(57)【要約】接合部の気密性及び接合強度を向上させることの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、アルミニウムを主成分とする第１金属と、ゲルマニウム又はシリコンの第２金属と、チタン又はニッケルの第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層６５を含む。
2020066126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、アルミニウムを主成分とする第１金属と、ゲルマニウム又はシリコンの第２金属と、チタン又はニッケルの第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む、
共振装置。
【請求項２】
前記共晶層は、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金を主成分とし、アルミニウムの濃度が５８ａｔ％以上８２ａｔ％以下、ゲルマニウムの濃度が１０ａｔ％以上３２ａｔ％以下、チタンの濃度が７ａｔ％以上３２ａｔ％以下である、
請求項１に記載の共振装置。
【請求項３】
前記共晶層は、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金を主成分とし、アルミニウムとゲルマニウムとチタンとの濃度比が３対１対１である、
請求項１に記載の共振装置。
【請求項４】
前記第１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。
【請求項５】
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１導電層と、
前記第２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導電層と、をさらに含み、
前記第１導電層及び前記第２導電層は、アルミニウムを主成分とする、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項６】
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１密着層及び第１導電層と、
前記第２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密着層及び第２導電層と、をさらに含み、
前記第１導電層及び前記第２導電層は、アルミニウムを主成分とし、
前記第１密着層及び前記第２密着層の材料は、チタンである、
請求項１から４のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記第１導電層及び前記第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又は６に記載の共振装置。
【請求項８】
共振子を含む第１基板と第２基板とを用意する工程と、
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第１金属の第１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金属層に対向する位置に、前記第１基板側から連続して設けられる、ゲルマニウム又はシリコンの第２金属の第２金属層とチタン又はニッケルの第３金属の第３金属層とを含む第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基板と前記第２基板とを接合する工程であって、前記第１金属と、前記第２金属と、前記第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む接合部を形成する、接合する工程と、を含む、
共振装置製造方法。
【請求項９】
前記第１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８に記載の共振装置製造方法。
【請求項１０】
前記第３金属は、チタンであり、
前記第１層を形成する工程は、前記第１基板側から前記第１金属層にかけて、チタン層を連続して設けることを含み、
前記接合する工程は、前記第１金属と、前記チタン層のチタンと、前記第２金属と、前記第３金属層のチタンとの共晶合金を主成分とする前記共晶層を形成することを含む、
請求項８又は９に記載の共振装置製造方法。
【請求項１１】
前記第３金属は、チタンであり、
前記第１層を形成する工程は、前記第１基板側から前記第１金属層にかけて、第１導電層及びチタン層を連続して設けることを含み、
前記第２層を形成する工程は、前記第２基板側から前記第３金属層にかけて、第２導電層を連続して設けることを含み、
前記接合する工程は、前記第１金属と、前記チタン層のチタンと、前記第２金属と、前記第３金属層のチタンとの共晶合金を主成分とする前記共晶層を形成することを含み、
前記第１導電層及び前記第２導電層は、アルミニウムを主成分とする、
請求項８又は９に記載の共振装置製造方法。
【請求項１２】
前記第３金属は、チタンであり、
前記第１層を形成する工程は、前記第１基板側から前記第１金属層にかけて、第１密着層、第１導電層、及びチタン層を連続して設けることを含み、
前記第２層を形成する工程は、前記第２基板側から前記第３金属層にかけて、第２密着層及び第２導電層を連続して設けることを含み、
前記接合する工程は、前記第１金属と、前記チタン層のチタンと、前記第２金属と、前記第３金属層のチタンとの共晶合金を主成分とする前記共晶層を形成することを含み、
前記第１導電層及び前記第２導電層は、アルミニウムを主成分とし、
前記第１密着層及び前記第２密着層の材料は、チタンである、
請求項８又は９に記載の共振装置製造方法。
【請求項１３】
前記第１導電層及び前記第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１１又は１２に記載の共振装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振装置及び共振装置製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。このデバイスは、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。【０００３】
例えば、特許文献１には、共振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、過共晶合金を含む領域と、共晶合金を含む領域とを有するＭＥＭＳデバイスが開示されている。このＭＥＭＳデバイスは、過共晶合金が共晶合金を覆うことで、共晶接合の接合面から金属がはみ出ることを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０４７６６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、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）単層とが形成されてしまう。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った。【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、接合部の気密性及び接合強度を向上させることの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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、第１基板と第２基板とを接合する接合部と、を備え、接合部は、アルミニウムを主成分とする第１金属と、ゲルマニウム又はシリコンの第２金属と、チタン又はニッケルの第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む。【０００８】
