(57)【要約】  共晶接合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。  表面に配線を有する素子を有する下側基板と、素子と対向して設けられた上側基板と、素子の周囲において、下側基板と上側基板とを接合する接合部と、を備え、接合部は、素子に近い部分から遠い部分に亘って連続して設けられた第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域又は第３領域のうち少なくともいずれか一方の領域は、第１成分及び第２成分のうち融点が高い方の一方の成分の過共晶合金を含み、第２領域は、第１成分と第２成分との共晶合金を含む。
2017047663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線を有する素子を有する下側基板と、
前記素子と対向して設けられた上側基板と、
前記素子の周囲において、前記下側基板と前記上側基板とを接合する接合部と、
を備え、
前記接合部は、前記素子に近い部分から遠い部分に亘って連続して設けられた第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、
前記第１領域又は前記第３領域の少なくともいずれか一方の領域は、第１成分及び第２成分のうち融点が高い方の一方の成分の過共晶合金を含み、
前記第２領域は、前記第１成分と前記第２成分との共晶合金を含む、
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記第１領域及び前記第３領域は、前記過共晶合金を有することを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記第１成分と前記第２成分とは、共晶点を４００℃以上６００℃以下に有し、かつ、
一方の融点が６００℃より高いことを特徴とする請求項１または２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記第１成分は、アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記第２成分は、ゲルマニウムまたはケイ素であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳデバイスは、
前記接合部と、前記下側基板又は前記上側基板との間において高さ調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
表面に配線が設けられた素子を有する下側基板、及び、上側基板を用意する工程と、
前記下側基板において、前記素子の周囲に、第１成分から成る第１層を形成し、前記下側基板と前記上側基板とを対向させた場合に、前記上側基板において前記第１層と対向する位置に第２成分から成る第２層を形成する工程と、
前記下側基板及び前記上側基板を対向させ、前記第１層と前記第２層とを接触させる工程と、
前記上側基板と前記下側基板とを押圧する工程と、
前記第１成分及び前記第２成分の共晶点以上の温度であって、前記第１成分及び前記第２成分のうち高い方の融点よりも低い温度で前記第１層及び前記第２層を加熱する工程と、
を含み、
前記形成する工程において、
前記接触させる工程において前記第１層と前記第２層とを接触させた場合に、前記第１層及び前記第２層のうち、前記第１成分及び前記第２成分のうち融点が高い方の材料で形成される一方の層を、当該一方の層における前記素子に近い位置に設けられる領域又は遠い位置に設けられる領域の少なくともいずれか一方の領域が、他方の層と接触しないように形成する、
ＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項８】
前記形成する工程において、
前記一方の層を、当該一方の層における前記素子に近い位置に設けられる領域及び遠い位置に設けられる領域が、前記他方の層と接触しないように形成することを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項９】
前記形成する工程は、
前記上側基板における前記第１層を形成する位置、又は前記下側基板における前記第２層を形成する位置に、前記第１成分又は前記第２成分とは共晶反応しない成分からなる第３層を形成し、前記第３層に前記第１層又は前記第２層を積層する工程を含むことを特徴とする請求項７または８に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項１０】
前記第１成分と前記第２成分とは、共晶点を４００℃以上６００℃以下に有し、かつ、一方の融点が６００℃より高いことを特徴とする請求項７〜９いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項１１】
前記第２成分は、前記第１成分よりも融点が高いことを特徴とする請求項７〜１０いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項１２】
前記第１成分は、アルミニウムであることを特徴とする請求項７〜１１いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【請求項１３】
前記第２成分は、ゲルマニウムまたはケイ素であることを特徴とする請求項７〜１２いずれか一項に記載のＭＥＭＳデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイス、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造されたデバイスが普及している。ＭＥＭＳデバイス技術では、多層構造が形成された半導体素子が載置された下側基板に、上側基板を接合して形成される。【０００３】
