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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen kapazitiven Drucksensor und
insbesondere einen kapazitiven Drucksensor, in dem aus geschmolzenen
Lötmittel
hergestellte Extraktionselektroden mit einer stationären Elektrode
und einer beweglichen Elektrode verbunden sind, die ein Kondensatorelement
bilden.
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In
einem herkömmlichen
kapazitiven Drucksensor haften ein dünner Wafer, der ein Diaphragma bildet,
und ein dicker Wafer mit einer Ausnehmung, um eine Basis zu bilden,
aneinander, und die Ausnehmung und das Diaphragma bilden eine Kondensatorkammer
für ein
Kondensatorelement. Elektroden, die das Kondensatorelement bilden,
sind in der Kondensatorkammer angeordnet, um einander gegenüber zu liegen.
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Wie
in 9 gezeigt, besteht ein herkömmlicher kapazitiver Drucksensor 101 aus
einem unteren Wafer 102, einem oberen Wafer 103,
Extraktionselektroden 104, einer stationären Elektrode 105,
einer beweglichen Elektrode 107, einer Referenzelektrode 109,
einem Feld 106 für
die stationäre
Elektrode 105 und Feldern 108 für die bewegliche
Elektrode 107 und die Referenzelektrode 109.
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Sowohl
der untere als auch der obere Wafer 102 und 103 sind
aus Saphir, Silizium, Glas oder Aluminium hergestellte Substrate.
Der untere Wafer 102 weist einen kreisförmig ausgesparten Kondensatorbildungsabschnitt 102a an
seinem zentralen Abschnitt mit Ausnahme der Peripherie und eine
Mehrzahl von Feldbildungsabschnitten 102b und 103b auf,
die sich vom äußerem Umfang
des Kondensatorbildungsabschnitts 102a nach außen erstrecken.
Der obere Wafer 103 ist mit der Peripherie des unteren Wafers 102 verbunden,
um den Kondensatorbildungsabschnitt 102a und die Feldbildungsabschnitte 102b und 103b zu
bedecken. Der obere Wafer 103 bildet ein Diaphragma, da
er ausreichend dünn
gebildet ist, so daß er
leicht entsprechend einer Änderung des äußeren Drucks
ausgelenkt bzw. gewölbt
werden kann.
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Wie
in 8 gezeigt, ist die kreisförmige bewegliche Elektrode 107 in
engem Kontakt mit dem zentralen Abschnitt an einer Oberfläche des
Diaphragmas gegenüber
dem Kondensatorbildungsabschnitt 102a befestigt, und die
C-förmige
Referenzelektrode 109 ist in engem Kontakt mit dem Rand
des Diaphragmas befestigt, um die bewegliche Elektrode 107 im
wesentlichen zu umgeben. Die kreisförmige stationäre Elektrode 105 ist
in engem Kontakt mit dem unteren Wafer 102 befestigt, um
der beweglichen Elektrode 107 und der Referenzelektrode
gegenüberzuliegen.
Die Elektroden 105, 107 und 109 sind
mit den Extraktionselektroden 104 verbunden, die sich durch
den unteren Wafer 102 erstrecken. Die bewegliche Elektrode 107 und
die Referenzelektrode 109 des oberen Wafers 103 und
die stationäre
Elektrode 105 des unteren Wafers 102 liegen einander durch
einen vorbestimmten Spalt gegenüber,
um ein Kondensatorelement zu bilden.
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In
dieser Anordnung wird die bewegliche Elektrode 107 entsprechend
der Änderung
des Abstands zwischen der beweglichen Elektrode 107 und der
stationären
Elektrode 105 verschoben, wenn ein Diaphragma 103 durch
eine Druckänderung
ausgelenkt wird. Eine Änderung
der Kapazität
zwischen der stationären
Elektrode 105 und der beweglichen Elektrode 107 wird
elektrisch erkannt, um die Druckänderung
indirekt zu messen. Die Referenzelektrode 109 wird verwendet,
um die zwischen der stationären Elektrode 105 und
der beweglichen Elektrode 107 erkannte Kapazität zu korrigieren.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen kapazitiven Drucksensors
wird kurz beschrieben. Die unteren und oberen Wafer 102 und 103 werden
durch Verarbeitung eines aus Saphir oder dergleichen hergestellten
Substrats hergestellt. Durchgangslöcher 110 zum Bilden
der Extraktionselektroden 104 sind im unteren Wafer 102 durch
maschinelle Bearbeitung, einen Laserprozeß, einen Ultraschallprozeß oder dergleichen
gebildet. Eine Ausnehmung für
den Kondensatorbildungsabschnitt 102a wird in der Oberfläche des
unteren Wafers 102 durch Trockenätzen gebildet.
