は、例えばチタン（Ｔｉ）等から形成され、振動空間に発生するアウトガスを吸着する。本実施形態に係る上蓋３０には、凹部３１において共振子１０に対向する面のほぼ全面にゲッター層３４が形成されるため、振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
また、上蓋３０の貫通電極Ｖ３は、上蓋３０に形成された貫通孔に多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の金属が充填されて形成される。貫通電極Ｖ３は、端子Ｔ４と電圧印加部１４１とを電気的に接続させる配線として機能する。貫通電極Ｖ３と電圧印加部１４１との間には、接続配線Ｗ１が形成されている。この接続配線Ｗ１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜とゲルマニウム（Ｇｅ）膜との共晶接合によって構成される。
下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、ＳｉウエハＬ１により、一体的に形成されている。また、下蓋２０は、側壁２３の上面によって、共振子１０の保持部１４０と接合されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。なお、ＳｉウエハＬ１は、縮退されていないシリコンから形成されており、その抵抗率は例えば１６ｍΩ・ｃｍ以上である。
共振子１０における、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、及び保持腕１１０は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０は、基板の一例であるＳｉ基板Ｆ２の上に、Ｓｉ基板Ｆ２を覆うように圧電薄膜Ｆ３が形成され、さらに圧電薄膜Ｆ３の上には、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の上には、金属層Ｅ２が積層されている。金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２を覆うように、保護膜２３５が積層されている。
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型Ｓｉ半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含むことができる。Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、例えば１６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらに、Ｓｉ基板Ｆ２の下面には、温度特性補正層の一例として、酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）層Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。なお、酸化ケイ素層Ｆ２１は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面及び下面の両方に形成されてもよい。
また、金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば厚さ０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度のモリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。
金属層Ｅ１、Ｅ２は、エッチング等により、所望の形状に形成される。金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１０や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１０や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた回路に上部電極を接続するための配線として機能するように形成される。
さらに、保護膜２３５は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の窒化膜、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の酸化膜により形成される。保護膜２３５は、保持部１４０上において、金属層Ｅ２が露出するように除去さる。保護膜２３５が除去された箇所にはアルミニウム（Ａｌ）等の金属が充填され、電圧印加部１４１が形成される。
圧電薄膜Ｆ３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（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Ｆ３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。窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば１μｍの厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度の厚さを用いることも可能である。
圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ１、Ｅ２によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５は、下蓋２０及び上蓋３０の内面に向かってその自由端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
本実施形態では、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄと内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１３５Ａ、１３５Ｄが上蓋３０の内面に向かって自由端を変位すると、内側の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃは下蓋２０の内面に向かって自由端を変位する。
接合部６０は、共振子１０における振動部１２０の周囲、例えば保持部１４０上において、ＭＥＭＳ基板５０（共振子１０及び下蓋２０）と上蓋３０との間に、ＸＹ平面に沿って矩形の環状に形成される。接合部６０は、共振子１０の振動空間を封止するように、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを接合する。これにより、振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。