本発明の他の一側面に係る共振装置製造方法は、共振子を含む第１基板と第２基板とを用意する工程と、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第１金属の第１金属層を含む第１層を形成する工程と、第１基板と前記第２基板とを対向させたときの第２基板における第１金属層に対向する位置に、第１基板側から連続して設けられる、ゲルマニウム又はシリコンの第２金属の第２金属層とチタン又はニッケルの第３金属の第３金属層とを含む第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基板と第２基板とを接合する工程であって、第１金属と、第２金属と、第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む接合部を形成する、接合する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接合部の気密性及び接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る共振装置の外観を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示した共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した共振子の構造を概略的に示す平面図である。
【図４】図４は、図１から図３に示した共振装置の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５】図５は、図４に示した接合部の構成を概略的に示す要部拡大断面図である。
【図６】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７】図７は、本発明の一実施形態に係る共振装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、図７に示した工程を示す断面図である。
【図９】図９は、図７に示した工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図７に示した工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図７に示した工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、図５に示した接合部の第１変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１３】図１３は、図５に示した接合部の第２変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１４】図１４は、図５に示した接合部の第３変形例を示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
＜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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、後述するゲッター層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。
【００１７】
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。
【００１８】
次に、図３を参照しつつ、本発明の一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、図２に示した共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
【００１９】
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。
【００２０】
共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１０と、を備える。
【００２１】
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るものではない。
【００２２】
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。
【００２３】
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本に限定されるものではなく、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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るものではなく、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
振動腕１３５は、それぞれ、例えば開放端から１５０μｍ程度の部分が、振動腕１３５の他の部位よりもＸ軸方向の幅が広くなっている。この幅が広くなった部位は、錘部Ｇと呼ばれる。錘部Ｇは、例えば、振動腕１３５の他の部位よりも、Ｘ軸方向に沿って左右に幅が１０μｍずつ広く、Ｘ軸方向の幅が７０μｍ程度である。錘部Ｇは、振動腕１３５と同一プロセスによって一体形成される。錘部Ｇが形成されることで、振動腕１３５は、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも開放端側の方が重くなっている。従って、振動腕１３５のそれぞれが開放端側に錘部Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
【００２９】
振動部１２０の表面（上蓋３０に対向する面）には、その全面を覆うように後述の保護膜２３５が形成されている。また、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの開放端側の先端における保護膜２３５の表面には、それぞれ、周波数調整膜２３６が形成されている。保護膜２３５及び周波数調整膜２３６によって、振動部１２０の共振周波数を調整することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、共振子１０の表面（上蓋３０と対向する側の面）は、その略全面が保護膜２３５によって覆われている。さらに保護膜２３５の表面は、その略全面が寄生容量低減膜２４０で覆われている。ただし、保護膜２３５は少なくとも振動腕１３５を覆っていればよく、共振子１０の略全面を覆う構成に限定されるものではない。
【００３１】
次に、図４を参照しつつ、本発明の一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から図３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。
【００３２】
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。また、上蓋３０の上面（共振子１０と対向する面と反対側の面）には端子Ｔ４が形成されている。端子Ｔ４と共振子１０とは、貫通電極Ｖ３、接続配線７０、及びコンタクト電極７６Ａ，７６Ｂによって電気的に接続されている。
【００３３】
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  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＳｉウエハＬ３の表面に形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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導電性材料が充填されて形成される。充填される導電性材料は、例えば、不純物ドープされた多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、不純物ドープされた単結晶シリコン等である。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の役割を果たす。