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Ein
Metallfilm wird durch Dampfablagerung, Ionenplattieren, Sputtern
oder dergleichen in der Ausnehmung gebildet und selektiv geätzt, um
die stationäre
Elektrode 105 zu bilden. Die stationäre Elektrode 105 wird
aus einem Pt-/Adhäsionspromoterfilm gebildet.
Um den Adhäsionspromoterfilm
zu bilden, werden Ti, V, Cr, Nb, Zr, Hf, Ta oder dergleichen verwendet.
Offensichtlich kann das Ätzen
auch nicht durchgeführt
werden, und Sputtern oder dergleichen kann durch eine Schattenmaske
durchgeführt
werden.
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Im
oberen Wafer 103 wird ein Metallfilm durch Sputtern oder
dergleichen auf einem aus Saphir oder dergleichen hergestellten
Substrat gebildet und selektiv geätzt, um die bewegliche Elektrode 107,
Referenzelektrode 109 und Felder 106 und 108 zu
bilden. Das Feld 106 wird aus einem Au-/Barrierefilm/Adhäsionspromoterfilm
gebildet. Zum Beispiel wird Pt verwendet, um den Barrierefilm zu
bilden, und Nb wird verwendet, um den Adhäsionspromoterfilm zu bilden.
Offensichtlich kann zum Bilden der Elektroden Sputtern durch eine
Schattenmaske durchgeführt
werden, anstatt den Metallfilm zum Bilden der Elektroden zu ätzen.
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Danach
wird der obere Wafer 103 mit dem unteren Wafer 102 verbunden,
und der obere und untere Wafer 103 und 102 werden
in einer Atmosphäre mit
einer Temperaturbedingung von 400°C
bis 1.300°C
direkt miteinander verbunden. Nach dem Verbinden wird geschmolzenes
Lötmittel 104a wie z.B.
Sn-Ag-Lötmittel
in die Durchgangslöcher 110 im unteren
Wafer 102 gefüllt,
um die Extraktionselektroden 104 zu bilden. Wenn die unteren
und oberen Wafer 102 und 103 im voraus so positioniert
werden, daß die
Durchgangslöcher 110 und
die Felder 106 und 108 einander gegenüberliegen,
befestigt sich das in die Durchgangslöcher 110 gefüllte geschmolzene
Lötmittel 104a an
den Feldern 106 und 108, um eine verläßliche elektrische
Querverbindung zu erzeugen.
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Der
oben beschriebene herkömmliche Drucksensor
weist mehrere Probleme auf. Genauer befinden sich im oberen Wafer 103,
der das Diaphragma darstellt, die Oberfläche, wo die bewegliche Elektrode 107 und
die Referenzelektrode 109 gebildet werden sollen, und die
Oberfläche,
die mit dem unteren Wafer 102 verbunden werden soll, auf
der gleichen Ebene. Wenn eine fehlerhafte Elektrodenbildung oder
eine Waferfehlausrichtung auftritt, kann eine fehlausgerichtete
Elektrode das Verbinden der Wafer stören.
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Wenn
die unteren und oberen Wafer aus dem gleichen Material (z.B. Saphir)
hergestellt werden, sind sie im allgemeinen oft durch direktes Verbinden
miteinander verbunden. Da direktes Verbinden Ebenheit und geringe
Oberflächenrauhigkeit
in den Verbindungsoberflächen
erfordert, senkt eine fehlausgerichtete Elektrode deutlich die Bindungsstärke der
Wafer. Aus diesem Grund müssen
Elektroden und Bleiabschnitte, die an ihnen befestigt sind, herkömmlicherweise
ausreichend von den verbundenen Abschnitten der Wafer entfernt sein.
Dies erfordert zusätzlichen
Raum, der das Verkleinern des Sensors stört.