本実施形態では、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０に形成される第１層７０と、上蓋３０に形成される第２層８０とを含み、第１層７０と第２層８０とを共晶接合させることで、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とが接合している。
次に、図５を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る接合部６０の積層構造について説明する。同図は、図４に示した接合部６０の構成を概略的に示す要部拡大断面図である。
図５に示すように、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０（共振子１０及び下蓋２０）側から上蓋３０側にかけて連続して設けられる、共晶層６５、第１チタン（Ｔｉ）層６３、第１アルミニウム酸化膜６２、及び、第１導電層６１を含む。
共晶層６５は、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａと、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂとを含んでいる。図５に示す例では、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａと金属層６５ｂとは、それぞれ独立した層として記載しているが、実際にはこれらの界面は、共晶接合している。すなわち、共晶層６５は、ゲルマニウム（Ｇｅ）とアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属との共晶合金で構成されている。
金属層６５ｂの材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であることが好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金は、共振装置等において、例えば配線等によく用いられる金属であるため、金属層６５ｂにアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）を用いることにより、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａと金属層６５ｂとを容易に共晶接合させることができるとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
接合部６０のうち、金属層６５ｂは、第１層７０に含まれる。他方、第１導電層６１、第１アルミニウム酸化膜６２、第１チタン（Ｔｉ）層６３、及びゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａは第２層８０に含まれる。
第１導電層６１は、上蓋３０の裏面における酸化ケイ素膜Ｌ３１の表面に形成されている。第１導電層６１の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又はアルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であることが好ましい。また、第１導電層６１がアルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）で構成される場合、銅（Ｃｕ）の重量比は０．５％程度が好ましい。これにより、第１導電層６１が導電性を有するとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
第１アルミニウム酸化膜６２は、第１導電層６１の上に（図５においては第１導電層６１の下に）設けられている。第１アルミニウム酸化膜６２は、アルミニウム酸化物で構成されている。第１アルミニウム酸化膜６２は、第１導電層６１の表面を酸素プラズマ又は大気に晒すことによって、第１導電層６１上に形成される。第１導電層６１の表面を大気に晒した場合、第１アルミニウム酸化膜６２は５ｎｍ程度の厚さで成膜される。第１アルミニウム酸化膜６２の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、第１アルミニウム酸化膜６２による導通抵抗の増大を抑制することができる。
第１チタン（Ｔｉ）層６３は、第１アルミニウム酸化膜６２の上に（図５においては第１アルミニウム酸化膜６２の下に）設けられている。第１チタン（Ｔｉ）層６３は、チタン（Ｔｉ）で構成されている。また、第１チタン（Ｔｉ）層６３は、第１チタン（Ｔｉ）層６３と接触する共晶層６５を密着させるための密着層として機能する。チタン（Ｔｉ）は、共晶接合により溶融した、ゲルマニウム（Ｇｅ）とアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属との共晶合金に対し、濡れ性に優れている。よって、接合部６０が、連続して設けられる共晶層６５及び第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、共晶層６５は第１チタン（Ｔｉ）層６３に濡れ広がり、共晶層６５と第１チタン（Ｔｉ）層６３との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、共振子１０の振動空間の気密性を高めることができる。
また、チタン（Ｔｉ）は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等と比較して、材料費が安価であるという特徴を有する。よって、接合部６０が第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、接合部６０の製造コストを削減することができる。
さらに、第１アルミニウム酸化膜６２及び第１チタン（Ｔｉ）層６３は、熱拡散を防止する拡散防止層として機能する。ここで、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間は、アルミニウム（Ａｌ）−チタン（Ｔｉ）間等と比較して、熱拡散が発生し難い。
拡散防止層として機能を検証するために、第１導電層６１、第１アルミニウム酸化膜６２、第１チタン（Ｔｉ）層６３、及びゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａを含む第２層８０が形成された上蓋３０に対し、脱ガスのための加熱処理を４３５℃で行った。その結果、加熱処理後の第２層８０において、熱拡散による第１導電層６１のアルミニウム又はアルミニウム合金の移動は見られなかった。
