JP2007071565A - 静電容量型圧力センサ及び静電容量型圧力センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極の接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサを提供する。
【解決手段】 凹部２ａと配線引出溝７が一面２ｂ側に設けられたガラス基体２と、凹部２ａ内に配置された固定電極３と、固定電極３に接続される引出電極８と、固定電極３と対向するようにガラス基体２の一面２ｂ側に配置されたダイヤフラム基板４と、配線引出溝７を埋めてダイヤフラム基板４とともに凹部２ａを密閉する封止材５とを具備してなり、封止材５にはそのダイヤフラム基板４側にＡｕ接合材５ａが備えられ、Ａｕ接合材５ａとダイヤフラム基板４との境界にＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａが形成され、ダイヤフラム基板４とガラス基体２の一面２ｂとの境界には、凹部２ａを囲む陽極接合部６ｂが形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ１を採用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関するものであり、特に、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されてなる静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関するものである。

従来、２枚の基板を接合し、両基板にそれぞれ設けた電極間の静電容量の変化として物理量を検知する静電容量型センサが知られており、下記特許文献１には、シリコン基板の接合面に引き出し部を凹設し、いずれか任意の基板に設けた電極を外部に引き出すためのポリシリコンからなる引き出し線を引き出し部内に配設し、引き出し線と引き出し部内面との隙間に絶縁膜を隙間なく設けて引き出し部を封止した静電容量型センサが開示されている。
特開平７−２８０６８４号公報

ところで、特許文献１に記載の静電容量型センサにおけるシリコン基板には、ダイヤフラム側の可動電極が設けられているために、ダイヤフラム側の電位が印加されている。一方、引き出し線には、固定電極が接続されているために固定電極側の電位が印加されている。このため、引き出し線と引き出し部内面との隙間に設けられた絶縁膜には、ダイヤフラム側の電位と固定電極側の電位とによる電位差が生じており、この電位差によって寄生容量が生じている。特許文献１における絶縁膜は、引き出し部のみならず引き出し部に連続する接続空間にも設けられているため、その形成面積が比較的大きくなっており、このため寄生容量が大きくなっている。このように、特許文献１に記載の静電容量型センサにおいては、その回路内に寄生容量が存在するために、センサの感度が低下してしまうといった問題があった。

また、特許文献１における絶縁膜は、引き出し部側面及び引き出し線を熱酸化処理することによりＳｉＯ_２を成長させ、この成長させたＳｉＯ_２を絶縁膜としているので、ＳｉＯ_２の成長が不十分の場合に絶縁膜中に隙間が生じたり、またＳｉＯ_２の成長が完全だったとしても絶縁膜内部にピンホール等が発生する虞があり、この絶縁膜による封止が不完全になる虞があった。
更に、固定電極と引き出し線との間の接続が単なる圧接状態であるため、固定電極と引き出し線との接続の信頼性が低いという問題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の空間が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極の接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の静電容量型圧力センサは、凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝が一面側に設けられたガラス基体と、前記凹部内に配置された固定電極と、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側に配置されたＳｉからなるダイヤフラム基板と、前記配線引出溝を埋めて前記ダイヤフラム基板とともに前記凹部を密閉する封止材と、を具備してなり、前記封止材にはその前記ダイヤフラム基板側にＡｕ接合材が備えられ、このＡｕ接合材と前記ダイヤフラム基板との境界にＳｉ・Ａｕ共晶接合部が形成され、前記ダイヤフラム基板と前記ガラス基体の前記一面との境界には、前記凹部を囲む陽極接合部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記封止材が、前記配線引出溝内に形成された絶縁材料からなる封止材本体と、前記封止材本体の上に形成された前記Ａｕ接合材とから構成され、前記封止材本体には、前記ダイヤフラム基板側に向けて突出する一対の堰止部が設けられ、この一対の堰止部の間に前記Ａｕ接合材が備えられていることが好ましい。また、一対の堰止部の間の容積に対するＡｕ接合材の体積は９０％以下であることが好ましい。
更に、本発明の静電容量型圧力センサにおいては、前記封止材が、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填され、前記引出電極の前記他端が前記固定電極の端子電極とされていることが好ましい。