【００３６】
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。
【００３７】
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、基板の一例であるシリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）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Ｅ２が積層されている。そして、金属層Ｅ２の上には、金属層Ｅ２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Ｅ１が積層されている。金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように保護膜２３５が積層され、保護膜２３５の上には寄生容量低減膜２４０が積層されている。
【００３８】
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚さ６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（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に用いられる縮退シリコン（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。
【００３９】
また、金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば厚さ０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度であり、成膜後に、エッチング等により所望の形状にパターニングされる。金属層Ｅ１、Ｅ２は、結晶構造が体心立法構造である金属が用いられている。具体的には、金属層Ｅ１、Ｅ２は、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。
【００４０】
金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、上部電極としての役割を果たすように形成される。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上部電極を接続するための配線としての役割を果たすように形成される。
【００４１】
一方、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、下部電極としての役割を果たすように形成される。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下部電極を接続するための配線としての役割を果たすように形成される。
【００４２】
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る。圧電薄膜Ｆ３は、結晶構造がウルツ鉱型六方晶構造を持つ材質から形成されており、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。なお、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がスカンジウムに置換されたものであり、スカンジウムの代わりにマグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）やマグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の２元素で置換されていてもよい。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
保護膜２３５は、圧電振動用の上部電極である金属層Ｅ２の酸化を防ぐ。保護膜２３５は、エッチングによる質量低減の速度が周波数調整膜２３６より遅い材料により形成されることが好ましい。質量低減速度は、エッチング速度、つまり、単位時間あたりに除去される厚みと密度との積により表される。保護膜２３５は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の圧電膜の他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁膜で形成される。保護膜２３５の厚さは、例えば０．２μｍ程度である。
【００４６】
周波数調整膜２３６は、振動部１２０の略全面に形成された後、エッチング等の加工により所定の領域のみに形成される。周波数調整膜２３６は、エッチングによる質量低減の速度が保護膜２３５より速い材料により形成される。具体的には、周波数調整膜２３６は、モリブデン（Ｍｏ）や、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の金属で構成される。
【００４７】
なお、保護膜２３５と周波数調整膜２３６とは、質量低減速度の関係が前述の通りであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。
【００４８】
寄生容量低減膜２４０は、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）から形成されている。寄生容量低減膜２４０の厚さは１μｍ程度である。引回し配線部における寄生容量を低減するとともに、異なる電位の配線がクロスする際の絶縁層としての機能と、振動空間を広げるためのスタンドオフとしての機能と、を有する。
【００４９】
接続配線７０は、貫通電極Ｖ３を介して端子Ｔ４に電気的に接続されるとともに、コンタクト電極７６Ａ、７６Ｂに電気的に接続される。
【００５０】
コンタクト電極７６Ａは、共振子１０の金属層Ｅ１に接触するように形成され、接続配線７０と共振子１０とを電気的に接続する。コンタクト電極７６Ｂは、共振子１０の金属層Ｅ２に接触するように形成され、接続配線７０と共振子１０とを電気的に接続する。具体的には、コンタクト電極７６Ａと金属層Ｅ１との接続にあたり、金属層Ｅ１が露出するように、金属層Ｅ１上に積層された圧電薄膜Ｆ３、保護膜２３５、及び寄生容量低減膜２４０の一部が除去され、ビアＶ１が形成される。形成されたビアＶ１の内部にコンタクト電極７６Ａと同様の材料が充填され、金属層Ｅ１とコンタクト電極７６Ａとが接続される。同様に、コンタクト電極７６Ｂと金属層Ｅ２との接続にあたり、金属層Ｅ２が露出するように、金属層Ｅ２上に積層された圧電薄膜Ｆ３及び寄生容量低減膜２４０の一部が除去され、ビアＶ２が形成される。形成されたビアＶ２の内部にコンタクト電極７６Ｂが充填され、金属層Ｅ２とコンタクト電極７６Ｂとが接続される。コンタクト電極７６Ａ、７６Ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）等の金属で構成される。なお、金属層Ｅ１とコンタクト電極７６Ａとの接続箇所、及び金属層Ｅ２とコンタクト電極７６Ｂとの接続箇所は、振動部１２０の外側の領域であることが好ましく、本実施形態では保持部１４０で接続されている。
【００５１】
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。
【００５２】
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８０と、上蓋３０に形成される第２層９０とを含み、第１層８０と第２層９０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。