例えば特許文献１には、ゲルマニウムとアルミニウムとによる２元系共晶結合を用いて、上下の基板を接合する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法では、第１半導体基板と第２半導体基板との接合面の間に、含アミニウム層とゲルマニウム層とを重合状態で介在させ、この接合面に対して、加熱・加圧処理を行うことで、第１半導体基板と第２半導体基板とを共晶結合させている。特許文献１に記載の方法は、このとき、含アルミニウム層の外端に対し、ゲルマニウム層の外端を内側に形成することで、共晶合金が接合面からはみ出すのを防ぐことを実現しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０２１０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
共晶合金が接合面からはみ出した場合、下側基板に載置された半導体素子上の配線と導通してしまう。特許文献１に記載されているような、従来の接合方法に用いられるアルミニウム等は、加圧や熱処理によってマイグレーションを起こしやすい。従って、特許文献１に記載された接合方法によって、接合面を加圧した際に、アルミニウム等がマイグレーションを起こすおそれがある。この場合、アルミニウム等が接合面からはみ出し、半導体素子上の配線と導通してしまう。【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共晶結合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係るＭＥＭＳデバイスは、表面に配線を有する素子を有する下側基板と、素子と対向して設けられた上側基板と、素子の周囲において、下側基板と上側基板とを接合する接合部と、を備え、接合部は、素子に近い部分から遠い部分に亘って連続して設けられた第１領域、第２領域、及び第３領域を有し、第１領域又は第３領域のうち少なくともいずれか一方の領域は、第１成分及び第２成分のうち融点が高い方の一方の成分の過共晶合金を含み、第２領域は、第１成分と第２成分との共晶合金を含む。【０００８】
かかるＭＥＭＳデバイスによると、共晶接合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。【０００９】
また、第１領域及び第３領域は過共晶合金を有することが好ましい。この好ましい態様では、共晶結合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。【００１０】
また、第１成分と第２成分は、共晶点を４００℃以上６００℃以下に有し、かつ、一方の融点が６００℃より高いことも好ましい。この好ましい態様では、共晶反応を引き起こすための加熱温度を低減することができ、これによってＭＥＭＳデバイスに用いられる配線等の素子の破損を低減することが可能になる。【００１１】
また第１成分は、アルミニウムであることが好ましい。アルミニウムを成分とする合金は、ＭＥＭＳデバイス等において、例えば配線等によく用いられる金属である。このため、この好ましい態様では、接合部にアルミニウムを用いることで、製造工程におけるＭＥＭＳデバイス１のシリコン基板の汚染を低減することができる。特に、第２成分は、ゲルマニウムまたはケイ素であることが好ましい。【００１２】
また、ＭＥＭＳデバイスは、接合部と、下側基板又は上側基板との間において高さ調整部をさらに備えるも好ましい。この好ましい態様では、下側基板と上側基板との間の間隔を調整することが可能になる。【００１３】
本発明の一側面に係るＭＥＭＳデバイス製造方法は、表面に配線が設けられた素子を有する下側基板、及び、上側基板を用意する工程と、下側基板において、素子の周囲に、第１成分から成る第１層を形成し、下側基板と上側基板とを対向させた場合に、上側基板において第１層と対向する位置に第２成分から成る第２層を形成する工程と、下側基板及び上側基板を対向させ、第１層と第２層とを接触させる工程と、上側基板と下側基板とを押圧する工程と、第１成分及び第２成分の共晶点以上の温度であって、第１成分及び第２成分のうち高い方の融点よりも低い温度で第１層及び第２層を加熱する工程と、を含み、形成する工程において、接触させる工程において第１層と第２層とを接触させた場合に、第１層及び第２層のうち、第１成分及び第２成分のうち融点が高い方の材料で形成される一方の層を、当該一方の層における素子に近い位置に設けられる領域又は遠い位置に設けられる領域の少なくともいずれか一方の領域が、他方の層と接触しないように形成する。【００１４】
かかるＭＥＭＳデバイス製造方法によると、共晶接合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。【００１５】
また、形成する工程において、一方の層を、当該一方の層における素子に近い位置に設けられる領域及び遠い位置に設けられる領域が、他方の層と接触しないように形成することが好ましい。この好ましい態様では、共晶結合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。【００１６】
また、形成する工程は、上側基板における第１層を形成する位置、又は下側基板における第２層を形成する位置に、第１成分又は第２成分とは共晶反応しない成分からなる第３層を形成し、第３層に第１層又は第２層を積層する工程を含むことも好ましい。この好ましい態様では、下側基板と上側基板との間の間隔を調整することが可能になる。【００１７】