本発明の静電容量型圧力センサにおいては、封止材が配線引出溝に充填されていることによって、凹部がガラス基体及び封止材によって囲まれた状態とされる。またダイヤフラム基板とガラス基体との間に凹部を囲む陽極接合部が設けられることにより、ダイヤフラム基板とガラス基体とが接合される。更に、封止材に備えられたＡｕ接合材とダイヤフラム基板との間に共Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部が設けられることにより、封止材とダイヤフラム基板とが接合される。このように、陽極接合部とＳｉ・Ａｕ共晶接合部が設けられることによって、ガラス基体に設けられた凹部を完全に密閉させることができる。
また、封止材は、前記配線引出溝を埋めるように設けられており、従来のように基板の表面においてＳｉＯ_２絶縁膜を成長させるのではないので、ピンホール生成等の不具合が発生する虞がなく、凹部を完全に密閉させることが可能になる。
更に封止材が、引出電極とダイヤフラム基板との間に挟まれた状態になるため、この封止材に寄生容量が蓄積されるが、封止材の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、静電容量センサの感度が低下することがない。

次に、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、ガラス基体の一面に凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝を設け、前記凹部に固定電極を形成すると共に、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極を形成する基体形成工程と、前記配線引出溝に封止材本体を形成してから、前記封止材本体の上にＡｕ接合材を形成することにより、前記封止材本体及び前記Ａｕ接合材からなる封止材を形成する封止材形成工程と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側にＳｉからなるダイヤフラム基板を重ね合わせ、このダイヤフラム基板と前記封止材のＡｕ接合材とをＳｉ・Ａｕ共晶接合するとともに、前記ダイヤフラム基板と前記ガラス基体の前記一面とを陽極接合する接合工程と、からなることを特徴とする。
また、前記封止材形成工程において、前記封止材本体に溝部を設けることによって前記溝部を挟む一対の堰止部を形成し、前記溝部に前記Ａｕ接合材を形成することが好ましい。
また本発明の静電容量型圧力センサの製造方法においては、前記封止材を、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填することが好ましい。

本発明の静電容量型圧力センサの製造方法によれば、封止材を配線引出溝に形成することによって、ガラス基体及び封止材によって凹部を囲んだ状態となる。そしてガラス基体の上にダイヤフラム基板を重ねて陽極接合することにより、凹部の周囲に陽極接合部を形成することができる。また、封止材にＡｕ接合材を設け、このＡｕ接合材の上にダイヤフラム基板を重ねて陽極接合時の熱を利用して共晶接合することにより、封止材とダイヤフラム基板との間にＳｉ・Ａｕ共晶接合部を形成することができる。そして、陽極接合部とＳｉ・Ａｕ共晶接合部とによって、凹部を完全に密閉させることができる。
また、Ａｕ封止材はダイヤフラム基板と比較して硬度が低く変形しやすいので、ダイヤフラム基板を重ね合わせる際にＡｕ封止材をダイヤフラム基板に隙間なく密着させることができ、これにより凹部を完全に密閉することができる。
また、封止材は前記配線引出溝に封止材材料を充填する形で形成されており、従来のように基板の表面においてＳｉＯ_２絶縁膜を成長させるのではないので、ピンホール生成等の不具合が発生する虞がなく、凹部を完全に密閉させることができる。
更に、引出電極の形成の際に、引出電極の一端を固定電極に接続させるので、引出電極と固定電極との接続を確実に行うことができる。

本発明の静電容量型センサ及びその製造方法によれば、寄生容量が小さく、ダイヤフラムと固定電極との間の凹部が完全密閉されており、かつ固定電極と引出電極との接続の信頼性にも優れた静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の静電容量型圧力センサを示す断面模式図である。また、図２は静電容量型圧力センサを示す平面模式図であって、ダイヤフラム基板の図示を省略した図である。更に図３は、静電容量型圧力センサを示す図であって、図２のＹ−Ｙ’線に対応する断面模式図である。尚、図１の断面模式図は、図２のＸ−Ｘ’線に対応する図である。

図１〜図３に示すように、本実施形態の静電容量型圧力センサ１（以下、「圧力センサ」と表記する）は、ガラス基体２と、ガラス基体２の凹部２ａに形成された固定電極３と、固定電極３に対向配置されて固定電極３と対をなす電極としてのダイヤフラム基板４と、ダイヤフラム基板４とともに凹部２ａを密閉する封止材５とを具備して概略構成されている。また、ダイヤフラム基板４と封止材５との境界には、Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａが設けられている。更に、ダイヤフラム基板４とガラス基体２の一面２ｂとの境界には、凹部２ａを囲む陽極接合部６ｂが設けられている。そして、これらＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａと陽極接合部６ｂとによって凹部２ａが密閉されている。
本実施形態の圧力センサ１においては、ダイヤフラム基板４が周辺雰囲気の圧力変化に伴って撓んで変形すると、ダイヤフラム基板４と固定電極３との間の間隔（ギャップ）が変化し、このギャップの変化を静電容量の変化として固定電極３とダイヤフラム基板４とにより検出することで、静電容量変化から圧力変化を検出できるように構成されている。

