(57)【要約】共振子の振動空間における真空度の低下を抑制す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、ＭＥＭＳ基板５０に対向する面に酸化ケイ素膜Ｌ３１を含む上蓋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、酸化ケイ素膜Ｌ３１は、上蓋３０を平面視したときに振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、上蓋３０の裏面まで貫通する貫通孔ＴＨ１を含み、貫通孔ＴＨ１は、第１金属層８０を含む。
2020194810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振子を含む第１基板と、
前記第１基板に対向する面に第１酸化膜を含む第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、
前記第１酸化膜は、前記第２基板を平面視したときに前記振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、前記面まで貫通する第１貫通孔を含み、
前記第１貫通孔は、第１金属を含む、
共振装置。
【請求項２】
前記接合部は、前記第１基板に形成される第２金属と前記第２基板に形成される第３金属との共晶合金を主成分とする共晶層を含み、
前記第１金属の材料は、前記第３金属の材料と同じである、
請求項１に記載の共振装置。
【請求項３】
前記第２金属は、アルミニウムを主成分とする金属であり、
前記第３金属は、ゲルマニウムである、
請求項２に記載の共振装置。
【請求項４】
前記第２金属は、ゲルマニウムであり、
前記第３金属は、アルミニウムを主成分とする金属である、
請求項２に記載の共振装置。
【請求項５】
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３又は４に記載の共振装置。
【請求項６】
前記第１基板は、前記第２基板に対向する面に積層された圧電膜及び第２酸化膜を含み、
前記第２酸化膜は、前記第１基板を平面視したときに前記振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、前記圧電膜まで貫通する第２貫通孔を含み、
前記第２貫通孔は、第４金属を含む、
請求項２から５のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記第４金属の材料は、前記第２金属の材料と同じである、
請求項６に記載の共振装置。
【請求項８】
前記第２貫通孔は、前記第１基板を平面視したときに環状の形状を有する、
請求項６又は７に記載の共振装置。
【請求項９】
前記第２基板の材料は、シリコンであり、
前記第１酸化膜の材料は、二酸化シリコンである、
請求項２から８のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項１０】
前記接合部は、前記共晶層と前記第２基板との間にチタン層を含む、
請求項９に記載の共振装置。
【請求項１１】
前記第１貫通孔は、前記第２基板を平面視したときに環状の形状を有する、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項１２】
前記接合部の端部は、前記第１貫通孔の側面から距離を空けて配置される、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の共振装置。
【請求項１３】
共振子を含む第１基板を用意する工程と、
前記第１基板に対向する面に第１酸化膜を含む第２基板を用意する工程と、
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と、を含み、
前記第２基板を用意する工程は、
前記第２基板を平面視したときに、前記第１酸化膜における前記振動空間の周囲の少なくとも一部に、前記面まで貫通する第１貫通孔を形成することと、
前記第１貫通孔に第１金属を形成することと、を含む、
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、第１剛性率を有する第１金属層を表面に形成した第１ウ工ハと、第１剛性率よりも高い第２剛性率を有する第２金属層を表面に形成した第２ウ工ハと、を用意する工程と、第１金属層の表面の酸化膜を除去しない一方で、第２金属層の表面の酸化膜を除去する工程と、第１ウ工ハの表面と第２ウ工ハの表面とを接合する工程と、を含む、ウ工ハの接合方法が開示されている。また、特許文献１は、上側基板をその周縁部で圧電共振子の支持枠上に受け止める方法として、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属から形成される第１金属層と、ゲルマニウム（Ｇｅ）を主成分とする金属から形成される第２金属との共晶接合によって圧電共振子と上側基板とを接合している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０８０５０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、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、シリコン基板上に共晶層を形成しようとすると、共晶層にシリコン（Ｓｉ）が拡散する。このため、シリコン基板上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の酸化膜を形成して共晶層への拡散を抑制する方法が提案されている。【０００６】