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Wenn
die Extraktionselektroden 104 gebildet werden, kann das
geschmolzene Lötmittel 104a durch
Querverbindungen in die Kondensatorkammer fließen und die Elektroden miteinander
kurzschließen.
Um dies zu vermeiden, ist, wie in 9 gezeigt, herkömmlicherweise
eine Stufe γ gebildet,
um den Abstand zwischen den Feldern 106 und 108 und
den Öffnungen
der Durchgangslöcher 110 zu
verkürzen, so
daß die
ausfließende
Menge des Lötmittels
niedrig gehalten wird. Mit einer solchen scharfen Stufe γ wird es
jedoch schwierig, in einem Bereich 6 während des Sputterns oder dergleichen
einen Metallfilm zu bilden, was eine fehlerhafte Querverbindungsbildung verursacht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven Drucksensor
bereitzustellen, in dem abhängig
vom Material einer fehlausgerichteten Elektrode vermieden werden
kann, daß fehlerhaftes Verbinden
verursacht wird, wenn Basiselemente, die jeweils Elektroden aufweisen,
miteinander verbunden werden.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen kapazitiven
Drucksensor bereitzustellen, in dem verhindert werden kann, daß geschmolzenes
Lötmittel,
das Extraktionselektroden bildet, in eine Kondensatorkammer fließt.
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Um
die obigen Ziele zu erreichen, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein kapazitiver Drucksensor vorgesehen, umfassend ein erstes Basiselement mit
einer ersten Hauptausnehmung und einer ersten Unterausnehmung, die
mit der ersten Hauptausnehmung in Querverbindung steht, ein zweites
Basiselement mit einer zweiten Hauptausnehmung, die zusammen mit
der ersten Hauptausnehmung eine Kondensatorkammer bildet, und einer
zweiten Unterausnehmung, die mit der zweiten Hauptausnehmung in Querverbindung
steht, wobei die zweite Hauptausnehmung eine Bodenfläche aufweist,
die ein Diaphragma bildet, eine stationäre Elektrode, die auf einer
Bodenfläche
der ersten Hauptausnehmung gebildet ist, ein erstes Feld, das auf
einer Bodenfläche
der ersten Unterausnehmung gebildet und durch eine erste Querverbindung
mit der stationären
Elektrode verbunden ist, eine bewegliche Elektrode, die auf einer
Bodenfläche
der zweiten Hauptausnehmung gebildet ist, um der stationären Elektrode
gegenüberzuliegen,
ein zweites Kontaktfeld, das in der zweiten Unterausnehmung gebildet
und durch eine zweite Querverbindung mit der beweglichen Elektrode
verbunden ist, und eine Mehrzahl Extraktionselektroden, die mit
den ersten und zweiten Feldern verbunden sind und außerhalb
durch Durchgangslöcher,
die im ersten Basiselement gebildet sind, extrahiert sind, wobei
die ersten und zweiten Basiselemente solchermaßen miteinander verbunden sind,
daß die
ersten und zweiten Unterausnehmungen mit Querverbindungsflächen der
zweiten und ersten Basiselemente bedeckt sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht auf einen kapazitiven Drucksensor gemäß der ersten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, in der ein oberer Wafer weggelassen ist;
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2 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie II-II' der 1;
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3A ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf einen Bereich α der 1,
und 3B ist eine Schnittansicht der 3A;
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4A ist
eine Draufsicht, die einen Bereich β der 1 zeigt,
und 4B ist eine Schnittansicht der 4A;
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5A ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf einen in 1 gezeigten Feldbildungsabschnitt,
und 5B ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Feldbildungsabschnitt
zum Erläutern
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine Draufsicht auf einen kapazitiven Drucksensor gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der der obere Wafer weggelassen ist;
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7 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII' der 6;
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8 ist
eine Draufsicht auf einen herkömmlichen
kapazitiven Drucksensor; und
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9 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX' der 9.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 und 2 zeigen
einen kapazitiven Drucksensor gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt,
umfaßt
ein kapazitiver Drucksensor 1 gemäß dieser Ausführungsform
einen unteren Wafer 2, einen oberen Wafer 3, Extraktionselektroden 4,
eine stationäre Elektrode 5,
eine bewegliche Elektrode 7, eine Referenzelektrode 9,
zwei Felder 6 für
die stationäre
Elektrode 5, den Feldern 6 gegenüberliegenden
Gegenfelder 6a, Felder 8 für die bewegliche Elektrode 7 und die
Referenzelektrode 9 und den Feldern 8 gegenüberliegende
Gegenfeldern 8a. Wie in 1 gezeigt, sind
die Felder 6 durch Querverbindungen 5a mit der stationären Elektrode 5 verbunden,
und die Felder 8 sind durch Querverbindungen 7a und 9a mit
der beweglichen Elektrode 7 bzw. der Referenzelektrode 9 verbunden.