他方、本実施形態の第２層８０との比較のために、第１アルミニウム酸化膜６２を含まない第２層、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）の導電層、チタン（Ｔｉ）層、及びゲルマニウム（Ｇｅ）層の順に連続して設けられる仮想第２層が形成された上蓋に対し、脱ガスのための加熱処理を３６０℃で行った。加熱処理後の仮想第２層では、導電層のアルミニウム（Ａｌ）がチタン（Ｔｉ）層を介してゲルマニウム（Ｇｅ）層まで拡散していた。この熱拡散は、共晶接合する際に、共晶組成のズレ、共晶反応の不良を誘発する原因となる。
このように、接合部６０が、連続して設けられる第１チタン（Ｔｉ）層６３及び第１アルミニウム酸化膜６２を含むことにより、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難くなるので、脱ガスのための加熱処理の温度を高くすることが可能である。従って、高温の加熱処理によって共振装置１に含まれるガスを放出（蒸発）させてアウトガスの発生を抑制し、共振子１０の振動空間において高真空を得ることができる。
次に、図６Ａから図６Ｃを参照しつつ、一実施形態に係る共振装置１の製造プロセスについて説明する。図６Ａから図６Ｃは、一実施形態に係る共振装置１の製造プロセスを示す模式図であり、共振装置１のプロセスフローのうち、ＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０が接合される際のプロセスを抜粋して説明する。なお、図６Ａから図６Ｃでは、便宜上、ウエハに形成される複数の共振装置１のうち１つの共振装置１を示して説明するが、共振装置１は、通常のＭＥＭＳプロセスと同様に、１つのウエハに複数形成された後に、当該ウエハが分割されることにより得られる。
最初に、図６Ａに示す工程では、前述した、共振子１０を含むＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０を用意する。
次に、図６Ｂに示す工程では、用意したＭＥＭＳ基板５０において、共振子１０の振動部１２０の周囲に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂを含む第１層７０を形成する。
具体的には、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、ＭＥＭＳ基板５０において、振動部１２０の外側に第１導電層６１金属層６５ｂを形成する。金属層６５ｂは、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の共振空間の周囲に形成される。
第１層７０を形成した後、ＭＥＭＳ基板５０に対して脱ガスのための加熱処理を高温、例えば４３５℃程度で行う。第１層７０は、金属層６５ｂのみを含むので、高温で加熱処理を行っても熱拡散による影響は少ない。
他方、用意した上蓋３０において、上蓋３０側から、第１導電層６１、第１アルミニウム酸化膜６２、第１チタン（Ｔｉ）層６３、及びゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａの順に連続して設けられる第２層８０を形成する。
具体的には、上蓋３０の裏面における酸化ケイ素膜Ｌ３１の表面に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、上蓋３０において、所定の位置に第１導電層６１を形成する。第１導電層６１が形成される所定の位置は、例えば、ＭＥＭＳ基板５０の表面と上蓋３０の裏面とを対向させたときに、上蓋３０の裏面において、ＭＥＭＳ基板５０に形成された第１層７０に対向又は略対向する位置である。そして、第１導電層６１の上に（図６Ｂにおいては第１導電層６１の下に）第１アルミニウム酸化膜６２を形成し、第１アルミニウム酸化膜６２の上に（図６Ｂにおいては第１アルミニウム酸化膜６２の下に）チタン（Ｔｉ）を積層して第１チタン（Ｔｉ）層６３を設ける。さらに、第１チタン（Ｔｉ）層６３の上に（図６Ｂにおいては第１チタン（Ｔｉ）層６３の下に）ゲルマニウム（Ｇｅ）を積層してゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａを設ける。
第２層８０を形成した後、上蓋３０に対して脱ガスのための加熱処理を高温、例えば４３５℃程度で行う。これにより、上蓋３０及び第２層８０に含まれるガスを十分に放出（蒸発）させることができ、アウトガスの発生を低減することができる。
次に、図６Ｃに示す工程では、第１層７０の金属層６５ｂと、第２層８０のゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させる。
具体的には、第１層７０と第２層８０とが一致するように、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０との位置を合わせる。位置合わせをした後、ヒータ等によってＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とが挟み込まれ、共晶接合のための加熱処理が行われる。このとき、上蓋３０は、ＭＥＭＳ基板５０に向かって移動させられる。この結果、図６Ｃに示すように、第２層８０のゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａは、第１層７０の金属層６５ｂに接触する。
共晶接合のための加熱処理における温度は、共焦点の温度以上アルミニウム（Ａｌ）単体の場合の融点未満、すなわち、４２４℃以上６２０℃未満程度であることが好ましい。また、加熱時間は、１０分以上２０分以下程度であることが好ましい。本実施形態では、４３０℃以上５００℃以下の温度で１５分程度の加熱処理が行われる。
加熱時には、共振装置１は、上蓋３０からＭＥＭＳ基板５０へと、例えば１５Ｍｐａ程度の圧力で押圧される。なお、押圧される圧力は、５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下程度であることが好ましい。
また、共晶接合のための加熱処理後は、例えば自然放冷によって冷却処理が行われる。なお、冷却処理は自然放冷に限らず、接合部６０において共晶層６５を形成できればよく、その冷却温度や冷却スピードは種々選択可能である。