ガラス基体２は、図１〜図３に示すように板状の部材であり、例えば一辺の長さが１．０ｍｍ乃至２．０ｍｍ程度の平面視略矩形状の部材である。その一面２ｂ側には、凹部２ａと、この凹部２ａに連通する配線引出溝７とが設けられている。凹部２ａは、図２に示すように平面視略円形状に形成されており、直径が０．７ｍｍ乃至１．６ｍｍ程度とされ、一面２ｂから凹部２ａの底面までの深さが０．４μｍ乃至１．２μｍ程度とされている。また、配線引出溝７は、この凹部２ａの外縁部から凹部２ａの径方向に沿って延在するように形成されており、配線引出溝７の長さは２００μｍ乃至５００μｍ程度とされ、幅は１００μｍ乃至４００μｍ程度とされ、一面２ｂから溝底面までの深さは凹部２ａの深さとほぼ同程度とされている。
このガラス基体２は、耐熱ガラスから構成されており、具体的にはほうケイ酸ガラスから構成されており、更に具体的にはパイレックス（登録商標）ガラスから構成されている。

固定電極３は、図１及び図２に示すように、凹部２ａの底面のほぼ中央に形成されている。固定電極３は、Ｃｒ／Ａｕ積層膜、Ｔｉ／Ａｕ積層膜、Ｃｒ／Ａｌ積層膜、Ｔｉ／Ａｌ積層膜等からなる平面視略円形状の薄膜電極であり、その直径が凹部２ａの直径よりも小さい０．４ｍｍ乃至１．０ｍｍ程度とされ、厚みが０．１μｍ乃至１μｍ程度とされている。この固定電極３には引出電極８が接続されている。引出電極８は、凹部２ａから配線引出溝７に渡って平面視略矩形状に形成されており、その一端８ａが凹部２ａ内において固定電極３に接続されており、他端８ｂが配線引出溝７に配置されている。この引出電極８は、固定電極３と同様にＣｒ／Ａｕ積層膜、Ｔｉ／Ａｕ積層膜、Ｃｒ／Ａｌ積層膜、Ｔｉ／Ａｌ積層膜等からなる薄膜電極であり、長さが１５０μｍ乃至４５０μｍ程度とされ、幅は配線引出溝７の幅より狭い５０μｍ乃至２５０μｍ程度とされ、厚みは固定電極３の厚みとほぼ同程度とされている。また図２に示すように、固定電極３及び引出電極８は、凹部２ａの底面及び配線引出溝７の底面にそれぞれ埋め込まれている。

次に図１〜図３に示すように、封止材５は、配線引出溝７の一部に充填されている。また封止材５は、引出電極８の他端８ｂよりも一端８ａ側に充填されている。これにより封止材５は、引出電極８の他端８ｂを埋めることなく露出させている。即ち封止材５は引出電極８の上に充填されるが、配線引出溝７の全部、即ち引出電極８の他端８ｂまで覆うように形成されることは望ましくない。また、封止材５は、凹部２ａ側にはみ出さなければ良いが、凹部２ａに対するデッドスペースをできるだけ小さくすることが圧力検出に有効な観点から、できるだけ配線引出溝７の凹部２ａ寄りに位置させることが望ましい。
以上の構成により、配線引出溝７は、封止材５によって、凹部２ａ側と、引出電極８の他端８ｂ側とに分断された状態になる。また、引出電極８は、封止材５とガラス基体２との間を通って、凹部２ａの外部にその他端８ｂが引き出された形になる。これにより引出電極８の他端８ｂが固定電極３の端子電極として機能する。
封止材５の配線引出溝７の長手方向に沿う長さは、例えば１００μｍ乃至３００μｍ程度にすることが望ましい。この長さが短すぎると、Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａの幅が狭くなり、凹部２ａの密閉性が低下してしまうので好ましくない。また、封止材５の配線引出溝７の幅方向に沿う長さは、配線引出溝７の幅と同じにすることが好ましい。封止材５の配線引出溝７の幅方向に沿う長さが配線引出溝７の幅より短いと、配線引出溝７と封止材５の間に隙間が生じて凹部２ａを密閉できなくなるので好ましくない。