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Sowohl
der untere als auch der obere Wafer 2 und 3 sind
aus Saphir, Silizium, Glas oder Aluminium hergestellte Substrate.
Der untere Wafer 2 weist einen kreisförmigen zurückgesetzten, an seinem zentralen
Abschnitt gebildeten Kondensatorbildungsabschnitt 2a und
satellitenartige kleine kreisförmige zurückgesetzte
Feldbildungsabschnitte 2b auf, die mit dem Kondensatorbildungsabschnitt 2a kommunizieren.
Die ringartigen Felder 6 für die stationäre Elektrode 5 sind
an der Bodenfläche
des unteren Wafers 2 gebildet, der die Feldbildungsabschnitte 2b bildet,
um die Öffnungen
der Durchgangslöcher 10 zu umgeben.
Um mit den Feldbildungsabschnitten 2b zu korrespondieren,
sind die Gegenfelder 6a an der unteren Fläche der
Peripherie des oberen Wafers 3 gebildet, um den Feldern 6 gegenüberzuliegen.
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Der
obere Wafer 3 weist einen kreisförmigen zurückgesetzten Kondensatorbildungsabschnitt 3a auf,
der an seinem zentralen Abschnitt gebildet ist, und eine Mehrzahl
satellitenartige kleine kreisförmige zurückgesetzte
Feldbildungsabschnitte 3b, die mit dem Kondensatorbildungsabschnitt 3a korrespondieren.
Die Felder 8 für
die bewegliche Elektrode 7 und die Referenzelektrode 9 sind
an der oberen Fläche des
oberen Wafers 3 gebildet, der die Feldbildungsabschnitte 3b ausmacht.
Um mit den Feldbildungsabschnitten 3b zu korrespondieren,
sind die ringartigen Gegenfelder 8a an der oberen Fläche der
Peripherie des unteren Wafers 2 gebildet, um die Öffnungen
der Durchgangslöcher 10 zu
umgeben, um den Feldern 8 gegenüberzuliegen.
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Die
Bodenfläche
des Kondensatorbildungsabschnitts 3a des oberen Wafers 3 bildet
ein Diaphragma, da sie ausreichend dünn gebildet ist, so daß sie leicht
in Übereinstimmung
mit einer Änderung
des äußeren Drucks
ausgelenkt werden kann. Die oberen und unteren Wafer 3 und 2 sind
an ihren Peripherien miteinander verbunden, um eine aus den Kondensatorbildungsabschnitten 2a und 3a bestehende
Kondensatorkammer abzudichten. In diesem Fall liegen die Kondensatorbildungsabschnitte 2a und 3a einander
nicht gegenüber,
die Feld bildungsabschnitte 3a sind mit der oberen Fläche der
Peripherie des unteren Wafers 2 bedeckt, und die Feldbildungsabschnitte 2b sind
mit der unteren Fläche
der Peripherie des oberen Wafers 3 bedeckt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die kreisförmige bewegliche Elektrode 7 in
engem Kontakt mit dem zentralen Abschnitt des Diaphragmas (der Bodenfläche des
oberen Wafers 3), der den Kondensatorbildungsabschnitt 2a ausmacht,
befestigt, und die C-förmige Referenzelektrode 9 ist
in engem Kontakt mit dem Rand des Diaphragmas befestigt, um die
bewegliche Elektrode 7 im wesentlichen zu umgeben. Die
kreisförmige
stationäre
Elektrode 5 ist in engem Kontakt mit dem unteren Wafer 2 befestigt,
um der beweglichen Elektrode 7 und der Referenzelektrode 9 gegenüberzuliegen.