【００５３】
次に、図５を参照しつつ、本発明の一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。
【００５４】
図５に示すように、接合部６０は、共晶合金を主成分とする共晶層６５を含んでいる。共晶層６５は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１金属の層である第１金属層６１と、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属の層である第２金属層６２と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属の層である第３金属層６３との共晶合金を主成分とする共晶層６５を含む。
【００５５】
接合部６０のうち、第１金属層６１は、第１層８０に含まれる。他方、第２金属層６２及び第３金属層６３は第２層９０に含まれる。
【００５６】
図５に示す例では、第１金属層６１と、第２金属層６２と、第３金属層６３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、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）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属との共晶合金を主成分として構成されている。
【００５７】
以下の説明において、特に明記する場合を除き、第１金属層６１の第１金属はアルミニウム（Ａｌ）であり、第２金属層６２の第２金属はゲルマニウム（Ｇｅ）であり、第３金属層６３の第３金属はチタン（Ｔｉ）であり、共晶層６５は、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とするものとする。この場合、共晶層６５には、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）以外に、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アルミニウム−チタン（ＡｌＴｉ）、ゲルマニウム−チタン（ＧｅＴｉ）、アルミニウム−ゲルマニウム（ＡｌＧｅ）を含み得る。
【００５８】
第１金属層６１の第１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、第１金属層６１の第１金属にアルミニウム（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２金属層６２の第２金属及び第３金属層６３の第３金属と容易に共晶接合させることができるとともに、製造工程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。
【００５９】
ここで、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った。
【００６０】
次に、図６を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る接合部６０の状態について説明する。同図は、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。
【００６１】
これに対し、３元素、例えばアルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とチタン（Ｔｉ）とを共晶反応させて接合する場合、図６に示す太線で囲んだ範囲において、共晶溶融金属の液体（図６においてＬと表記）と、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）（図６においてτ１と表記）とが発生する。同様に、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とニッケル（Ｎｉ）とを共晶反応させる場合、アルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）とチタン（Ｔｉ）とを共晶反応させる場合、及び、アルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）とニッケル（Ｎｉ）とを共晶反応させる場合についても、共晶溶融金属の液体と合金とが発生する。このように、所定の三元共晶反応では、合金を形成することができ、異なる材質の界面は形成されなくなる。
【００６２】
よって、接合部６０が、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１金属層６１と、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属層６２と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属層６３との共晶合金を主成分とする共晶層６５を含むことにより、接合部６０において、異なる材質の界面の形成が抑制される。従って、接合部６０に発生し得るボイドや界面剥離が低減し、接合部６０の気密性及び接合強度を向上させることができる。
【００６３】
また、共晶層６５を形成する際に、前述したように、共晶点以上において液体の共晶溶融金属とともに固体の合金が形成されるので、共晶溶融金属の流動性が低下し、共晶溶融金属の平面方向へのはみ出し（スプラッシュ）が抑制される。従って、接合部６０のはみ出しに起因する短絡（ショート）を低減することができ、共振装置１のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【００６４】
共晶層６５の各元素は、所定の濃度割合であることが好ましい。例えば、共晶層６５がアルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とする場合、共晶層６５は、アルミニウム（Ａｌ）の濃度が５８ａｔ％以上８２ａｔ％以下、ゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度が１０ａｔ％以上３２ａｔ％以下、チタン（Ｔｉ）の濃度が７ａｔ％以上３２ａｔ％以下であることが好ましい。これにより、気密性及び接合強度が向上した接合部６０を容易に実現することができる。
【００６５】
また、共晶層６５の各元素は、所定の濃度比であることが好ましい。例えば、共晶層６５がアルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とする場合、共晶層６５は、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とチタン（Ｔｉ）との濃度比が３対１対１であることが好ましい。これにより、接合部６０において、異なる材質の界面の形成がさらに抑制される。
【００６６】
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１つの共振装置１を示して説明する。
【００６７】
図７に示すように、最初に、ＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０を用意する（Ｓ３０１）。具体的には、図８に示すように、前述した、共振子１０を含むＭＥＭＳ基板５０と、貫通電極Ｖ３を有する上蓋３０と、を用意する。但し、貫通電極Ｖ３と共振子１０とを接続する図４に示した接続配線７０は、未だ形成されていない。
【００６８】
図７に戻り、次に、工程Ｓ３０１で用意した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）を主成分とする第１金属層６１を含む第１層８０を形成する（Ｓ３０２）。
【００６９】