また図１〜図３に示すように、封止材５には、そのダイヤフラム基板４側にＡｕ接合材５ａが備えられている。即ち封止材５は、Ａｕ接合材５ａ及び封止材本体５ｂとから構成されている。
封止材本体５ｂは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料からなり、配線引出溝７の内部に充填されている。この封止材本体５ｂのダイヤフラム基板４側には溝部５ｂ_１が設けられており、この溝部５ｂ_１によって封止材本体５ｂのダイヤフラム基板４寄りの部分が２つに分断されている。そして、この分断された部分が一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２とされている。即ち、溝部５ｂ_１を設けることによってその幅方向両側に一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２が設けられる。この一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２は、図１及び図２に示すように、配線引出溝７の幅方向に沿って延びるように設けられている。また、一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２のダイヤフラム基板側の一面５ｂ_３が、ガラス基体２の一面２ｂとほぼ同じ高さの面か、若しくは一面２ｂよりも若干低くなるように、一面５ｂ_３の高さが位置決めされている。
封止材本体５ｂの配線引出溝７の長手方向及び幅方向に沿う長さは、先に示した封止材５の寸法関係と同じである。また、封止材本体５ｂに設けた溝部５ｂ_１の幅は、封止材本体５ｂの幅の１０％乃至３０％程度の範囲が好ましい。また、溝部５ｂ_１の深さ（溝部５ｂ_１底面からの堰止部５ｂ_２、５ｂ_２の高さ）は、０．２μｍ乃至１．０μｍ程度の範囲が好ましい。

次に、Ａｕ接合材５ａは、ＡｕまたはＡｕを主として含有する合金からなるもので、図１〜図３に示すように、封止材本体５ｂに設けられた溝部５ｂ_１の内部に充填されている。即ちＡｕ接合材５ａは、一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２の間に備えられている。また、Ａｕ接合材５ａのダイヤフラム基板４側の一面５ａ_１が、ガラス基体２の一面２ｂと同一高さの面になるように一面５ａ_１の高さが位置決めされている。そして、この一面５ａ_１がダイヤフラム基板４に当接されており、この一面５ａ_１とダイヤフラム基板４との境界に、Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａが形成されている。
Ａｕ接合材５ａの体積は、溝部５ｂ_１の容積の６０％〜９０％程度であることが好ましい。Ａｕ接合材５ａの体積が溝部５ｂ_１の容積の６０％以上であれば、Ａｕ接合材５ａとダイヤフラム基板４との間に隙間が生じることなく、Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａを形成させることができる。また、Ａｕ接合材５ａと溝部５ｂ_１との間に隙間が生じることなく、凹部２ａを密閉させることができる。更に、Ａｕ接合材５ａの体積が溝部５ｂ_１の容積の９０％以下であれば、Ａｕ接合材５ａが一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２の間から溢れ出るのを防止できる。

次に、図１及び図３に示すように、ガラス基体２の一面２ｂ側には、少なくとも凹部２ａ及び封止材５を覆うＳｉからなるダイヤフラム基板４が配置されている。このダイヤフラム基板４は、厚み０．０４ｍｍ乃至０．２ｍｍ程度のシリコン（Ｓｉ）基板であり、凹部２ａ内の固定電極３と対向するようにガラス基体２の一面２ｂ側に配置されている。そして、ダイヤフラム基板４は、陽極接合部６ｂによってガラス基体２の一面２ｂに接合されていると共に、Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａによって封止材５のＡｕ接合材５ａに接合されている。
また、ダイヤフラム基板４は、ガラス基体２及び封止材５によって固定電極３及び引出電極８に対して絶縁されている。更に、ダイヤフラム基板４の固定電極３と対向する面は、導電性を有していることが望ましく、ダイヤフラム基板４全体が導電性を有していても良い。
以上の構成によってダイヤフラム基板４は、固定電極３とともに静電容量変化を検知する電極として機能する。

こうしたダイヤフラム基板４の上には取出電極９が形成されており、この取出電極９を介してダイヤフラム基板４が外部回路に接続される。
また、ダイヤフラム基板４には貫通孔からなる窓部４ａが設けられており、この窓部４ａは引出電極８の他端８ｂに対向する位置に開口されている。これにより、この窓部４ａを介して静電容量検出用の外部回路を引出電極８の他端８ｂに接続できるようになっている。

凹部２ａは、ダイヤフラム基板４と、凹部２ａを形成するガラス基体２と、配線引出溝７に充填された封止材５によって完全に密閉されている。即ち、ダイヤフラム基板４とガラス基体２とが陽極接合部６ｂによって接合され、ダイヤフラム基板４と封止材５とがＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａによって接合され、更に配線引出溝７に封止材５が隙間なく埋められているために、凹部２ａが外気から完全に遮断された状態になっている。尚、凹部２ａ内の雰囲気は、圧力の検出感度を高める点から減圧雰囲気とすることが望ましい。