しかしながら、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の酸化膜は、ヘリウム等のガスを透過することが知られている。そのため、ヘリウムガスが存在する環境下では、酸化膜からヘリウムガスが侵入し、共振子の振動空間の真空度が低下することがある。真空度が低下した結果、装置内部の共振子は、Ｑ値等の振動特性が劣化するおそれがあった。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振子の振動空間における真空度の低下を抑制す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】
【０００８】
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１基板に対向する面に第１酸化膜を含む第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、第１酸化膜は、第２基板を平面視したときに振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、面まで貫通する第１貫通孔を含み、第１貫通孔は、第１金属を含む。【０００９】
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基板を用意する工程と、第１基板に対向する面に第１酸化膜を含む第２基板を用意する工程と、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と、を含み、第２基板を用意する工程は、第２基板を平面視したときに、第１酸化膜における振動空間の周囲の少なくとも一部に、面まで貫通する第１貫通孔を形成することと、第１貫通孔に第１金属を形成することと、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、共振子の振動空間における真空度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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に示した接合部の周辺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、図１から図４に示した上蓋の裏面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。
【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に示した工程を説明するための断面図である。
【図９】図９は、図７に示した工程を説明するための断面図である。
【図１０】図１０は、図７に示した工程を説明するための断面図である。
【図１１】図１１は、図７に示した工程を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、図７に示した工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１３は、図７に示した工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１４は、図５に示した接合部の周辺の第１変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１５】図１５は、図５に示した接合部の周辺の第２変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１６】図１６は、図５に示した接合部の周辺の第３変形例を示す要部拡大断面図である。
【図１７】図１７は、第３変形例におけるＭＥＭＳ基板の表面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
共振子１０は、振動部１２０と、保持部１４０と、保持腕１１０と、を備える。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
上蓋３０は、所定の厚みを有するＳｉ基板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に対向する表面は、酸化ケイ素膜Ｌ３１に覆われている。酸化ケイ素膜Ｌ３１は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、Ｓｉ基板Ｌ３の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ:Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、Ｓｉ基板Ｌ３の表面に形成される。なお、上蓋３０の裏面及び貫通電極Ｖ３の側面についても、酸化ケイ素膜Ｌ３１に覆われていることが好ましい。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）である酸化ケイ素層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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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）、二酸化シリコン（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
また、上蓋３０のＳｉ基板Ｌ３において、ＭＥＭＳ基板５０に対向する面に形成された酸化ケイ素膜Ｌ３１には、第１金属層８０を含む貫通孔が形成されている。
【００５３】
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。
【００５４】
本実施形態では、接合部６０は、ＭＥＭＳ基板５０に形成される第２金属層６１と、上蓋３０に形成される第３金属層６２とを含み、第２金属層６１と第３金属層６２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。
【００５５】
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の周辺の積層構造について説明する。図５は、図４に示した接合部６０の周辺の構成を概略的に示す要部拡大断面図である。