具体的には、図９に示すように、用意したＭＥＭＳ基板５０（共振子１０）において、圧電薄膜Ｆ３上に形成された寄生容量低減膜２４０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金属層６１を形成する。第１金属層６１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。
【００７０】
第１層８０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℃程度で行ってもよい。第１層８０は、第１金属層６１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。
【００７１】
図７に戻り、次に、工程Ｓ３０１で用意した上蓋３０において、ＭＥＭＳ基板５０と上蓋３０とを対向させたときに、ＭＥＭＳ基板５０側から連続して設けられる、ゲルマニウム（Ｇｅ）の第２金属層６２と、チタン（Ｔｉ）の第３金属層６３とを含む第２層９０を形成する（Ｓ３０３）。
【００７２】
具体的には、図１０に示すように、上蓋３０の裏面における酸化ケイ素膜Ｌ３１の表面に、例えばチタン（Ｔｉ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたチタン（Ｔｉ）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３金属層６３を形成する。第３金属層６３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８０に対向又は略対向する位置である。そして、第３金属層６３の上に（図１０においては第３金属層６３の下に）、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して第２金属層６２を設ける。
【００７３】
第２層９０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℃程度で行ってもよい。これにより、上蓋３０及び第２層９０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。
【００７４】
図７に戻り、次に、共振子１０の振動空間を封止するように、工程Ｓ３０２において第１層８０が形成されたＭＥＭＳ基板５０と、工程Ｓ３０３において第２層９０が形成された上蓋３０とを接合する（Ｓ３０４）。この工程Ｓ３０４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）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層６５を含む接合部６０を形成することを含む。
【００７５】
具体的には、第１層８０と第２層９０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、三元共晶反応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１１に示すように、第２層９０の第２金属層６２は、第１層８０の第１金属層６１に接触する。
【００７６】
三元共晶反応のための加熱処理における温度は、共晶点の温度以上、かつ、第１金属のアルミニウム（Ａｌ）単体の場合の融点未満であることが好ましい。すなわち、第２金属がゲルマニウム（Ｇｅ）で、第３金属がチタン（Ｔｉ）である場合、共晶点である４２２℃以上、かつ、アルミニウム（Ａｌ）単体の融点である６２０℃未満程度であることが好ましい。また、第２金属がゲルマニウム（Ｇｅ）で、第３金属がニッケル（Ｎｉ）である場合、共晶点である４２３±２℃（共晶点は各金属の割合（％）によって異なる）以上、かつ、第１金属のアルミニウム（Ａｌ）単体の融点である６２０℃未満程度であることが好ましい。また、第２金属がシリコン（Ｓｉ）で、第３金属がチタン（Ｔｉ）である場合、共晶点である５７７℃以上、かつ、第１金属のアルミニウム（Ａｌ）単体の融点である６２０℃未満程度であることが好ましい。さらに、第２金属がシリコン（Ｓｉ）で、第３金属がニッケル（Ｎｉ）である場合、共晶点である５６７℃又は５６８℃（共晶点は各金属の割合（％）によって異なる）以上、かつ、第１金属のアルミニウム（Ａｌ）単体の融点である６２０℃未満程度であることが好ましい。
【００７７】
また、加熱時間は、５分以上３０分以下程度であることが好ましい。本実施形態では、４４０℃程度の温度、１５分程度の加熱時間で、加熱処理が行われる。
【００７８】
加熱時には、上蓋３０及びＭＥＭＳ基板５０は、図１１において黒矢印で示すように、上蓋３０からＭＥＭＳ基板５０へと押圧される。押圧される圧力は、例えば１５Ｍｐａ程度であり、５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下程度であることが好ましい。
【００７９】
また、三元共晶反応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において共晶合金を主成分とする共晶層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。
【００８０】
図７に示す工程Ｓ３０４を行った結果、図５に示したように、第１金属と第２金属と第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層６５を含む接合部６０が形成される。
【００８１】
また、第１層８０を形成する際にアルミニウム（Ａｌ）膜を形成し、第２層９０を形成する際にゲルマニウム（Ｇｅ）膜を形成し、これらを共晶接合させることで、貫通電極Ｖ３と共振子１０とを接続するための、図４に示す接続配線７０を設けてもよい。
【００８２】
本実施形態では、図５から図１１において、接合部６０が第１金属と第２金属と第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層６５のみを含む例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、接合部６０は共晶層６５以外の層を含んでいてもよい。
【００８３】
（第１変形例）
図１２は、図５に示した接合部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。
【００８４】
図１２に示すように、第３金属層６３の第３金属はチタン（Ｔｉ）であり、接合部６０の共晶層６５は、第１金属層６１、第２金属層６２、及び第３金属層６３に加え、チタン（Ｔｉ）層６４を含んで構成される。チタン（Ｔｉ）層６４は、第１層８０に含まれており、ＭＥＭＳ基板５０側から第１金属層６１にかけて連続して設けられている。
【００８５】
チタン（Ｔｉ）層６４の材料は、チタン（Ｔｉ）である。そのため、チタン（Ｔｉ）層６４は、共晶層６５を密着させるための密着層として機能する。よって、第１層８０が、ＭＥＭＳ基板５０側から第１金属層６１にかけて連続して設けられるチタン（Ｔｉ）層６４を含むことにより、接合部６０とＭＥＭＳ基板５０との密着性を向上させる。従って、接合部６０の接合強度をさらに向上させることができる。
【００８６】
第１変形例の製造方法では、図９に示した工程Ｓ３０２において、ＭＥＭＳ基板５０側から第１金属層６１にかけて、チタン（Ｔｉ）層６４を連続して設ける。
【００８７】
具体的には、圧電薄膜Ｆ３上に形成された寄生容量低減膜２４０の上に、チタン（Ｔｉ）を積層してチタン（Ｔｉ）層６４を設ける。次に、チタン（Ｔｉ）層６４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１金属層６１を形成する。
【００８８】
また、図１１に示した工程Ｓ３０４において、第１金属と、チタン（Ｔｉ）層６４のチタン（Ｔｉ）と、第２金属と、第３金属のチタン（Ｔｉ）との共晶合金を主成分とする共晶層６５を形成する。三元共晶反応のための加熱処理は、前述した例と同様である。