また、第１成分と前記第２成分は、共晶点を４００℃以上６００℃以下に有し、かつ、一方の融点が６００℃より高いことも好ましい。この好ましい態様では、共晶反応を引き起こすための加熱温度を低減することができ、これによってＭＥＭＳデバイスに用いられる配線等の素子の破損を低減することが可能になる。【００１８】
また第１成分は、アルミニウムであることが好ましい。アルミニウムを成分とする合金は、ＭＥＭＳデバイス等において、例えば配線等によく用いられる金属である。このため、この好ましい態様では、接合部にアルミニウムを用いることで、製造工程におけるＭＥＭＳデバイス１のシリコン基板の汚染を低減することができる。特に、第２成分は、ゲルマニウムまたはケイ素であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、共晶接合の接合面から、金属がはみ出ることを防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係るＭＥＭＳデバイスにおける接合部の形状の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るゲルマニウムとアルミニウムの共晶状態を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るＭＥＭＳデバイスのプロセスフローの一例を示す図である。
【図７】図４に対応し、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイスの断面図である。
【図８】図６に対応し、本発明の第２実施形態に係るＭＥＭＳデバイスのプロセスフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［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ＭＥＭＳデバイス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ＭＥＭＳデバイス１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
【００２２】
このＭＥＭＳデバイス１は、下蓋２０と、下蓋２０と対向して設けられた上蓋３０と、下蓋２０と上蓋３０との間に挟まれた接合部Ｃとを備えている。すなわち、ＭＥＭＳデバイス１は、下蓋２０と、接合部Ｃと、上蓋３０とがこの順で積層されて構成されている。
【００２３】
下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されている。そして、下蓋２０及び上蓋３０は、Ｓｉ基板同士が接合部Ｃによって互いに接合されて、互いに接合される。なお、下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
【００２４】
本実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１は、共振子１２０を有するＭＥＭＳ共振装置である。以下、ＭＥＭＳデバイス１の各構成について詳細に説明する。
【００２５】
（１．上蓋３０）
上蓋３０はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、本実施形態では、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、後述する共振子１２０が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
【００２６】
上蓋３０の表面には、その４隅に端子Ｔ１〜Ｔ４が形成されている。端子Ｔ１〜Ｔ４の下方にはビアＶ１〜Ｖ４が形成されており、その内部に導電性材料が充填されることで、端子Ｔ１〜Ｔ４は、後述する電極Ｔ１１〜Ｔ１４を、接続部Ｎ１〜Ｎ４を介して外部電源に接続する端子として機能している。
【００２７】
（２．下蓋２０）
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（図４を参照）と、底板２２の周縁部からＺ軸方向（すなわち、下蓋２０と上蓋３０との積層方向）に延びる側壁２３とを有する。例えば、下蓋２０には、上蓋３０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が設けられる。凹部２１は、後述する共振子１２０の振動空間の一部を形成する。
【００２８】
また、下蓋２０の中央には、素子領域１０が設けられている。素子領域１０には、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子やジャイロセンサ、温度センサ等が形成される。本実施形態では、素子領域１０の表面には、共振子１２０が形成されている。共振子１２０は、振動空間内で振動する共振子である。
【００２９】
また、素子領域１０には、さらに端子Ｔ１〜Ｔ４に対向する位置に、４つの電極Ｔ１１〜Ｔ１４が形成されている。例えば、共振子１２０は電極Ｔ１１〜Ｔ１４と接続する配線を有している。
【００３０】
（３．接合部Ｃ）
本実施形態では、接合部Ｃは、素子領域１０の周囲において、下蓋２０と上蓋３０との間に、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。接合部Ｃは、共晶合金を形成することで下蓋２０と上蓋３０とを接合する。本実施形態においては、下蓋２０と上蓋３０とが接合部Ｃによって接合され、例えば共振子１２０の振動空間を形成する。この振動空間は気密に封止され、真空状態が維持される。この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
【００３１】
本実施形態において、接合部Ｃは、アルミニウムとゲルマニウムから形成される。
【００３２】