【００５６】
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の共晶合金は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２金属層６１と、ゲルマニウム（Ｇｅ）の第３金属層６２との共晶合金である。
【００５７】
図５に示す例では、第２金属層６１と、第３金属層６２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２金属と、ゲルマニウム（Ｇｅ）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。このように、第２金属層６１の第２金属がアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属であり、第３金属層６２の第３金属がゲルマニウム（Ｇｅ）であることにより、上蓋３０とＭＥＭＳ基板５０とを共晶接合させる接合部６０を、容易に実現することができる。また、ＭＥＭＳ基板５０にアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２金属層６１が形成されるので、共振装置１の製造工程において、例えば第２金属層６１を利用して共振子１０の導通検査を行うことができる。
【００５８】
以下の説明において、特に明記する場合を除き、第２金属層６１の第２金属はアルミニウム（Ａｌ）であり、第３金属層６２の第３金属はゲルマニウム（Ｇｅ）であり、共晶層６５は、アルミニウム−ゲルマニウム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−ゲルマニウム以外に、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含み得る。
【００５９】
第２金属層６１の第２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２金属層６１の第２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３金属層６２のゲルマニウム（Ｇｅ）と容易に共晶接合させることができるとともに、共振装置１の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。
【００６０】
酸化ケイ素膜Ｌ３１は、Ｓｉ基板Ｌ３の下面（図５においてＺ軸の負方向側の面）まで貫通する貫通孔ＴＨ１を含んでいる。貫通孔ＴＨ１には、その開口の一部を覆うように第１金属層８０が形成されている。なお、第１金属層８０は、貫通孔ＴＨ１の開口の全部を覆うように形成されていてもよい。
【００６１】
また、図５に示す例では、第１金属層８０は、接合部６０の第３金属層６２と一体に形成されている。すなわち、第１金属層８０の材料は、第３金属層６２の材料と同じであり、一例ではゲルマニウム（Ｇｅ）である。これにより、第１金属層８０を第３金属層６２と同一工程で形成することが可能になり、共振装置１の製造工程を簡素化することができる。
【００６２】
ここで、図６を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る貫通孔ＴＨ１及び第１金属層８０について説明する。図６は、図１から図４に示した上蓋３０の裏面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。
【００６３】
図６に示すように、貫通孔ＴＨ１は、振動空間を形成する凹部３１の底面３２の周りを囲むように、上蓋３０の裏面を平面視したときに環状の形状を有している。第３金属層６２も、凹部３１の底面３２の周りを囲むように形成されており、貫通孔ＴＨ１の内周ＩＰ１を超え、当該内周ＩＰ１と貫通孔ＴＨ１の外周ＯＰ１との間まで延在している。なお、貫通孔ＴＨ１の外側には、酸化ケイ素膜Ｌ３１が形成されている。
【００６４】
このように、上蓋３０のＭＥＭＳ基板５０に対向する面に形成された酸化ケイ素膜Ｌ３１が、上蓋３０の裏面を平面視したときに共振子１０の振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、Ｓｉ基板Ｌ３の下面まで貫通する貫通孔ＴＨ１を含み、当該貫通孔ＴＨ１が第１金属層８０を含むことにより、酸化ケイ素膜Ｌ３１を透過して振動空間に侵入し得る、原子半径の小さいヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、第１金属層８０で遮断することができる。従って、ガス侵入による振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
【００６５】
また、図６に示すように、貫通孔ＴＨ１が上蓋３０の裏面を平面視したときに環状の形状を有することにより、貫通孔ＴＨ１に形成された第１金属層８０がヘリウム（Ｈｅ）等のガスの侵入をさらに抑制することができる。
【００６６】
本実施形態では、図５において、貫通孔ＴＨ１が接合部６０のＹ軸正方向側（外側）に配置される例を示したが、これに限定されるものでものではない。貫通孔ＴＨ１は、例えば接合部６０のＹ軸負方向側（内側）に配置されていてもよい。また、図６において、貫通孔ＴＨ１が共振子１０の振動空間の周囲に、環状に形成される例を示したが、これに限定されるものではない。貫通孔ＴＨ１は、共振子１０の振動空間の周囲の少なくとも一部に形成されていればよく、例えば、連続した溝状の形状ではなく、離散的な切欠き等を含む形状であってもよい。
【００６７】
次に、図７から図１３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を説明するための断面図である。図９は、図７に示した工程Ｓ３０２を説明するための断面図である。図１０は、図７に示した工程Ｓ３０３を説明するための断面図である。図１１は、図７に示した工程Ｓ３０３を説明するための平面図である。図１２は、図７に示した工程Ｓ３０４を説明するための断面図である。図１３は、図７に示した工程Ｓ３０４を説明するための断面図である。なお、図８から図１３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。