Die Elektroden 5, 7 und 9 sind mit den
Extraktionselektroden 4 verbunden, die sich durch den unteren
Wafer 2 erstrecken, wie später beschrieben wird.
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Wie
oben beschrieben, bilden der Kondensatorbildungsabschnitt 3a des
oberen Wafers 3 und der Kondensatorbildungsabschnitt 2a des
unteren Wafers 2 die Kondensatorkammer. In der Kondensatorkammer
liegen die bewegliche Elektrode 7 und die Referenzelektrode 9 des
oberen Wafers 3 und die stationäre Elektrode 5 des
unteren Wafers 2 einander durch einen vorbestimmten Spalt
gegenüber,
um ein Kondensatorelement zu bilden.
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In
dieser Anordnung wird die bewegliche Elektrode 7 gemäß der Änderung
des Abstands zwischen der beweglichen Elektrode 7 und der
stationären
Elektrode 5 verschoben, wenn das Diaphragma durch eine
Druckänderung
ausgelenkt wird. Daher wird eine Änderung der Kapazität zwischen
der stationären
Elektrode 5 und der beweglichen Elektrode 7 elektrisch
erkannt, um die Druckänderung
indirekt zu messen. Die Referenzelektrode 9 wird verwendet, um
die zwischen der stationären
Elektrode 5 und der beweglichen Elektrode 7 erkannte
Kapazität
zu korrigieren.
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Die
Feldbildungsabschnitte 2b werden detailliert mit Bezug
auf 3A, 3B und 5A beschrieben.
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Wie
in 3A und 5A gezeigt,
weist jeder Feldbildungsabschnitt 2b eine Lötmittelausflußverhinderungswand 2c auf,
um einen Bypass für
geschmolzenes Lötmittel 4a zu
bilden. Genauer sind das Feld 6 und das Gegenfeld 6a mit
Durchmessern kleiner als der des Feldbildungsabschnitts 2b am zentralen
Abschnitt des Feldbildungsabschnitts 2b angeordnet, der
im unteren Wafer 2 gebildet ist, um einander gegenüberzuliegen.
Die C-förmige
Lötmittelausflußverhinderungswand 2c steht
vom unteren Wafer 2 vor, um das Feld 6 und das
Gegenfeld 6a zu umgeben. Die Lötmittelausflußverhinderungswand 2c weist
eine Nut (Öffnung)
an einer Seite auf, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der
sich die Querverbindung 5a zur Elektrode 5 hin
erstreckt.
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Ein
Teil der Querverbindung 5a bildet eine ringartige Form
auf der Bodenfläche
(unterer Wafer 2) des Feldbildungsabschnitts 2b,
um die Lötmittelausflußverhinderungswand 2c weiter
zu umgeben. Ein Ende der ringartigen Form der Querverbindung 5a ist
durch die Nut der Lötmittelausflußverhinderungswand 2c mit
dein Feld 6 verbunden, und das andere Ende ist durch die
Querverbindungsabschnitte des Kondensatorbildungsabschnitts 2a und
des Feldbildungsabschnitts 2b mit der Elektrode 5 verbunden.
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Im
Feldbildungsabschnitt 2b mit der obigen Anordnung fließt das geschmolzene
Lötmittel 4a,
das durch das Durchgangsloch 10 im unteren Wafer 2 in den
Abschnitt zwischen dem Feld 6 und dem Gegenfeld 6a fließt, entlang
der ringartigen Querverbindung 5a in den Feldbildungsabschnitt 2b.
Da das geschmolzene Lötmittel 4a entlang
dem Bypass fließt, die
zwischen der Lötmittelausflußverhinderungswand 2c und
der Wandoberfläche
des Feldbildungsabschnitts 2b gebildet ist, wird das Einfließen des
geschmolzenen Lötmittels 4a in
den Kondensatorbildungsabschnitt 2a verhindert.
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Weil
das Durchgangsloch 10 mit einer sich verjüngenden
Form gebildet ist, so daß seine
Seite des Feldbildungsabschnitts 2b schmal ist, und weil die Öffnung an
ihrem distalen Ende einen Durchmesser aufweist, der etwas kleiner
als die der Felder 6 und 6a ist, wird das Einfließen des überschüssigen geschmolzenen
Lötmittels 4a in
andere Abschnitte als die Felder 6 und 6a weiter
verhindert.