図６Ｃに示す工程を行った結果、図５に示したように、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂとを共晶接合させた共晶層６５を含む接合部６０が形成される。
また、第１層７０及び第２層８０を形成する際に、アルミニウム（Ａｌ）膜と、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜とを形成し、これらを共晶接合させることで、貫通電極Ｖ３と電圧印加部１４１とを接続するための、図４に示す接続配線Ｗ１を設けてもよい。
本実施形態では、図５から図６Ｃにおいて、共晶層６５、第１チタン（Ｔｉ）層６３、第１アルミニウム酸化膜６２、及び第１導電層６１を含む接合部６０の例を示したが、これに限定されるものではない。
（第１変形例）
図７は、図５に示した接合部６０の第１変形例を示す要部拡大図である。なお、第２変形例において、図５に示した接合部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。
図７は、図５に示した接合部６０の第１変形例を示す要部拡大図である。なお、第２変形例において、図５に示した接合部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。
図７に示すように、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７をさらに含む。第２導電層６６及び第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第１層７０に含まれる。
第２導電層６６は、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に形成されている。第２導電層６６の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又はアルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であることが好ましい。また、第２導電層６６がアルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）で構成される場合、銅（Ｃｕ）の重量比は０．５％程度が好ましい。これにより、第２導電層６６が導電性を有するとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第２導電層６６の上に設けられている。第２チタン（Ｔｉ）層６７は、チタン（Ｔｉ）で構成されている。また、第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第２チタン（Ｔｉ）層６７と接触する共晶層６５を密着させるための密着層として機能する。接合部６０が、連続して設けられる第２チタン（Ｔｉ）層６７及び共晶層６５を含むことにより、共晶層６５は第２チタン（Ｔｉ）層６７に濡れ広がり、共晶層６５と第２チタン（Ｔｉ）層６７との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、接合部６０によって共振子１０の振動空間の気密性をさらに高めることができる。
このように、接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる第２導電層６６及び第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となる。
また、第１変形例のプロセスフローでは、図６Ｂに示した第１層７０を形成する工程において、ＭＥＭＳ基板５０側から金属層６５ｂにかけて、第２導電層６６及び第２チタン（Ｔｉ）層６７を連続して設ける。
具体的には、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、第２導電層６６を形成する。第２導電層６６は、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の共振空間の周囲に形成される。そして、第２導電層６６の上にチタン（Ｔｉ）を積層して第２チタン（Ｔｉ）層６７を設ける。さらに、第２チタン（Ｔｉ）層６７の上に例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層して金属層６５ｂを設ける。これにより、図６Ｃに示した工程において、金属層６５ｂとゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させることで、接合部６０が、連続して設けられる、第２導電層６６、第２チタン（Ｔｉ）層６７、及び共晶層６５を含む。
（第２変形例）
図８は、図５に示した接合部６０の第２変形例を示す要部拡大図である。なお、第２変形例において、図５に示した接合部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。
図８は、図５に示した接合部６０の第２変形例を示す要部拡大図である。なお、第２変形例において、図５に示した接合部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。
図８に示すように、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７をさらに含む。第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第１層７０に含まれる。
第２導電層６６は、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に形成されている。第１変形例と同様に、第２導電層６６の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又はアルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であることが好ましい。
第２アルミニウム酸化膜６８は、第２導電層６６の上に設けられている。第２アルミニウム酸化膜６８は、アルミニウム酸化物で構成されている。第２アルミニウム酸化膜６８は、第２導電層６６の表面を酸素プラズマ又は大気に晒すことによって、第２導電層６６上に形成される。第２導電層６６の表面を大気に晒した場合、第２アルミニウム酸化膜６８は５ｎｍ程度の厚さになる。第２アルミニウム酸化膜６８の厚さは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、第２アルミニウム酸化膜６８による導通抵抗の増大を抑制することができる。