図３は、ＭＥＭＳデバイス１に形成される接合部Ｃの形状及び配置の一例を模式的に示す平面図である。図３においては、ＭＥＭＳデバイス１のうち、接合部Ｃと素子領域１０とを記載している。具体的には、図３（Ａ）は、本実施形態に係る接合部Ｃと素子領域１０とを模式的に示す平面図である。また、図３（Ｂ）及び（Ｃ）は、接合部Ｃのその他の形状を模式的に示す図である。
【００３３】
なお、図３では、素子領域１０が略矩形に形成され、また、Ｙ軸方向に長辺を有し、Ｘ軸方向に短辺を有する場合を例に説明する。
【００３４】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態の接合部Ｃは、素子領域１０の周囲を切れ目なく囲んでいる。また、接合部Ｃは、素子領域１０に近い部分から遠い部分に亘って連続して設けられた第１領域Ｃ２１、第２領域Ｃ２２、及び第３領域Ｃ２３を有している。
【００３５】
図３（Ａ）の例では、第２領域Ｃ２２は、素子領域１０の外周に沿って、接合部Ｃの中心部付近に形成される。また、第１領域Ｃ２１は、第２領域Ｃ２２に沿って、第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に近い位置に形成される。他方、第３領域Ｃ２３は、第２領域Ｃ２２に沿って、第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に遠い位置に形成される。
【００３６】
図３（Ｂ）及び（Ｃ）において、接合部Ｃは、素子領域１０の周囲に設けられ、素子領域１０の一部を囲むように形成されている。図３（Ｂ）の例では、接合部Ｃは、素子領域１０の周囲のうち三方を囲むように形成されている。
【００３７】
図３（Ｂ）に示す接合部Ｃの例では、第２領域Ｃ２２は、素子領域１０の外周に沿って、接合部Ｃの中心部付近に設けられている。また、第１領域２１は接合部Ｃにおける、第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に近い部分に、第２領域Ｃ２２に沿って形成されている。また、第３領域Ｃ２３は、接合部Ｃにおける第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に遠い部分に、第２領域Ｃ２２に沿って形成されている。
【００３８】
図３（Ｃ）の場合には、接合部Ｃは、素子領域１０の周囲に点在する４つの接合部Ｃ１１〜Ｃ１４から構成される。接合部Ｃ１１〜Ｃ１４は、それぞれ接続せず、素子領域１０の四方のそれぞれ一部ずつ囲んでいる。従って、素子領域１０の角周辺には、接合部Ｃが形成されていない。
【００３９】
図３（Ｃ）の例では、第２領域Ｃ２２は、素子領域１０における第２領域Ｃ２２と対向する辺に沿って、接合部Ｃの中心部付近に設けられている。また、第１領域Ｃ２１は接合部Ｃにおける、第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に近い部分に、第２領域Ｃ２２に沿って形成されている。また、第３領域Ｃ２３は、接合部Ｃにおける第２領域Ｃ２２よりも素子領域１０に遠い部分に、第２領域Ｃ２２に沿って形成されている。
【００４０】
（４．積層構造）
図４を用いてＭＥＭＳデバイス１の積層構造について説明する。図４は、図１のＡＡ´断面図である。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１では、下蓋２０の側壁２３上に上蓋３０の側壁３３が接合される。本実施形態では、下蓋２０の凹部２１と上蓋３０の凹部３１とによって、共振子１２０が振動する振動空間が形成される。
【００４２】
下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、Ｓｉ（シリコン）基板Ｓ１により、一体的に形成されており、側壁２３の上面には酸化シリコン（たとえばＳｉＯ2）膜Ｓ１´が形成されている。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。
【００４３】
酸化シリコン膜Ｓ１´の上には、シリコン層Ｓ２が形成されている。Ｓｉ層Ｓ２は、例えば、厚さ１０μｍ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Ｐ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを含むことができる。Ｓｉ層Ｓ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は、０．５ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下であることが望ましい。なお、本実施形態において、Ｓｉ層Ｓ２の下面には、酸化シリコン層Ｓ２´が形成されている。これにより、共振子１２０の温度特性を向上させることが可能になる。
【００４４】
Ｓｉ層Ｓ２の上には、Ｓｉ層Ｓ２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、金属層Ｅ２の上には再度、圧電薄膜Ｆ３が積層されている。金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば厚さ０．１μｍ程度のＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。なお、Ｓｉ層Ｓ２を縮退したＳｉで形成することで、Ｓｉ膜Ｓ２が金属層Ｅ１を兼ねることができる。
【００４５】
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、共振子１２０において、下部電極として機能するように形成される。