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Die
Feldbildungsabschnitte 3b werden detailliert mit Bezug
auf 4A und 4B beschrieben.
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Wie
in 4a gezeigt, weist jeder Feldbildungsabschnitt 3b eine
Lötmittelausflußverhinderungswand 3c auf,
um einen Bypass für
das geschmolzene Lötmittel 4a zu
bilden. Genauer sind das Feld 8 und das Gegenfeld 8a mit
Durchmessern, die kleiner sind als der des Feldbildungsabschnitts 3b,
im Feldbildungsabschnitt 3b angeordnet, der im oberen Wafer 3 gebildet
ist, um einander gegenüberzuliegen.
Die C-förmige
Lötmittelausflußverhinderungswand 3c steht
vom oberen Wafer 3 vor, um das Feld 8 und das
Gegenfeld 8a zu umgeben. Ein Teil der Querverbindung 7a bildet
eine ringartige Form an der Bodenfläche (oberer Wafer 3)
des Feldbildungsabschnitts 3b, um die Lötmittelausflußverhinderungswand 3c weiter
zu umgeben. Ein Ende der ringartigen Form der Querverbindung 7a ist
durch die Nut der Lötmittelausflußverhinderungswand 3c mit
dem Feld 8 verbunden, und das andere Ende ist durch die Querverbindungsabschnitte
des Kondensatorbildungsabschnitts 3a und den Feldbildungsabschnitt 3b mit
der Elektrode 7 verbunden.
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Im
Feldbildungsabschnitt 3b mit der obigen Anordnung fließt das geschmolzene
Lötmittel 4a,
das durch das Durchgangsloch 10 im unteren Wafer 2 in den
Abschnitt zwischen dem Feld 8 und dem Gegenfeld 8a fließt, entlang
der Querverbindung 7a in den Feldbildungsabschnitt 3b.
Da das geschmolzene Lötmittel 4a entlang
dem Bypass fließt,
die zwischen der Lötmittelausflußverhinderungswand 3c und
der Wandoberfläche
des Feldbildungsabschnitts 3b gebildet ist, wird das Einfließen des
geschmolzenen Lötmittels 4a in
den Kondensatorbildungsabschnitt 3a verhindert.
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Weil
das Durchgangsloch 10 mit einer sich verjüngenden
Form gebildet ist, so daß die
Seite seines Feldbildungsabschnitts 3b schmal ist, und
weil die Öffnung
an ihrem distalen Ende einen Durchmesser aufweist, der etwas kleiner
als die der Felder 8 und 8a ist, wird das Einfließen des überschüssigen geschmolzenen
Lötmittels 4a in
andere Abschnitte als die Felder 8 und 8a weiter
verhindert. Der Feldbildungsabschnitt 3b, der mit der Elektrode 9 und
der Querverbindung 9a korrespondiert, weist ebenfalls die
gleiche Struktur auf, und entsprechend unterbleibt seine Beschreibung.
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Es
wird nun ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen kapazitiven
Drucksensor beschrieben.
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Die
unteren und oberen Wafer 2 und 3 werden durch
Verarbeitung eines aus Saphir oder dergleichen hergestellten Substrats
vorbereitet. Genauer werden die Durchgangslöcher 10 zum Bilden
der Extraktionselektroden 4 im unteren Wafer 2 durch maschinelle
Bearbeitung, einen Laserprozeß,
einen Ultraschallprozeß oder
dergleichen gebildet. Der Oberflächenbereich
des unteren Wafers 2 wird durch Trockenätzen entfernt, und Ausnehmungen für den Kondensatorbildungsabschnitt 2a und
die Feldbildungsabschnitte 2b werden im unteren Wafer 2 gebildet.
An den Bodenflächen
der Ausnehmungen werden Metallfilme durch Dampfablagerung, Ionenplattieren,
Sputtern oder dergleichen gebildet und selektiv geätzt, um
die stationäre
Elektrode 5, die Querverbindungen 5a und die Felder 6 zu
bilden. Gleichzeitig werden die Gegenfelder 8a um den unteren Wafer 2 gebildet,
um mit den Feldbildungsabschnitten 3b zu korrespondieren.