第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第２アルミニウム酸化膜６８の上に設けられている。第２チタン（Ｔｉ）層６７は、チタン（Ｔｉ）で構成されている。また、第１変形例と同様に、第２チタン（Ｔｉ）層６７は、第２チタン（Ｔｉ）層６７と接触する共晶層６５を密着させるための密着層として機能する。
さらに、第２アルミニウム酸化膜６８及び第２チタン（Ｔｉ）層６７は、熱拡散を防止する拡散防止層として機能する。
拡散防止層として機能を検証するために、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、第２チタン（Ｔｉ）層６７、及び金属層６５ｂを含む第１層７０が形成されたＭＥＭＳ基板５０に対し、脱ガスのための加熱処理を４３５℃で行った。その結果、加熱処理後の第１層７０において、熱拡散による第２導電層６６のアルミニウム又はアルミニウム合金の移動は見られなかった。
他方、第２変形例の第１層７０との比較のために、第２アルミニウム酸化膜６８を含まない第１層、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）の導電層、チタン（Ｔｉ）層、及びアルミニウム（Ａｌ）の金属層の順に連続して設けられる仮想第１層が形成されたＭＥＭＳ基板に対し、脱ガスのための加熱処理を３６０℃で行った。加熱処理後の仮想第１層では、導電層のアルミニウム（Ａｌ）がチタン（Ｔｉ）層を介して金属層まで拡散していた。この熱拡散は、共晶接合する際に、共晶組成のズレ、共晶反応の不良を誘発する原因となる。
このように、接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となるとともに、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難いので、ＭＥＭＳ基板５０に対して脱ガスのための加熱処理を高温で行うことが可能となる。
また、第２変形例のプロセスフローでは、図６Ｂに示した第１層７０を形成する工程において、ＭＥＭＳ基板５０側から金属層６５ｂにかけて、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を連続して設ける。
具体的には、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、第２導電層６６を形成する。第２導電層６６は、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の共振空間の周囲に形成される。そして、第２導電層６６の上に第２アルミニウム酸化膜６８を形成し、第２アルミニウム酸化膜６８の上にチタン（Ｔｉ）を積層して第２チタン（Ｔｉ）層６７を設ける。さらに、第２チタン（Ｔｉ）層６７の上に例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層して金属層６５ｂを設ける。これにより、図６Ｃに示した工程において、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａ金属層６５ｂとゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させることで、接合部６０が、連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、第２チタン（Ｔｉ）層６７、及び、共晶層６５を含む。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振装置１は、共振子１０を含むＭＥＭＳ基板５０と、上蓋３０と、共振子１０の振動空間を封止するように、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを接合する接合部６０と、を備え、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０側から上蓋３０側にかけて連続して設けられる、ゲルマニウム（Ｇｅ）とアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属との共晶合金で構成された共晶層６５、第１チタン（Ｔｉ）層６３、第１アルミニウム酸化膜６２、及び、第１導電層６１を含む。チタン（Ｔｉ）は、共晶接合により溶融した、ゲルマニウム（Ｇｅ）とアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属との共晶合金に対し、濡れ性に優れている。よって、接合部６０が、連続して設けられる共晶層６５及び第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、共晶層６５は第１チタン（Ｔｉ）層６３に濡れ広がり、共晶層６５と第１チタン（Ｔｉ）層６３との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、共振子１０の振動空間の気密性を高めることができる。また、チタン（Ｔｉ）は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等と比較して、材料費が安価であるという特徴を有する。よって、接合部６０が第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、接合部６０の製造コストを削減することができる。さらに、接合部６０が、連続して設けられる第１チタン（Ｔｉ）層６３及び第１アルミニウム酸化膜６２を含むことにより、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難くなるので、脱ガスのための加熱処理の温度を高くすることが可能である。従って、高温の加熱処理によって共振装置１に含まれるガスを放出（蒸発）させてアウトガスの発生を抑制し、共振子１０の振動空間において高真空を得ることができる。
また、前述した共振装置１において、第１アルミニウム酸化膜６２は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。これにより、第１アルミニウム酸化膜６２による導通抵抗の増大を抑制することができる。
また、前述した共振装置１において、第１導電層６１の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。アルミニウム又はアルミニウム合金は、共振装置等において、例えば配線等によく用いられる金属であるため、第１導電層６１にアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）を用いることにより、第１導電層６１が導電性を有するとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