他方で、金属層Ｅ２は、共振子１２０において、上部電極として機能するように形成される。また、金属層Ｅ１、Ｅ２は、共振子１２０以外の領域において、電極Ｔ１１〜Ｔ１４に下部電極や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。
【００４６】
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、ＡｌＮ（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、ＳｃＡｌＮ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡＬＮ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。
【００４７】
圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ２、Ｅ１によって圧電薄膜Ｆ３に印加される電界に応じて、例えば、ＸＹ平面の面外方向すなわちＺ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜Ｆ３の伸縮によって、共振子１２０は、例えば、下蓋２０及び上蓋３０の内面（凹部２１、３１）に向かって面外の屈曲振動モードで振動する。
【００４８】
さらに、図４に示すように、圧電薄膜Ｆ３の一部において、エッチング等によってビアが形成され、金属層Ｅ１、Ｅ２が露出している。当該ビア（すなわち、圧電薄膜Ｆ３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、電極Ｔ１１〜Ｔ１４が形成されている。なお、電極Ｔ１１〜Ｔ１４は、端子Ｔ１〜Ｔ４と、後述する接続部Ｎ１〜Ｎ４を介して接続される。本実施形態では、電極Ｔ１１〜Ｔ１４はアルミニウムで形成されている。
【００４９】
上蓋３０は、所定の厚みのＳｉ基板Ｓ３により形成されている。図４に示すように、上蓋３０は、その周辺部（側壁３３）で下蓋２０の側壁２３と接合されている。上蓋３０の周縁部と下蓋２０との間には、上蓋３０と下蓋２０とを接合するために、接合部Ｃが形成されている。Ｓｉ基板Ｓ３の表面は、絶縁膜Ｓ３´で覆われている。絶縁膜Ｓ３´は、例えば、Ｓｉ基板Ｓ３の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ: Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、Ｓｉ基板Ｓ３の表面に形成される。
【００５０】
上蓋３０には、端子Ｔ１〜Ｔ４が形成される位置に、それぞれビアＶ１〜Ｖ４が形成されている。ビアＶ１〜Ｖ４の内部には、絶縁膜Ｓ３´が形成され、絶縁膜Ｓ３´の内部には導電材料Ｖ´が充填されている。端子Ｔ１〜Ｔ４は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属をＳｉ基板Ｓ３上に形成し、ビアＶ１〜Ｖ４に対して接合される。
【００５１】
接合部Ｃは、そのＸ軸方向又はＹ軸方向の中心部（図３（Ａ）における第２領域Ｃ２２）に形成される共晶部ＣＫと、共晶部ＣＫからＸ軸方向又はＹ軸方向に連続して設けられた過共晶部ＣＫ´（図３（Ａ）における第１領域Ｃ２１及び第３領域Ｃ２３）とを有している。すなわち、接合部Ｃは、図４の断面図における、Ｘ軸方向又はＹ軸方向における端部において、過共晶部ＣＫ´を有している。なお、接合部Ｃは、第１領域Ｃ２１及び第３領域Ｃ２３の少なくともいずれか一方の領域において過共晶部ＣＫ´を有し、他方の領域及び第１領域Ｃ２１においては、共晶部ＣＫを有する構成であってもよい。
【００５２】
接合部Ｃは、４００℃以上６００℃以下の範囲に共晶点を有し、かつ、一方の成分の液相線温度の一部が６００℃を超過する（すなわち、融点が６００℃を超過する）２元系共晶反応を示す、金属の組み合わせによって形成されることが望ましい。これによって、共晶反応を引き起こすための加熱温度を低減することができ、ＭＥＭＳデバイス１に用いられる配線等の素子の破損を低減することが可能になる。
【００５３】
例えば他方の成分が、ＡｌＣｕ（Ｃｕの重量比は０．５％程度が望ましい）合金（アルミニウム−銅合金）や、ＡｌＳｉＣｕ合金（アルミニウム−シリコン−銅合金）等の主成分がアルミニウム（Ａｌ）の合金であることが望ましい。アルミニウムは、ＭＥＭＳデバイス等において、例えば配線等によく用いられる金属であるため、接合部Ｃにアルミニウムを用いることで、製造工程におけるＭＥＭＳデバイス１のシリコン基板の汚染を低減することができる。また、この場合、接合部Ｃの一方の成分は、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）であることが望ましい。
【００５４】
本実施形態において、接合部Ｃは、アルミニウムとゲルマニウムの組み合わせによって形成される。共晶部ＣＫは、アルミニウムとゲルマニウムとが共晶反応によって形成される。共晶部ＣＫは、例えば、アルミニウムとゲルマニウムが共晶を形成し、かつ、その共晶状態が略一定である領域である。
【００５５】
また、過共晶部ＣＫ´は、接合部Ｃのうち、共晶部ＣＫに対して、ゲルマニウムの重量比率が高い領域をいう。過共晶部ＣＫ´は、接合部Ｃの断面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）等を用いて観察した場合に、アルミニウムとゲルマニウムとの共晶組織に対してゲルマニウムの固溶体に起因する組織が析出している状態となっている箇所をいう。
【００５６】