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Im
oberen Wafer 3 werden Ausnehmungen für den Kondensatorbildungsabschnitt 3a und
die Feldbildungsabschnitte 3b durch Trockenätzen in
einem aus Saphir oder dergleichen hergestellten Substrat gebildet.
An den Bodenflächen
der Ausnehmungen werden Metallfilme durch Sputtern oder dergleichen
gebildet und geätzt,
um die bewegliche Elektrode 7, die Referenzelektrode 9,
die Querverbindungen 7a und 9a und das Feld 8 zu
bilden. Gleichzeitig werden die Gegenfelder 6a an der Peripherie
des oberen Wafers 3 gebildet, um mit den Feldbildungsabschnitten 2b zu
korrespondieren.
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Die
Elektroden 5, 7 und 9 und die Querverbindungen 5a, 7a und 9a werden
aus Pt-/Adhäsionspromoterfilmen
gebildet. Es werden zum Beispiel Ti, V, Cr, Nb, Zr, Hf Ta oder dergleichen
verwendet, um die Adhäsionspromoterfilme
zu bilden. Die Hilfsfelder 6, 8 und 8a werden
aus Au-/Barrierefilm/Adhäsionspromoterfilmen
gebildet. Es wird zum Beispiel Pt verwendet, um Barrierefilme zu
bilden, und Nb wird verwendet, um die Adhäsionspromoterfilme zu bilden.
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Danach
werden die oberen und unteren Wafer 2 und 3 miteinander
zusammengefügt
und in einer Atmosphäre
mit einer Temperaturbedingung von 400°C bis 1.300°C direkt miteinander verbunden.
Die resultierende Struktur wird solchermaßen gesetzt, daß sich der
untere Wafer 2 an der oberen Seite befindet, und das geschmolzene
Lötmittel 4a wird
in die Durchgangslöcher 10 gefüllt, wodurch
die mit den Feldern 6 und 8 verbundenen Extraktionselektroden 4 gebildet
werden.
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In
den unteren und oberen Wafern 2 und 3 kann ein
Sputtern durch Schattenmasken durchgeführt werden, um die Elektroden,
Querverbindungen und Felder zu bilden, anstatt Metallfilme zu bilden und
danach zu ätzen.
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In
dieser Anordnung kann verhindert werden, daß sich geschmolzenes Lötmittel 4a an
die Feldern 6 und 6a und 8a und 8a bindet,
um in die Kondensatorkammer zu fließen, wenn die unteren und oberen
Wafer 2 und 3 so positioniert werden, daß die Öffnungen
der Durchgangslöcher 10 und
die Gegenfelder 6a und Felder 6 einander gegenüberliegen. Wie
in 3A und 3B und 4A und 4B gezeigt,
verhindern die durch die Lötmittelverhinderungswände 2b und 3b gebildeten
Bypasse, daß das geschmolzene
Lötmittel 4a in
die Kondensatorkammer fließt.
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Die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 5B beschrieben.
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In
der ersten Ausführungsform
ist die C-förmige
Lötmittelausflußverhinderungswand 2c so
gebildet, daß sie
eine Nut aufweist, die sich in einer Richtung erstreckt, die der
Richtung, in der sich die Querverbindung 5a zur Kondensatorkammer
(Elektrode 5) hin erstreckt, entgegengesetzt ist (Richtung von
180°), wodurch
der Bypass für
das geschmolzene Lötmittel 4a gebildet
wird, wie oben beschrieben wurde. Abhängig vom Layout der Lötmittelausflußverhinderungswand 2c,
die den Bypass bildet, kann das Ausfließen des Lötmittels effektiver verhindert werden.
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Wie
in 5B gezeigt, ist die Lötmittelausflußverhinderungswand 2c genauer
in Form eines Fragezeichens gebildet, und ihr eines Ende ist mit der
Wandoberfläche
des unteren Wafers 2 verbunden, so daß die Länge des Bypasses bedeutend
vergrößert werden
kann. Zu dieser Zeit wird die Länge des
Bypasses 1,5 mal größer als
die der ersten Ausführungsform,
wenn die Nut der Lötmittelausflußverhinderungswand 2c sich
in einer Richtung erstreckt, die einen Winkel von 90° mit der
Kondensatorkammer bildet und sich die Querverbindung 5a entlang
einem Bogen erstreckt, der den verbleibenden 270° entspricht. In diesem Fall
reicht es aus, wenn die Richtung der Nut der Lötmittelausflußverhinderungswand 2c einen
Winkel von 0° bis
180° bezogen
auf die Erstreckungsrichtung der Querverbindung 5a zur Elektrode 5 hin
bildet.