【００６８】
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、共振子１０に対向する面に酸化ケイ素膜Ｌ３１を含む上蓋３０と、を用意する。但し、貫通電極Ｖ３と共振子１０とを接続するための、図４に示した接続配線７０は、未だ形成されていない。また、接合部６０及び第１金属層８０も未だ形成されていない。
【００６９】
なお、工程Ｓ３０１において、ＭＥＭＳ基板５０及び上蓋３０を用意する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ＭＥＭＳ基板５０を用意する工程と、上蓋３０を用意する工程とを分けて行ってもよい。
【００７０】
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の周囲に第２金属層６１を形成する（Ｓ３０２）。
【００７１】
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２金属層６１を形成する。第２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。
【００７２】
第２金属層６１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２金属層６１は、高温で加熱処理を行っても熱拡散による影響が少ない。
【００７３】
なお、工程Ｓ３０２は、例えば、ＭＥＭＳ基板５０を用意する工程の一部として行ってもよい。
【００７４】
図７に戻り、次に、工程Ｓ３０１で用意した上蓋３０において、酸化ケイ素膜Ｌ３１に貫通孔ＴＨ１を形成する（Ｓ３０３）。
【００７５】
具体的には、図１０に示すように、酸化ケイ素膜Ｌ３１の所定の位置において、エッチング等によって酸化ケイ素膜Ｌ３１が除去され、上蓋３０の裏面まで貫通する貫通孔ＴＨ１が形成される。また、図１１に示すように、酸化ケイ素膜Ｌ３１において、共振子１０の振動空間を形成する凹部３１の周囲に、貫通孔ＴＨ１が形成される。貫通孔ＴＨ１の内周ＩＰ１及び外周ＯＰ１は、底面３２の外側に配置される。
【００７６】
図７に戻り、次に、工程Ｓ３０３で貫通孔ＴＨ１を形成した上蓋３０において、第１金属層８０及び第３金属層６２を形成する（Ｓ３０４）。
【００７７】
具体的には、図１２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、ゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して所定の位置に第３金属層６２を形成する。第３金属層６２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２金属層６１に対向又は略対向する位置である。また、第３金属層６２をＹ軸の正方向に貫通孔ＴＨ１まで延在させて設けることで、貫通孔ＴＨ１の開口の一部を覆う第１金属層８０を形成する。これにより、第１金属層８０及び第３金属層６２が同一プロセスで形成される。
【００７８】
第１金属層８０及び第３金属層６２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、第１金属層８０、及び第３金属層６２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。
【００７９】
なお、工程Ｓ３０３及び工程Ｓ３０４は、例えば、上蓋３０を用意する工程の一部として行ってもよい。
【００８０】
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２金属層６１が形成されたＭＥＭＳ基板５０と、工程Ｓ３０４において第１金属層８０及び第３金属層６２が形成された上蓋３０とを接合する（Ｓ３０５）。この工程Ｓ３０５は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２金属とゲルマニウム（Ｇｅ）の第２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。
【００８１】
具体的には、第２金属層６１と第３金属層６２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１３に示すように、第３金属層６２は第２金属層６１に接触する。
【００８２】
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。
【００８３】
加熱時には、上蓋３０及びＭＥＭＳ基板５０は、図１３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、５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下程度であることが好ましい。
【００８４】
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。
【００８５】
図７に示す工程Ｓ３０５を行った結果、図５に示したように、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。
【００８６】
また、第２金属層６１を形成する際にＭＥＭＳ基板５０にアルミニウム（Ａｌ）膜を形成し、第３金属層６２を形成する際に上蓋３０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に示した接続配線７０を設けるようにしてもよい。
【００８７】
本実施形態では、接合部６０及び貫通孔ＴＨ１として図５に示す例を示したが、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し、貫通孔ＴＨ１は第１金属層８０以外の金属を含んでいてもよい。