過共晶部ＣＫ´における厚みは、上蓋３０から下蓋２０に向かって一定に限らず、図４に示すように、徐々に薄くなるように形成されてもよい。また、過共晶部ＣＫ´におけるゲルマニウムとアルミニウムの重量比率は一定に限らない。例えば、過共晶部ＣＫ´は、ゲルマニウムが単体で残存する領域や、ゲルマニウムの重量比率が連続的に又は徐々に変化する領域を有していてもよい。また、接合部Ｃは、過共晶部ＣＫ´を、共晶部ＣＫにおける素子領域１０側の表面にのみ有する構成でもよい。
【００５７】
なお、図４においては模式的に共晶部ＣＫと過共晶部ＣＫ´とを連続して形成される構成として接合部Ｃを記載しているが、接合部Ｃの構成はこれに限定されない。例えば、接合部Ｃは、共晶部ＣＫと過共晶部ＣＫ´との間にゲルマニウムの重量比率が連続的に又は徐々に変化する領域を有する構成でもよい。
【００５８】
なお、過共晶部ＣＫ´は、図３における第２領域Ｃ２２が、接合部Ｃの表面に露出する構成（例えば図３（Ｂ）、（Ｃ））の場合には、第２領域Ｃ２２における露出面に形成されてもよい。具体的には、接合部Ｃが図３（Ｂ）に示す構成である場合には、接合部ＣのＹ軸方向における端部は、過共晶部ＣＫ´で覆われる。また、接合部Ｃが図３（Ｃ）に示す構成である場合には、各接合部Ｃ１１〜Ｃ１４の長手方向における端部は、過共晶部ＣＫ´で覆われる。
【００５９】
また、上蓋３０の導電材料Ｖ´と下蓋２０の電極Ｔ１１、Ｔ１４との間には、それぞれ接続部Ｎ１、Ｎ４が形成される。接続部ＮのＹ軸方向の中心部には、例えばアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との共晶部ＮＫが形成される。共晶部ＮＫの表面は過共晶部ＮＫ´で覆われている。なお、共晶部ＮＫ、過共晶部ＮＫ´の構成は、共晶部ＣＫ、過共晶部ＣＫ´と同様である。
【００６０】
図５は、アルミニウムとゲルマニウムの共晶状態を示す平衡状態図である。図５の縦軸は共晶が開始する温度を、上下の横軸のうち、上軸は、アルミニウムとゲルマニウムとの重量比を、下軸は組成比をそれぞれ示している。図５に示すように、アルミニウムとゲルマニウムは重量比が５２：４８の場合に、液相線温度が最も低い、共晶点を得る。上述した共晶部ＣＫ、ＮＫは、例えば、液相線温度が共晶点となるように、アルミニウムとゲルマニウムの重量比率が５２：４８で形成されている。
【００６１】
図５に示すように、アルミニウムとゲルマニウムの重量比率が５２：４８から変化すると、液相線温度も共晶点から上昇する。このとき、ゲルマニウムの方が、アルミニウムよりも、重量比率の増加に伴う液相線温度の上昇率が大きい。また、ゲルマニウム単体の融点（例えば１気圧においては、約９３８℃）は、共晶点の温度（例えば１気圧においては、約４２４℃）よりもはるかに高い温度である。
【００６２】
従って、過共晶部ＣＫ´において、ゲルマニウムの重量比率が５２：４８よりも大きくなるように、接合部Ｃを形成することによって、アルミニウムとゲルマニウムの液相線温度の上昇率の差を利用して、共晶合金のはみだしを抑えることができる（詳細については後述する。）。
【００６３】
（５．プロセスフロー）
図６は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１を製造する際のプロセスフローを示す図である。なお、図６では、便宜上、ウエハに形成される複数のＭＥＭＳデバイス１のうち１つのＭＥＭＳデバイス１を示して説明するが、ＭＥＭＳデバイス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。
【００６４】
このプロセスフローにおいて、まず、上述した、共振子１２０等が形成された下蓋２０及び端子Ｔ１〜Ｔ４等が形成された上蓋３０を用意する。
【００６５】
図６（ａ）の工程では、用意した下蓋２０において、圧電薄膜Ｆ３の上にアルミニウム（「第１成分」とも呼ぶ。）を積層する。次に、積層されたアルミニウムを、エッチング等によって、所望の形状にすることで、下蓋２０において、素子領域１０の外側にアルミニウム層ＣＡ（「第１層」とも呼ぶ。）を形成し、電極Ｔ１１、Ｔ１４の上にアルミニウム層ＮＡ１、ＮＡ４を形成する。
【００６６】
他方、上蓋３０において、その裏面における絶縁膜Ｓ３´の表面にゲルマニウム（「第２成分」とも呼ぶ。）を積層する。次に、積層されたゲルマニウムを、エッチング等によって、所望の形状にすることで、上蓋３０において、所定の位置にゲルマニウム層ＣＧ（「第２層」とも呼ぶ。）、ＮＧ１、ＮＧ４（以下、まとめて「ゲルマニウム層ＧＥ」とも呼ぶ。）を形成する。所定の位置として、例えば、下蓋２０と上蓋３０とを、その両端がＹ軸方向において同じ位置に設けられるように対向させた場合に、アルミニウム層ＣＡ、ＮＡ１、ＮＡ４（以下、まとめて「アルミニウム層ＡＬ」とも呼ぶ。）の中心に、ゲルマニウム層ＧＥの中心線ＣＹが略対向するように、上蓋３０においてゲルマニウム層ＧＥを形成する。
【００６７】
さらに、図６（ａ）の工程では、ゲルマニウム層ＣＧを、当該ゲルマニウム層ＣＧにおける、素子領域１０に近い位置に設けられる部分（図３（Ａ）に示す接合部Ｃの第１領域Ｃ２１に相当する部分）又は遠い位置に設けられる部分（図３（Ａ）に示す接合部Ｃの第３領域Ｃ２３に相当する部分）が、アルミニウム層ＣＡと接触しないように形成する。例えば、下蓋２０に形成されるアルミニウム層ＣＡにおける素子領域１０側に位置する部分よりも、上蓋３０に形成されるゲルマニウム層ＣＧにおける素子領域１０側に位置する部分の方が、素子領域１０の近くに位置するように、アルミニウム層ＣＡとゲルマニウム層ＣＧとがそれぞれ形成される。
【００６８】
なお、上述のゲルマニウム層ＧＥを下蓋２０に形成し、上述のアルミニウム層ＡＬを上蓋３０に形成してもよい。いずれの場合においても、下蓋２０と上蓋３０とを、その両端がＹ軸方向において同じ位置に位置するように対向させ場合に、アルミニウム層ＣＡよりも、ゲルマニウム層ＣＧの方が、その素子領域１０に近い部分が、素子領域１０に近い位置に設けられるように、アルミニウム層ＣＡとゲルマニウム層ＣＧとは形成される。