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Die
dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben.
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In
der dritten Ausführungsform
sind zusätzlich
zur Struktur der ersten Ausführungsform
die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 an den
Querverbindungsabschnitten der Feldbildungsabschnitte 2b und 3b und
der Kondensatorbildungsabschnitte 2a und 3a gebildet,
wie in 6 gezeigt. Der Lötmittelausflußverhinderungsvorsprung 10 steht
vom oberen Wafer 3 vor, und sein distales Ende kommt in
Kontakt mit der Querverbindung 5a des unteren Wafers 2,
um den Ausflußpfad
zu schließen. Die
Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 11 stehen
vom unteren Wafer 2 vor, und ihre distalen Enden kommen
in Kontakt mit den Querverbindungen 7a und 9a des
oberen Wafers 3, um den Ausflußpfad zu schließen.
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Wenn
die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 gebildet
sind, wird auf diese Weise verläßlich verhindert,
daß geschmolzenes
Lötmittel 4a in
die Kondensatorbildungsabschnitte 2a und 3a fließt, selbst
wenn es aus den Feldbildungsabschnitten 2b und 3b ausfließt. Das
Ausfließen
des geschmolzenen Lötmittels 4a kann
insbesondere dann effektiv verhindert werden, wenn die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 aus
einem Material mit schlechterer Lötmittelbenetzbarkeit als die
der Querverbindungen gebildet ist.
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In
der obigen Ausführungsform
unterbrechen die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 den
Lötmittelfluß nur an
den Querverbindungen 5a, 7 und 9a. Wahlweise
können
die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 die
Feldbildungsabschnitte 2b und 3b und Kondensatorbildungsabschnitte 2a und 3a voneinander
vollständig trennen.
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In
den obigen Ausführungsformen
sind die Lötmittelausflußverhinderungswände 2c und 3c und die
Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge 10 und 11 integral
mit dem oberen oder unteren Wafer 3 oder 2 gebildet.
Wahlweise können
getrennte Elemente angebracht sein, um als Lötmittelausflußverhinderungswände oder
-vorsprünge
zu dienen.
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Da
die stationären
und beweglichen Elektroden in Ausnehmungen montiert sind, die in
den ersten und zweiten Basiselementen gebildet sind, sind gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie oben beschrieben wurde, Elektroden nicht leicht zu
den Verbindungsoberflächen
der ersten und zweiten Basiselemente freigelegt. Daher tritt ein
fehlerhaftes Verbinden der ersten und zweiten Basiselemente nicht leicht
auf. Anders als im herkömmlichen
Fall ist kein zusätzlicher
Raum erforderlich, um die Verbindungsabschnitte der Basiselemente
und die Elektrodenbildungsabschnitte ausreichend voneinander zu
trennen, wodurch ein Verkleinern des Sensors realisiert wird.
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Da
die Ausnehmungen der jeweiligen Basiselemente nicht überlappen,
kann der Abstand zwischen den Öffnungen
der Durchgangslöcher
für die Extraktionselektroden
und den am gegenüberliegenden
Basiselement gebildeten Feldern verringert werden, und das geschmolzene
Lötmittel
fließt
entsprechend nicht leicht aus. Insbesondere wird, wenn die Lötmittelausflußverhinderungswände den
Bypass für das
geschmolzene Lötmittel
bilden, das Einfließen des
Lötmittels
in die Kondensatorkammer niedrig gehalten, um ein Kurzschließen der
Elektroden zu verhindern.
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Wenn
die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge gebildet
sind, kann das Einfließen
des geschmolzenen Lötmittels
in die Kondensatorkammer verläßlich verhindert
werden. Wenn die Lötmittelausflußverhinderungsvorsprünge aus
einem Material mit schlechterer Lötmittelbenetzbarkeit als die
der Elektroden hergestellt sind, kann das Einfließen des
Lötmittels
effektiver verhindert werden.