【００８９】
（第２変形例）
図１３は、図５に示した接合部６０の第２変形例を示す要部拡大断面図である。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。
【００９０】
図１３に示すように、第３金属層６３の第３金属はチタン（Ｔｉ）であり、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１導電層６６と、上蓋３０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６７と、をさらに含む。なお、共晶層６５は、第１変形例と同様に、チタン（Ｔｉ）層６４を含んでいる。
【００９１】
第１導電層６６は第１層８０に含まれ、第２導電層６７は第２層９０に含まれている。第１導電層６６及び第２導電層６７は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする。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、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１導電層６６と、上蓋３０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２導電層６７と、をさらに含むことにより、ＭＥＭＳ基板５０において第１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、上蓋３０において第２導電層６７から配線を引き回すことが可能となる。
【００９２】
また、第１導電層６６及び第２導電層６７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。これにより、第１導電層６６及び第２導電層６７が導電性を有するとともに、製造工程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。
【００９３】
第２変形例の製造方法では、図９に示した工程Ｓ３０２において、ＭＥＭＳ基板５０側から第１金属層６１にかけて、第１導電層６６及びチタン（Ｔｉ）層６４を連続して設ける。
【００９４】
具体的には、圧電薄膜Ｆ３上に形成された寄生容量低減膜２４０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１導電層６６を形成する。次に、第１導電層６６の上にチタン（Ｔｉ）を積層してチタン（Ｔｉ）層６４を設ける。次に、チタン（Ｔｉ）層６４の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。そして、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１金属層６１を形成する。
【００９５】
また、図１０に示した工程Ｓ３０３において、上蓋３０側から共晶層６５にかけて第２導電層６７を連続して設ける。
【００９６】
具体的には、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、第２導電層６７を形成する。次に、第２導電層６７の上に（図１３においては第２導電層６７の下に）、チタン（Ｔｉ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたチタン（Ｔｉ）を所望の形状にすることで、第３金属層６３を形成する。そして、第３金属層６３の上に（図１３においては第３金属層６３の下に）、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して第２金属層６２を設ける。
【００９７】
さらに、第１変形例と同様に、図１１に示した工程Ｓ３０４において、第１金属と、チタン（Ｔｉ）層６４のチタン（Ｔｉ）と、第２金属と、第３金属のチタン（Ｔｉ）との共晶合金を主成分とする共晶層６５を形成する。三元共晶反応のための加熱処理は、前述した例と同様である。
【００９８】
（第３変形例）
図１４は、図５に示した接合部６０の第３変形例を示す要部拡大断面図である。なお、第３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。
【００９９】
図１４に示すように、第３金属層６３の第３金属はチタン（Ｔｉ）であり、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１密着層６８及び第１導電層６６と、上蓋３０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、第２密着層６９及び第２導電層６７と、をさらに含む。なお、共晶層６５は、第１変形例と同様に、チタン（Ｔｉ）層６４を含んでいる。
【０１００】
第１密着層６８及び第１導電層６６は第１層８０に含まれ、第２密着層６９及び第２導電層６７は第２層９０に含まれている。第１導電層６６及び第２導電層６７は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする。
【０１０１】
また、第１導電層６６及び第２導電層６７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。
【０１０２】
第１密着層６８及び第２密着層６９の材料は、チタン（Ｔｉ）である。そのため、チタン（Ｔｉ）層６４は、共晶層６５を密着させるための密着層として機能する。よって、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、チタン（Ｔｉ）の第１密着層６８及び第１導電層６６と、上蓋３０側から共晶層６５にかけて連続して設けられる、チタン（Ｔｉ）の第２密着層６９及び第２導電層６７と、をさらに含むことにより、接合部６０とＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０との密着性を向上させる。従って、接合部６０の接合強度をさらに向上させることができる。
【０１０３】
第３変形例の製造方法では、図９に示した工程Ｓ３０２において、ＭＥＭＳ基板５０側から第１金属層６１にかけて、第１密着層６８、第１導電層６６、及びチタン（Ｔｉ）層６４を連続して設ける。
【０１０４】
具体的には、圧電薄膜Ｆ３上に形成された寄生容量低減膜２４０の上に、チタンを積層して第１密着層６８を設ける。次に、第１密着層６８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１導電層６６を形成する。次に、第１導電層６６の上にチタン（Ｔｉ）を積層してチタン（Ｔｉ）層６４を設ける。次に、チタン（Ｔｉ）層６４の上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層する。そして、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１金属層６１を形成する。
【０１０５】
また、図１０に示した工程Ｓ３０３において、上蓋３０側から共晶層６５にかけて第２密着層６９及び第２導電層６７を連続して設ける。
【０１０６】
具体的には、酸化ケイ素膜Ｌ３１の表面に、チタンを積層して第２密着層６９を設ける。次に、第２密着層６９の上に（図１４においては第２密着層６９の下に）、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６７を形成する。次に、第２導電層６７の上に（図１４においては第２導電層６７の下に）、チタン（Ｔｉ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたチタン（Ｔｉ）を所望の形状にすることで、第３金属層６３を形成する。そして、第３金属層６３の上に（図１３においては第３金属層６３の下に）、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して第２金属層６２を設ける。