【００６９】
さらに図６（ａ）の工程では、Ｙ軸方向に沿った幅が、ゲルマニウム層ＧＥの方が、アルミニウム層ＡＬの幅よりも、１０〜１５μｍ程度長くなるように、アルミニウム層ＡＬとゲルマニウム層ＧＥとはそれぞれ下蓋２０と上蓋３０において形成される。また、Ｚ軸方向に沿った厚みは、アルミニウム層ＡＬが０．７μｍ程度、ゲルマニウム層ＧＥが０．３８μｍ程度になるように形成される。
【００７０】
なお、ゲルマニウム層ＧＥの厚みは、そのＹ軸方向における端部から中心部にかけて、一様になるように形成されることが望ましい。これによって、後述する加熱処理によって溶解したアルミニウム及びゲルマニウムの液相が、ゲルマニウム層ＧＥの端部から上蓋３０の裏面に移動してしまうことを防ぐことができる。この結果、上蓋３０において不要な材料が形成されることによる性能不良を防ぐことができる。
【００７１】
次に図６（ｂ）では、アルミニウム層ＣＡのＹ軸方向における中心線ＣＹが、ゲルマニウム層ＣＧにおけるＹ軸方向の中心と一致するように、下蓋２０と上蓋３０とは位置合わせされる。なお、下蓋２０と上蓋３０との位置合わせは、例えば下蓋２０が形成されるウエハと上蓋３０が形成されるウエハとにそれぞれ印をつけ、ウエハ同士の位置を直接合わせる方法や、ウエハに形成された下蓋２０等の構成の位置に基づいて間接的にウエハの位置を合わせる方法等が挙げられる。
【００７２】
位置合わせをした後、上蓋３０と下蓋２０とがヒータ等によって挟み込まれ、加熱処理が行われる。このとき、上蓋３０は、下蓋２０に向かって移動させられ、この結果、アルミニウム層ＡＬのそれぞれのＹ軸方向の中心線ＣＹが、ゲルマニウム層ＧＥのＹ軸方向の中心と一致するように接触している。
【００７３】
加熱処理における加熱温度は、図５に示した共晶点の温度以上、アルミニウム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望ましい。また、加熱時間は、１０分以上２０分以下程度であることが望ましい。本実施形態では、４５０℃以上５００℃以下の温度で１５分程度加熱処理が行われる。
加熱時には、ＭＥＭＳデバイス１は、上蓋３０から下蓋２０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望ましい。
【００７４】
本実施形態の加熱温度は、図５に示した共晶点の温度（４２４℃）以上であるから、アルミニウム層ＡＬとゲルマニウム層ＧＥとの接触箇所において、両者が溶解した液相が形成される。このとき、加圧処理によって、アルミニウム層ＡＬとゲルマニウム層ＧＥとの接触箇所には圧力が加重されている。このため、溶解して液相となったアルミニウムとゲルマニウムとが、当該接触箇所から、ゲルマニウム層ＧＥのアルミニウム層ＡＬと接触していない箇所（図６においてはゲルマニウム層ＧＥの端部。以下、「ゲルマニウム層ＧＥの端部」とも呼ぶ。）に向けて流出する。
【００７５】
加熱温度は、ゲルマニウムの融点未満の温度であるので、ゲルマニウム層ＧＥの端部にはゲルマニウムの固体が残存している。ここに溶解して液相となったアルミニウムとゲルマニウムとが流出することによって、流出した液相のアルミニウム及びゲルマニウムと、ゲルマニウムの固体との接触箇所で、アルミニウムとゲルマニウムの液相にゲルマニウムが固溶した固溶体が形成される。当該接触箇所においては、アルミニウム及びゲルマニウムの液相の流出が進むにつれて、当該液相に含まれるゲルマニウムの重量比率が上昇することにより、液相線温度が上昇する。その結果、ゲルマニウム層ＧＥの端部において、固溶体の液相線温度が、加熱温度よりも高くなるため、アルミニウム及びゲルマニウムの液相への、ゲルマニウムの固体の溶解が停止する。また、さらにゲルマニウム固体がアルミニウム及びゲルマニウムの液相に溶融した固溶体は、当該液相よりも粘性が高いため、液相の流出を抑制することができる。
【００７６】
この結果、接合部Ｃにおいては、共晶部ＣＫをゲルマニウム重量比率の高い過共晶部ＣＫ´が覆うことになり、共晶合金が凹部２１、３１へとはみ出るのを防ぐことが可能になる。
【００７７】
さらに、ゲルマニウムはアルミニウムよりも、共晶合金における重量比率の増加に伴う液相線温度の上昇率が高いため、アルミニウム層ＡＬに対するゲルマニウム層ＧＥの幅の増加分が、少なくても、共晶合金の接合部Ｃからのはみ出しを防ぐことができる。この結果、ＭＥＭＳデバイス１の小型化を図ることが可能にある。
【００７８】
また、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、接合部において共晶部ＣＫ、ＮＫを形成し、かつ、共晶部ＣＫ、ＮＫの表面において過共晶部ＣＫ´、ＮＫ´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。
【００７９】
その結果、図６（ｃ）に示すように、共晶部ＣＫ、ＮＫの外側は、過共晶部ＣＫ´、ＮＫ´によって覆われる。
【００８０】
このように、本実施形態に係るＭＥＭＳ製造方法によると、過共晶部ＣＫ´によって、共晶部ＣＫの表面を覆うことができる。これによって、共晶合金が、電極Ｔ１１〜Ｔ１４へとはみ出すことを抑えることが可能になる。
【００８１】
［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。
【００８２】
図７は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１のＡＡ´断面（図１を参照）を示す図である。以下に、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス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。本実施形態では、端子Ｔ１〜Ｔ４は、電極Ｔ１１〜Ｔ１４よりも外側に形成される。