また、前述した共振装置１において、アルミニウムを主成分とする金属は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。これにより、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａと金属層６５ｂとを容易に共晶接合させることができるとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
また、前述した共振装置１において、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７をさらに含んでもよい。接合部６０が、連続して設けられる第２チタン（Ｔｉ）層６７及び共晶層６５を含むことにより、共晶層６５は第２チタン（Ｔｉ）層６７に濡れ広がり、共晶層６５と第２チタン（Ｔｉ）層６７との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、接合部６０によって共振子１０の振動空間の気密性をさらに高めることができる。また、接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる第２導電層６６及び第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、上蓋３０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となる。
また、前述した共振装置１において、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７をさらに含んでもよい。接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となるとともに、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難いので、ＭＥＭＳ基板５０に対して脱ガスのための加熱処理を高温で行うことが可能となる。
また、前述した共振装置１において、第２アルミニウム酸化膜６８は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。これにより、第２アルミニウム酸化膜６８による導通抵抗の増大を抑制することができる。
また、前述した共振装置１において、第２導電層６６の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。これにより、第２導電層６６が導電性を有するとともに、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
本発明の一実施形態に係る共振装置製造方法は、共振子１０を含むＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０を用意する工程と、ＭＥＭＳ基板５０における共振子１０の振動部１２０の周囲に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂを含む第１層７０を形成する工程と、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを対向させたときの上蓋３０における第１層７０に対向する位置に、上蓋３０側から、第１導電層６１、第１アルミニウム酸化膜６２、第１チタン（Ｔｉ）層６３、及び、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａの順に連続して設けられる第２層８０を形成する工程と、共振子１０の振動空間を封止するように、第１層７０の金属層６５ｂと第２層８０のゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させる工程と、を含む。これにより、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂとゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させた共晶層６５を含む、接合部６０が形成される。この接合部６０が、連続して設けられる第１チタン（Ｔｉ）層６３及び共晶層６５を含むことにより、共晶層６５は第１チタン（Ｔｉ）層６３に濡れ広がり、共晶層６５と第１チタン（Ｔｉ）層６３との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、共振子１０の振動空間の気密性を高めることができる。また、接合部６０が第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、接合部６０の製造コストを削減することができる。さらに、接合部６０が、連続して設けられる第１アルミニウム酸化膜６２及び第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難くなるので、脱ガスのための加熱処理の温度を高くすることが可能である。従って、高温の加熱処理によって共振装置１に含まれるガスを放出（蒸発）させてアウトガスの発生を抑制し、共振子１０の振動空間において高真空を得ることができる。
また、前述した共振装置製造方法において、第１アルミニウム酸化膜６２は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。これにより、第１アルミニウム酸化膜６２による導通抵抗の増大を抑制することができる。
また、前述した共振装置製造方法において、第１導電層６１の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。これにより、第１導電層６１が導電性を有するとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
また、前述した共振装置製造方法において、金属層６５ｂの材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。これにより、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａと金属層６５ｂとを容易に共晶接合させることができるとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