【０１０７】
さらに、第１変形例及び第２変形例と同様に、図１１に示した工程Ｓ３０４において、第１金属と、チタン（Ｔｉ）層６４のチタン（Ｔｉ）と、第２金属と、第３金属のチタン（Ｔｉ）との共晶合金を主成分とする共晶層６５を形成する。三元共晶反応のための加熱処理は、前述した例と同様である。
【０１０８】
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は、接合部が、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）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む。これにより、接合部において、異なる材質の界面の形成が抑制される。従って、接合部に発生し得るボイドや界面剥離が低減し、接合部の気密性及び接合強度を向上させることができる。また、共晶層を形成する際に、前述したように、共晶点以上において液体の共晶溶融金属とともに固体の合金が形成されるので、共晶溶融金属の流動性が低下し、共晶溶融金属の平面方向へのはみ出し（スプラッシュ）が抑制される。従って、接合部のはみ出しに起因する短絡（ショート）を低減することができ、共振装置のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【０１０９】
また、前述した共振装置において、共晶層はアルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）の濃度が５８ａｔ％以上８２ａｔ％以下、ゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度が１０ａｔ％以上３２ａｔ％以下、チタン（Ｔｉ）の濃度が７ａｔ％以上３２ａｔ％以下である。これにより、気密性及び接合強度が向上した接合部を容易に実現することができる。
【０１１０】
また、前述した共振装置において、共晶層６５は、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とチタン（Ｔｉ）との濃度比が３対１対１である。これにより、接合部において、異なる材質の界面の形成がさらに抑制される。
【０１１１】
また、前述した共振装置において、第１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）である。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金属にアルミニウム（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２金属及び第３金属と容易に共晶接合させることができるとともに、製造工程を簡素化することができ、共振子の振動空間を封止する接合部を容易に形成することができる。
【０１１２】
また、前述した共振装置において、接合部は、第１基板側から共晶層にかけて連続して設けられる、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１導電層と、第２基板側から共晶層にかけて連続して設けられる、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２導電層と、をさらに含む。これにより、第１基板において第１導電層から配線を引き回すことが可能となるとともに、第２基板において第２導電層から配線を引き回すことが可能となる。
【０１１３】
また、前述した共振装置において、接合部は、第１基板側から共晶層にかけて連続して設けられる、チタン（Ｔｉ）の第１密着層及び第１導電層と、第２基板側から共晶層にかけて連続して設けられる、チタン（Ｔｉ）の第２密着層及び第２導電層と、をさらに含む。これにより、接合部と第１基板及び第２基板との密着性を向上させる。従って、接合部の接合強度をさらに向上させることができる。
【０１１４】
また、前述した共振装置において、第１導電層及び第２導電層の材料は、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。これにより、第１導電層及び第２導電層が導電性を有するとともに、製造工程を簡素化することができ、共振子の振動空間を封止する接合部を容易に形成することができる。
【０１１５】
本発明の一実施形態に係る共振装置製造方法は、接合する工程が、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）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含む接合部を形成する。これにより、接合部において、異なる材質の界面の形成が抑制される。従って、接合部に発生し得るボイドや界面剥離が低減し、接合部の気密性及び接合強度を向上させることができる。また、共晶層を形成する際に、前述したように、共晶点以上において液体の共晶溶融金属とともに固体の合金が形成されるので、共晶溶融金属の流動性が低下し、共晶溶融金属の平面方向へのはみ出し（スプラッシュ）が抑制される。従って、接合部のはみ出しに起因する短絡（ショート）を低減することができ、共振装置のレイアウトの自由度を向上させることができる。
【０１１６】
また、前述した共振装置製造方法において、第１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）である。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金属にアルミニウム（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２金属及び第３金属と容易に共晶接合させることができるとともに、製造工程を簡素化することができ、共振子の振動空間を封止する接合部を容易に形成することができる。
【０１１７】
また、前述した共振装置製造方法において、第１層を形成する工程が、第１基板側から第１金属層にかけてチタン（Ｔｉ）層を連続して設けることを含む。これにより、接合部６０とＭＥＭＳ基板５０との密着性を向上させる。従って、接合部６０の接合強度をさらに向上させることができる。
【０１１８】
また、前述した共振装置製造方法において、第１層を形成する工程が、第１基板側から共晶層にかけて、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１導電層及びチタン層を連続して設けることを含み、第２層を形成する工程が、第２基板側から共晶層にかけて、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２導電層を連続して設けることを含む。これにより、第１基板において第１導電層から配線を引き回すことが可能となるとともに、第２基板において第２導電層から配線を引き回すことが可能となる。
【０１１９】
また、前述した共振装置製造方法において、第１層を形成する工程が、第１基板側から共晶層にかけて、チタン（Ｔｉ）の第１密着層、第１導電層、及びチタン層を連続して設けることを含み、第２層を形成する工程が、第２基板側から共晶層にかけて、チタン（Ｔｉ）の第２密着層及び第２導電層を連続して設けることを含む。これにより、接合部と第１基板及び第２基板との密着性を向上させる。従って、接合部の接合強度をさらに向上させることができる。
【０１２０】
また、前述した共振装置製造方法において、第１導電層及び第２導電層の材料は、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。これにより、第１導電層及び第２導電層が導電性を有するとともに、製造工程を簡素化することができ、共振子の振動空間を封止する接合部を容易に形成することができる。
【０１２１】