【００８８】
（第１変形例）
図１４は、図５に示した接合部６０の周辺の第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の周辺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。
【００８９】
図１４に示すように、接合部６０Ａは、共晶層６５に加え、チタン（Ｔｉ）層６６を含んで構成される。チタン（Ｔｉ）層６６は、上蓋３０側から第３金属層６２にかけて連続して設けられている。
【００９０】
チタン（Ｔｉ）層６６の材料は、チタン（Ｔｉ）である。チタン（Ｔｉ）は、シリコン（Ｓｉ）や二酸化シリコン（ＳｉＯ２）との密着性が高い為、チタン（Ｔｉ）層６６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６０Ａが、共晶層６５と上蓋３０との間にチタン（Ｔｉ）層６６を含むことにより、接合部６０ＡとＭＥＭＳ基板５０との密着性を向上させる。従って、接合部６０Ａの接合強度及び共振装置１の気密性をさらに高めることができる。
【００９１】
また、貫通孔ＴＨ１に形成される第１金属層８０Ａは、第３金属層６２の材料と同じゲルマニウム（Ｇｅ）に加え、チタン（Ｔｉ）層６６のチタンを含んでいる。
【００９２】
第１変形例の製造方法では、図１２に示した工程Ｓ３０４において、貫通孔ＴＨ１を形成した上蓋３０に、第１金属層８０及び第３金属層６２に加え、チタン（Ｔｉ）層６６を形成する。
【００９３】
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、チタン（Ｔｉ）を積層して所定の位置にチタン（Ｔｉ）層６６を設ける。次に、チタン（Ｔｉ）層６６の上にゲルマニウム（Ｇｅ）を積層して第３金属層６２を形成する。また、チタン（Ｔｉ）層６６及び第３金属層６２をＹ軸の正方向に貫通孔ＴＨ１まで延在させて設けることで、貫通孔ＴＨ１の開口の一部を覆う第１金属層８０Ａを形成する。これにより、第１金属層８０Ａ、第３金属層６２、及びチタン（Ｔｉ）層６６が同一プロセスで形成される。
【００９４】
（第２変形例）
図１５は、図５に示した接合部６０の周辺の第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の周辺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。
【００９５】
図１５に示すように、接合部６０Ｂの端部（図１５における右端部）は、貫通孔ＴＨ１の側面から距離Ｄ１を空けて配置されている。より詳細には、図５に示した接合部６０では、第２金属層６１の端部は、貫通孔ＴＨ１の側面との距離がゼロ又は略ゼロであるのに対し、接合部６０Ｂでは、第２金属層６１の端部は、貫通孔ＴＨ１の側面との間に距離Ｄ１を有している。距離Ｄ１は、例えば第３金属層６２及び第１金属層８０のＹ軸に沿った長さ（幅）が４０μｍから５０μｍであるときに、５μｍ程度である。このとき、第２金属層６１の厚さは７００ｎｍ程度、第３金属層６２の厚さは３８０ｎｍ程度、酸化ケイ素膜Ｌ３１の厚さは１μｍ程度である。
【００９６】
このように、接合部６０Ｂの端部（図１５における右端部）は、貫通孔ＴＨ１の側面から距離Ｄ１を空けて配置されることにより、距離Ｄ１を空けずに配置した場合と比較して、共晶接合時に、Ｓｉ基板Ｌ３のシリコン（Ｓｉ）が共晶層６５へ拡散するのを抑制することができる。従って、接合部６０Ｂの接合強度及び共振装置１の気密性をさらに高めることができる。
【００９７】
（第３変形例）
図１６は、図５に示した接合部６０の周辺の第３変形例を示す要部拡大断面図である。図１７は、第３変形例におけるＭＥＭＳ基板５０の表面を平面視したときの構成を概略的に示す平面図である。なお、第３変形例において、図５に示した接合部６０の周辺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。
【００９８】
図１６に示すように、接合部６０Ｃは、図５に示した接合部６０と同様に、第２金属層６１の第２金属と第３金属層６２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。一方、共振子１０の圧電薄膜Ｆ３の上に、寄生容量低減膜２４０に代えて酸化ケイ素膜Ｆ２２が形成されている。すなわち、図示しないＳｉ基板Ｆ２の上面に積層される圧電薄膜Ｆ３及び酸化ケイ素膜Ｆ２２が形成されている。酸化ケイ素膜Ｆ２２は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。このように、ＭＥＭＳ基板５０において、圧電薄膜Ｆ３の上に比誘電率の小さい酸化ケイ素膜Ｆ２２を含むことにより、圧電薄膜Ｆ３に含まれる金属層Ｅ１、Ｅ２とＳｉ基板Ｆ２との間に発生し得る寄生容量を低減することができる。
【００９９】
酸化ケイ素膜Ｆ２２は、圧電薄膜Ｆ３まで貫通する貫通孔ＴＨ２を含んでいる。貫通孔ＴＨ２には、その開口の一部を覆うように第４金属層９０が形成されている。なお、第４金属層９０は、貫通孔ＴＨ２の開口の全部を覆うように形成されていてもよい。
【０１００】
また、図１６に示す例では、第４金属層９０は、接合部６０Ｃの第２金属層６１と一体に形成されている。すなわち、第４金属層９０の材料は、第２金属層６１の材料と同じであり、一例ではアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属である。これにより、第４金属層９０を第２金属層６１と同一工程で形成することが可能になり、共振装置１の製造工程を簡素化することができる。
【０１０１】
図１７に示すように、貫通孔ＴＨ２は、例えば保持部１４０上に、共振子１０の振動部１２０を囲むように、ＭＥＭＳ基板５０の表面を平面視したときに環状の形状を有している。第２金属層６１も、保持部１４０上に振動部１２０の周囲に形成されており、貫通孔ＴＨ２の内周ＩＰ２を超え、当該内周ＩＰ２と貫通孔ＴＨ２の外周ＯＰ２との間まで延在している。なお、貫通孔ＴＨ２の外側には、酸化ケイ素膜Ｆ２２が形成されている。