また、前述した共振装置製造方法において、第１層７０を形成する工程は、ＭＥＭＳ基板５０側から金属層６５ｂにかけて、第２導電層６６、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を連続して設けることを含んでもよい。接合部６０が、連続して設けられる第２チタン（Ｔｉ）層６７及び共晶層６５を含むことにより、共晶層６５は第２チタン（Ｔｉ）層６７に濡れ広がり、共晶層６５と第２チタン（Ｔｉ）層６７との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、接合部６０によって共振子１０の振動空間の気密性をさらに高めることができる。また、接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる第２導電層６６及び第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となる。
また、前述した共振装置製造方法において、第１層７０を形成する工程は、ＭＥＭＳ基板５０側から金属層６５ｂにかけて、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を連続して設けることを含む。接合部６０が、ＭＥＭＳ基板５０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、及び、第２チタン（Ｔｉ）層６７を含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第２導電層６６から配線を引き回すことが可能となるとともに、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難いので、ＭＥＭＳ基板５０に対して脱ガスのための加熱処理を高温で行うことが可能となる。
また、前述した共振装置製造方法において、第２アルミニウム酸化膜６８は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有してもよい。これにより、第２アルミニウム酸化膜６８による導通抵抗の増大を抑制することができる。
また、前述した共振装置製造方法において、第２導電層６６の材料は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−銅合金（ＡｌＣｕ合金）、又は、アルミニウム−シリコン−銅合金（ＡｌＳｉＣｕ合金）であってもよい。これにより、第２導電層６６が導電性を有するとともに、製造プロセスを簡素化することができ、共振子１０の振動空間を封止する接合部６０を容易に形成することができる。
なお、以上説明した実施形態は、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、実施形態が備える各要素及びその配置、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、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又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、２０…下蓋、２１…凹部、２２…底板、２３…側壁、３０…上蓋、３１…凹部、３３…側壁、３４…ゲッター層、５０…ＭＥＭＳ基板、６０…接合部、６１…第１導電層、６２…第１アルミニウム酸化膜、６３…第１チタン（Ｔｉ）層６５…共晶層、６５ａ…ゲルマニウム（Ｇｅ）層、６５ｂ…金属層、６６…第２導電層、６７…第２チタン（Ｔｉ）層、６８…第２アルミニウム酸化膜、７０…第１層、８０…第２層、１１０…保持腕、１２０…振動部、１３０…基部、１３５，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３５Ｃ，１３５Ｄ…振動腕、１４０…保持部１４１…電圧印加部、２３５…保護膜、Ｅ１，Ｅ２…金属層、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｆ２１ 酸化ケイ素層、Ｌ１…Ｓｉウエハ、Ｌ３…Ｓｉウエハ、Ｌ３１…酸化ケイ素膜、Ｔ４…端子、Ｖ３…貫通電極、Ｗ１…接続配線。
圧電薄膜Ｆ３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（ＡｌＮ）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Ｆ３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。窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜Ｆ３は、例えば１μｍの厚さを有するが、０．２μｍから２μｍ程度の厚さを用いることも可能である。
具体的には、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、ＭＥＭＳ基板５０において、振動部１２０の外側に金属層６５ｂを形成する。金属層６５ｂは、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の共振空間の周囲に形成される。
共晶接合のための加熱処理における温度は、共晶点の温度以上アルミニウム（Ａｌ）単体の場合の融点未満、すなわち、４２４℃以上６２０℃未満程度であることが好ましい。また、加熱時間は、１０分以上２０分以下程度であることが好ましい。本実施形態では、４３０℃以上５００℃以下の温度で１５分程度の加熱処理が行われる。
加熱時には、共振装置１は、上蓋３０からＭＥＭＳ基板５０へと、例えば１５ＭＰａ程度の圧力で押圧される。なお、押圧される圧力は、５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下程度であることが好ましい。
具体的には、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたアルミニウム（Ａｌ）を所望の形状にすることで、第２導電層６６を形成する。第２導電層６６は、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の共振空間の周囲に形成される。そして、第２導電層６６の上に第２アルミニウム酸化膜６８を形成し、第２アルミニウム酸化膜６８の上にチタン（Ｔｉ）を積層して第２チタン（Ｔｉ）層６７を設ける。さらに、第２チタン（Ｔｉ）層６７の上に例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層して金属層６５ｂを設ける。これにより、図６Ｃに示した工程において、金属層６５ｂとゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させることで、接合部６０が、連続して設けられる、第２導電層６６、第２アルミニウム酸化膜６８、第２チタン（Ｔｉ）層６７、及び、共晶層６５を含む。