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。すなわち、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。
【符号の説明】
【０１２２】
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金属層、６２…第２金属層、６３…第３金属層、６４…チタン（Ｔｉ）層、６５…共晶層、６６…第１導電層、６７…第２導電層、６８…第１密着層、６９…第２密着層、７０…接続配線、７６Ａ，７６Ｂ…コンタクト電極、８０…第１層、９０…第２層、１１０…保持腕、１２０…振動部、１３０…基部、１３１ａ…長辺、１３１Ａ…前端、１３１ｂ…長辺、１３１Ｂ…後端、１３１ｃ…短辺、１３１ｄ…短辺、１３５，１３５Ａ，１３５Ｂ，１３５Ｃ，１３５Ｄ…振動腕、１４０…保持部、１４１…電圧印加部、２３５…保護膜、２３６…周波数調整膜、２４０…寄生容量低減膜、Ｅ１，Ｅ２…金属層、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｆ２１…酸化ケイ素層、Ｇ…錘部、Ｌ１…ウエハ、Ｌ３…Ｓｉウエハ、Ｌ３１…酸化ケイ素膜、Ｐ…仮想平面、Ｔ４…端子、Ｖ１，Ｖ２…ビア、Ｖ３…貫通電極。
【図１】
2020066126.tif 000003
【図２】
2020066126.tif 000004
【図３】
2020066126.tif 000005
【図４】
2020066126.tif 000006
【図５】
2020066126.tif 000007
【図６】
2020066126.tif 000008
【図７】
2020066126.tif 000009
【図８】
2020066126.tif 000010
【図９】
2020066126.tif 000011
【図１０】
2020066126.tif 000012
【図１１】
2020066126.tif 000013
【図１２】
2020066126.tif 000014
【図１３】
2020066126.tif 000015
【図１４】
2020066126.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月10日(2021.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、金属層Ｅ１、Ｅ２は、例えば厚さ０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度であり、成膜後に、エッチング等により所望の形状にパターニングされる。金属層Ｅ１、Ｅ２は、結晶構造が体心立方構造である金属が用いられている。具体的には、金属層Ｅ１、Ｅ２は、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
保護膜２３５は、圧電振動用の上部電極である金属層Ｅ１の酸化を防ぐ。保護膜２３５は、エッチングによる質量低減の速度が周波数調整膜２３６より遅い材料により形成されることが好ましい。質量低減速度は、エッチング速度、つまり、単位時間あたりに除去される厚みと密度との積により表される。保護膜２３５は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の圧電膜の他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の絶縁膜で形成される。保護膜２３５の厚さは、例えば０．２μｍ程度である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
コンタクト電極７６Ａは、共振子１０の金属層Ｅ１に接触するように形成され、接続配線７０と共振子１０とを電気的に接続する。コンタクト電極７６Ｂは、共振子１０の金属層Ｅ２に接触するように形成され、接続配線７０と共振子１０とを電気的に接続する。具体的には、コンタクト電極７６Ａと金属層Ｅ１との接続にあたり、金属層Ｅ１が露出するように、金属層Ｅ１上に積層された圧電薄膜Ｆ３、保護膜２３５、及び寄生容量低減膜２４０の一部が除去され、ビアＶ１が形成される。形成されたビアＶ１の内部にコンタクト電極７６Ａと同様の材料が充填され、金属層Ｅ１とコンタクト電極７６Ａとが接続される。同様に、コンタクト電極７６Ｂと金属層Ｅ２との接続にあたり、金属層Ｅ２が露出するように、金属層Ｅ２上に積層された圧電薄膜Ｆ３及び寄生容量低減膜２４０の一部が除去され、ビアＶ２が形成される。形成されたビアＶ２の内部にコンタクト電極７６Ｂと同様の材料が充填され、金属層Ｅ２とコンタクト電極７６Ｂとが接続される。コンタクト電極７６Ａ、７６Ｂは、例えばアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）等の金属で構成される。なお、金属層Ｅ１とコンタクト電極７６Ａとの接続箇所、及び金属層Ｅ２とコンタクト電極７６Ｂとの接続箇所は、振動部１２０の外側の領域であることが好ましく、本実施形態では保持部１４０で接続されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
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枠状に形成される。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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図５に示すように、接合部６０は、共晶合金を主成分とする共晶層６５を含んでいる。共晶層６５は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第１金属の層である第１金属層６１と、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はシリコン（Ｓｉ）の第２金属の層である第２金属層６２と、チタン（Ｔｉ）又はニッケル（Ｎｉ）の第３金属の層である第３金属層６３との共晶合金を含む。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０６】
具体的には、酸化ケイ素膜Ｌ３１の表面に、チタンを積層して第２密着層６９を設ける。次に、第２密着層６９の上に（図１４においては第２密着層６９の下に）、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６７を形成する。次に、第２導電層６７の上に（図１４においては第２導電層６７の下に）、チタン（Ｔｉ）を積層する。次に、エッチング等によって、積層されたチタン（Ｔｉ）を所望の形状にすることで、第３金属層６３を形成する。そして、第３金属層６３の上に（図１４においては第３金属層６３の下に）、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して第２金属層６２を設ける。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
また、前述した共振装置において、共晶層は、アルミニウム−ゲルマニウム−チタン合金（ＡｌＧｅＴｉ合金）を主成分とし、アルミニウム（Ａｌ）とゲルマニウム（Ｇｅ）とチタン（Ｔｉ）との濃度比が３対１対１である。これにより、接合部において、異なる材質の界面の形成がさらに抑制される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
また、前述した共振装置製造方法において、第１層を形成する工程が、第１基板側から第１金属層にかけてチタン（Ｔｉ）層を連続して設けることを含む。これにより、接合部とＭＥＭＳ基板との密着性を向上させる。従って、接合部の接合強度をさらに向上させることができる。
【国際調査報告】
2020066126.tif 000017
2020066126.tif 000018
2020066126.tif 000019