【０１０２】
このように、ＭＥＭＳ基板５０において、上蓋３０に対向する面に積層された酸化ケイ素膜Ｆ２２が、共振子１０の振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、圧電薄膜Ｆ３まで貫通する貫通孔ＴＨ２を含み、当該貫通孔ＴＨ２が第４金属層９０を含むことにより、酸化ケイ素膜Ｆ２２を透過して振動空間に侵入し得る、原子半径の小さいヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、第４金属層９０で遮断することができる。従って、寄生容量を低減しつつ、ガス侵入による振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
【０１０３】
また、図１７に示すように、貫通孔ＴＨ２がＭＥＭＳ基板５０の表面を平面視したときに環状の形状を有することにより、貫通孔ＴＨ２の第４金属層９０によって、ヘリウム（Ｈｅ）等のガスの侵入をさらに抑制することができる。
【０１０４】
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、まず、用意したＭＥＭＳ基板５０の酸化ケイ素膜Ｆ２２に貫通孔ＴＨ２を形成する。そして、貫通孔ＴＨ２を形成したＭＥＭＳ基板５０において、第２金属層６１及び第４金属層９０を形成する。
【０１０５】
具体的には、酸化ケイ素膜Ｆ２２の所定の位置において、エッチング等によって酸化ケイ素膜Ｆ２２が除去され、圧電薄膜Ｆ３まで貫通する貫通孔ＴＨ２が形成される。また、図１７に示すように、貫通孔ＴＨ２は、酸化ケイ素膜Ｆ２２において、保持部１４０上、つまり、共振子１０の振動部１２０の周囲に形成される。貫通孔ＴＨ２の内周ＩＰ２及び外周ＯＰ２は、振動部１２０の外側に配置される。
【０１０６】
次に、ＭＥＭＳ基板５０（共振子１０）において、酸化ケイ素膜Ｆ２２の表面に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層し、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金属層６１を形成する。第２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。また、図１６に示すように、第２金属層６１をＹ軸の正方向に貫通孔ＴＨ２まで延在させて設けることで、貫通孔ＴＨ２の開口の一部を覆う第４金属層９０を形成する。これにより、第４金属層９０及び第２金属層６１が同一プロセスで形成される。
【０１０７】
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、上蓋のＭＥＭＳ基板に対向する面に形成された酸化ケイ素膜が、上蓋の裏面を平面視したときに共振子の振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、Ｓｉ基板の下面まで貫通する貫通孔を含み、当該貫通孔が第１金属層を含む。これにより、酸化ケイ素膜を透過して振動空間に侵入し得る、原子半径の小さいヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、第１金属層で遮断することができる。従って、ガス侵入による振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
【０１０８】
また、前述した共振装置において、第１金属層の材料は、第３金属層の材料と同じである。これにより、第１金属層を第３金属層と同一工程で形成することが可能になり、共振装置の製造工程を簡素化することができる。
【０１０９】
また、前述した共振装置において、第２金属層の第２金属がアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属であり、第３金属層の第３金属がゲルマニウム（Ｇｅ）である。これにより、上蓋とＭＥＭＳ基板とを共晶接合させる接合部を、容易に実現することができる。また、ＭＥＭＳ基板にアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２金属層が形成されるので、共振装置の製造工程において、例えば第２金属層を利用して共振子の導通検査を行うことができる。
【０１１０】
また、前述した共振装置において、第２金属層の第２金属がゲルマニウム（Ｇｅ）であり、第３金属層の第３金属がアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属である。この場合も同様に、上蓋とＭＥＭＳ基板とを共晶接合させる接合部を、容易に実現することができる。
【０１１１】
また、前述した共振装置において、第２金属層の第２金属がアルミニウム（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３金属層のゲルマニウム（Ｇｅ）と容易に共晶接合させることができるとともに、共振装置の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、ＭＥＭＳ基板が、圧電薄膜の上に比誘電率の小さい酸化ケイ素膜を含む。これにより、圧電薄膜に含まれる金属層とＳｉ基板との間に発生し得る寄生容量を低減することができる。また、ＭＥＭＳ基板において、上蓋に対向する面に積層された酸化ケイ素膜が、共振子の振動空間の周囲の少なくとも一部に形成され、圧電薄膜まで貫通する貫通孔を含み、当該貫通孔が第４金属層を含む。これにより、酸化ケイ素膜を透過して振動空間に侵入し得る、原子半径の小さいヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、第４金属層で遮断することができる。従って、寄生容量を低減しつつ、ガス侵入による振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