本発明の一実施形態に係る共振装置製造方法は、共振子１０を含むＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０を用意する工程と、ＭＥＭＳ基板５０における共振子１０の振動部１２０の周囲に、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂを含む第１層７０を形成する工程と、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを対向させたときの上蓋３０における第１層７０に対向する位置に、上蓋３０側から、第１導電層６１、第１アルミニウム酸化膜６２、第１チタン（Ｔｉ）層６３、及び、ゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａの順に連続して設けられる第２層８０を形成する工程と、共振子１０の振動空間を封止するように、第１層７０の金属層６５ｂと第２層８０のゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させる工程と、を含む。これにより、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属層６５ｂとゲルマニウム（Ｇｅ）層６５ａとを共晶接合させた共晶層６５を含む、接合部６０が形成される。この接合部６０が、連続して設けられる第１チタン（Ｔｉ）層６３及び共晶層６５を含むことにより、共晶層６５は第１チタン（Ｔｉ）層６３に濡れ広がり、共晶層６５と第１チタン（Ｔｉ）層６３との間に発生し得るボイドを抑制することができる。従って、共振子１０の振動空間の気密性を高めることができる。また、接合部６０が第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、接合部６０の製造コストを削減することができる。さらに、接合部６０が、連続して設けられる第１アルミニウム酸化膜６２及び第１チタン（Ｔｉ）層６３を含むことにより、アルミニウム酸化膜とチタン（Ｔｉ）との間に熱拡散が発生し難くなるので、脱ガスのための加熱処理の温度を高くすることが可能である。従って、高温の加熱処理によって共振装置１に含まれるガスを放出（蒸発）させてアウトガスの発生を抑制し、共振子１０の振動空間において高真空を得ることができる。
Claims (16)
- 共振子を含む第１基板と、
第２基板と、
前記共振子の振動空間を封止するように、前記第１基板と前記第２基板とを接合する接合部と、を備え、
前記接合部は、前記第１基板側から前記第２基板側にかけて連続して設けられる、ゲルマニウムとアルミニウムを主成分とする金属との共晶合金で構成された共晶層、第１チタン層、第１アルミニウム酸化膜、及び、第１導電層を含む、
共振装置。 - 前記第１アルミニウム酸化膜は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する、
請求項１に記載の共振装置。 - 前記第１導電層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項１又は２に記載の共振装置。 - 前記アルミニウムを主成分とする金属は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の共振装置。 - 前記接合部は、前記第１基板側から前記共晶層にかけて連続して設けられる、第２導電層、及び、第２チタン層をさらに含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。 - 前記接合部は、前記第１基板側から前記共晶層にかけて連続して設けられる、第２導電層、第２アルミニウム酸化膜、及び、第２チタン層をさらに含む、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。 - 前記第２アルミニウム酸化膜は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する、
請求項６に記載の共振装置。 - 前記第２導電層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項５から７のいずれか一項に記載の共振装置。 - 共振子を含む第１基板及び第２基板を用意する工程と、
前記第１基板における前記共振子の振動部の周囲に、アルミニウムを主成分とする金属層を含む第１層を形成する工程と、
前記第１基板と前記第２基板とを対向させたときの前記第２基板における前記第１層に対向する位置に、前記第２基板側から、第１導電層、第１アルミニウム酸化膜、第１チタン層、及び、ゲルマニウム層の順に連続して設けられる第２層を形成する工程と、
前記共振子の振動空間を封止するように、前記第１層の金属層と前記第２層のゲルマニウム層とを共晶接合させる工程と、を含む、
共振装置製造方法。 - 前記第１アルミニウム酸化膜は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する、
請求項９に記載の共振装置製造方法。 - 前記第１導電層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項９又は１０に記載の共振装置製造方法。 - 前記金属層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の共振装置製造方法。 - 前記第１層を形成する工程は、前記第１基板側から前記金属層にかけて、第２導電層、及び、第２チタン層を連続して設けることを含む、
請求項９から１２のいずれか一項に記載の共振装置製造方法。 - 前記第１層を形成する工程は、前記第１基板側から前記金属層にかけて、第２導電層、第２アルミニウム酸化膜、及び、第２チタン層を連続して設けることを含む、
請求項９から１２のいずれか一項に記載の共振装置製造方法。 - 前記第２アルミニウム酸化膜は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の厚さを有する、
請求項１４に記載の共振装置製造方法。 - 前記第２導電層の材料は、アルミニウム、アルミニウム−銅合金、又はアルミニウム−シリコン−銅合金である、
請求項１３から１５のいずれか一項に記載の共振装置製造方法。
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