【００８３】
上蓋３０の裏面には、端子Ｔ１〜Ｔ４に対向する位置から、電極Ｔ１１〜Ｔ１４それぞれに対向する位置まで、接続線Ｈ１〜Ｈ４が形成されている。また、上蓋３０の裏面において、接合部Ｃに対向する位置には、第３層の一例である高さ調整部ＨＣが形成されている。
【００８４】
接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣは、例えばアルミニウムで形成され、その表面に、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）等の、アルミニウム又はゲルマニウムとは共晶反応しない材料からなる層を有している。ここで、共晶反応しない材料とは、共晶部ＣＫ、ＮＫを形成する成分（すなわち、アルミニウムとゲルマニウム）同士の共晶反応よりも、共晶部ＣＫ、ＮＫを形成する成分と共晶反応しにくい材料を含む。接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣの表面は、当該材料によって覆われていることが望ましい。本実施形態では、接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣの表面は、チタニウム（Ｔｉ）を有している。接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣの表面がチタニウム膜Ｆ４によって覆われていることで、接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣのアルミニウムと、共晶部ＣＫ、ＮＫに用いられるゲルマニウム等が共晶反応することを防ぐことができる。
その他の断面の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００８５】
次に、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１のプロセスフローについて説明する。
図８は、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１を製造する、プロセスフローの一例を示す図である。
【００８６】
本実施形態では、図８（ａ）に示すように、この工程で用意される上蓋３０は、接続線Ｈ１、Ｈ４（端子Ｔ１、Ｔ４に対応する）、及び高さ調整部ＨＣに、チタニウム膜Ｆ４を介してゲルマニウム層ＧＥが積層されたものである。本実施形態において用意される上蓋３０の製造プロセスは、例えば、次のとおりである。まず、上蓋３０の裏面において絶縁膜Ｓ３´の表面に、アルミニウムが積層され、エッチング等によって、接続線Ｈ１〜Ｈ４、高さ調整部ＨＣが形成される。高さ調整部ＨＣのＡ軸方向における高さは、接続線Ｈ１〜Ｈ４の高さと略同一である。その後、接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣの表面には、チタニウム膜Ｆ４が積層される。さらに上蓋３０には、ゲルマニウムが積層され、エッチング等によって、ゲルマニウム層ＧＥが形成される。
【００８７】
本実施形態において用意される上蓋３０において、ゲルマニウム層ＧＥは、その下面に接続線Ｈ１〜Ｈ４、及び高さ調整部ＨＣを有さない箇所と有する箇所とでＺ軸方向における高さが略同一となるように形成されていることが望ましい。これによって、共晶反応が起こった際に、溶解したアルミニウム及びゲルマニウムの液相がゲルマニウム層ＧＥの端部に移動したとしても、ゲルマニウム層ＧＥの端部には厚み分のゲルマニウムが個体として残存しているため、共晶合金のはみ出しを抑制することができる。
その他のプロセスフローは第１の実施形態と同様である。
【００８８】
このように、本実施形態に係るＭＥＭＳデバイス１によると、接合部Ｃは高さ調整部ＨＣを介して上蓋３０と接続する構成となっている。これによって、上蓋３０と下蓋２０との間の隙間を調整することが可能になる。
その他の構成、効果は第１の実施形態と同様である。
【００８９】
なお、本実施形態では接続線Ｈ１が端子Ｔ１と電気的に接続される構成となっているがこれに限定されない。例えば、ゲルマニウム層ＮＧ１がビアＶ１まで形成され、端子Ｔ１と電気的に接続される構成となっていてもよい。この場合、接続線Ｈ１はビアＶ１に達しない長さ（即ち接続線Ｈ１がビアＶ１よりも内側に形成される構成である。）であってもよく、高さ調整部として機能する。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
１              ＭＥＭＳデバイス
１０            素子領域
３０            上蓋
２０            下蓋
１２０          共振子
Ｃ              接合部
ＣＫ            共晶部
ＣＫ´          過共晶部
【図１】
2017047663.tif 000003
【図２】
2017047663.tif 000004
【図３】
2017047663.tif 000005
【図４】
2017047663.tif 000006
【図５】
2017047663.tif 000007
【図６】
2017047663.tif 000008
【図７】
2017047663.tif 000009
【図８】
2017047663.tif 000010
【国際調査報告】
2017047663.tif 000011
2017047663.tif 000012
2017047663.tif 000013
2017047663.tif 000014