【０１１３】
また、前述した共振装置において、第４金属層の材料は、第２金属層の材料と同じである。これにより、第４金属層を第２金属層６１と同一工程で形成することが可能になり、共振装置の製造工程を簡素化することができる。
【０１１４】
また、前述した共振装置において、貫通孔がＭＥＭＳ基板の表面を平面視したときに環状の形状を有する。これにより、貫通孔の第４金属層によって、ヘリウム（Ｈｅ）等のガスの侵入をさらに抑制することができる。
【０１１５】
また、前述した共振装置において、上蓋の材料は、シリコン（Ｓｉ）であり、酸化ケイ素膜の材料は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。これにより、振動空間の真空度の低下を抑制する共振装置を容易に実現することができる。
【０１１６】
また、前述した共振装置において、接合部が、共晶層と上蓋との間にチタン（Ｔｉ）層６６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、接合部の接合強度及び共振装置の気密性をさらに高めることができる。
【０１１７】
また、前述した共振装置において、貫通孔が上蓋の裏面を平面視したときに環状の形状を有する。これにより、貫通孔に形成された第１金属層がヘリウム（Ｈｅ）等のガスの侵入をさらに抑制することができる。
【０１１８】
また、前述した共振装置において、接合部の端部が、貫通孔の側面から距離を空けて配置される。これにより、距離を空けずに配置した場合と比較して、共晶接合時に、Ｓｉ基板のシリコン（Ｓｉ）が共晶層へ拡散するのを抑制することができる。従って、接合部の接合強度及び共振装置１の気密性をさらに高めることができる。
【０１１９】
本発明の一実施形態に係る共振装置製造方法は、上蓋を用意する工程は、ＭＥＭＳ基板を平面視したときに、酸化ケイ素膜における共振子の振動空間の周囲の少なくとも一部に、Ｓｉ基板の下面まで貫通する貫通孔を形成することと、当該貫通孔に第１金属層を形成することとを含む。これにより、酸化ケイ素膜を透過して振動空間に侵入し得る、原子半径の小さいヘリウム（Ｈｅ）等のガスを、第１金属層で遮断することができる。従って、ガス侵入による振動空間の真空度の低下を抑制することができる。
【０１２０】
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】
【０１２１】
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、３２…底面、３３…側壁、３４…ゲッター層、５０…ＭＥＭＳ基板、６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…接合部、６１…第２金属層、６２…第３金属層、６５…共晶層、６６…チタン（Ｔｉ）層、７０…接続配線、７６Ａ，７６Ｂ…コンタクト電極、８０，８０Ａ…第１金属層、９０…第４金属層、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、１３５，１３５Ａ１３５Ｂ，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、Ｄ１…距離、Ｅ１，Ｅ２…金属層、Ｆ２…Ｓｉ基板、Ｆ３…圧電薄膜、Ｆ２１…酸化ケイ素層、Ｆ２２…酸化ケイ素膜、Ｇ…錘部、ＩＰ１，ＩＰ２…内周、Ｌ１…Ｓｉウエハ、Ｌ３…Ｓｉ基板、Ｌ２２…酸化ケイ素膜、Ｌ３１…酸化ケイ素膜、ＯＰ１，ＯＰ２…外周、Ｐ…仮想平面、Ｔ４…端子、ＴＨ１…貫通孔、ＴＨ２…貫通孔、Ｖ１，Ｖ２…ビア、Ｖ３…貫通電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年8月19日(2021.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
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２金属層６１を形成する。第２金属層６１は、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の振動空間の周囲に形成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
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２金属層６１が形成されたＭＥＭＳ基板５０と、工程Ｓ３０４において第１金属層８０及び第３金属層６２が形成された上蓋３０とを接合する（Ｓ３０５）。この工程Ｓ３０５は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする第２金属とゲルマニウム（Ｇｅ）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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
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。
【手続補正４】
【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】
次に、ＭＥＭＳ基板５０（共振子１０）において、酸化ケイ素膜Ｆ２２の表面に、例えばアルミニウム（Ａｌ）を積層し、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金属層６１を形成する。第２金属層６１は、ＭＥＭＳ基板５０を平面視したときに、共振子１０の振動空間の周囲に形成される。また、図１６に示すように、第２金属層６１をＹ軸の正方向に貫通孔ＴＨ２まで延在させて設けることで、貫通孔ＴＨ２の開口の一部を覆う第４金属層９０を形成する。これにより、第４金属層９０及び第２金属層６１が同一プロセスで形成される。
【国際調査報告】
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