凹部２ａにおいては、固定電極３とダイヤフラム基板４が０．４μｍ乃至１．２μｍ程度のギャップを空けて対向している。固定電極３には、前述したように引出電極８が接続されており、この引出電極８は、封止材５の下側を通って配線引出溝７に配設されており、引出電極８の他端８ｂが凹部２ａの外部に位置している。一方、ダイヤフラム基板４には上述のように取出電極９が形成されている。そして、引出電極８の他端８ｂと取出電極９とを、静電容量検出用の外部回路に接続させ、この回路で静電容量の変化を検出することで、圧力変化の検出が可能になっている。

本実施形態の圧力センサ１によれば、封止材５が配線引出溝７に充填されていることによって、凹部２ａがガラス基体２及び封止材５によって囲まれた状態とされる。またダイヤフラム基板４とガラス基体２との間に凹部２ａを囲む陽極接合部６ｂが設けられることにより、ダイヤフラム基板４とガラス基体２とが接合される。更に、封止材５に備えられたＡｕ接合材５ａとダイヤフラム基板４との間に共Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部６ａが設けられることにより、封止材５とダイヤフラム基板４とが接合される。このように、陽極接合部６ｂとＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａが設けられることによって、凹部２ａを完全に密閉することができる。
また、封止材５は、配線引出溝７を埋めるように形成されており、従来のように基板の表面においてＳｉＯ_２絶縁膜を成長させるのではないので、ピンホール生成等の不具合が発生する虞がなく、凹部２ａを完全に密閉させることができる。
また、封止材５が、引出電極８とダイヤフラム基板４との間に挟まれた状態になるため、この封止材５に寄生容量が蓄積されるが、封止材５の形成領域が比較的狭いので、寄生容量が増大する虞がなく、圧力センサ１の感度の低下を防止することができる。

また、封止材５を構成する封止材本体５ｂに一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２が設けられ、この一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２の間にＡｕ接合材５ａが備えられているので、Ａｕ接合材５ａが堰止部５ｂ_２、５ｂ_２によって囲まれて保護された状態になり、これによりダイヤフラム基板４の撓みに引きずられてＡｕ接合材５ａが変形してしまう虞がなく、ダイヤフラム基板４とＡｕ接合材５ａとの接合強度を高めることができる。
更に、一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２のダイヤフラム基板側の一面５ｂ_３が、ガラス基体２の一面２ｂとほぼ同じ高さの面か、若しくは一面２ｂよりも若干低い面になるように、一面５ｂ_３の高さが位置決めされているので、堰止部５ｂ_２がガラス基体２の一面２ｂよりもダイヤフラム基板４側に突出することがなく、ダイヤフラム基板４とガラス基体２との間に隙間が発生することがなく、凹部２ａを完全に密閉することができる。
更にまた、Ａｕ接合材５ａのダイヤフラム基板４側の一面５ａ_１が、ガラス基体２の一面２ｂと同一高さの面になるように一面５ａ_１の高さが位置決めされているので、ダイヤフラム基板４とガラス基体２の間、若しくはダイヤフラム基板４と封止材５との間に隙間が発生することがなく、凹部２ａを完全に密閉することができる。またこの構成によって、固定電極３に対してダイヤフラム基板４を平行に配置することができる。これにより、ダイヤフラム基板４と固定電極３の表面との間隔を常に一定に保つことが可能となり、圧力センサ１における容量変化のバラツキを低減させることが出来、圧力センサ１の感度を向上させることができる。

また、ガラス基体２を耐熱ガラスで構成することにより、シリコンからなるダイヤフラム基板４との間で陽極接合部６ｂを形成させることが出来、凹部２ａを完全に密閉させることができる。
更に、引出電極８の他端８ｂが固定電極３の端子電極とされており、この他端８ｂは窓部４ａを介してガラス基体２の一面２ｂ側に露出されているので、ダイヤフラム基板４に設けられた取出電極９と同じ側に位置することになり、これにより圧力センサ１に対する配線接続を容易に行うことができる。

次に、本実施形態の圧力センサ１の製造方法について説明する。この製造方法は、ガラス基体２の凹部２ａ及び配線引出溝７に固定電極３及び引出電極８を形成する基体形成工程と、封止材形成工程と、ガラス基体２および封止材５にダイヤフラム基板４を接合する接合工程と、から概略構成されている。以下、各工程について詳細に説明する。

「基体形成工程」
基体形成工程では、まず図４に示すように耐熱ガラスからなるガラス基体２を用意し、次に図５に示すようにガラス基体２の一面２ｂ上に凹部２ａ及び配線引出溝７を形成する。具体的には、ガラス基体２の一面２ｂ全面に図示しないレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層（図示略）とする。レジスト層は、凹部２ａ及び配線引出溝７の平面視形状に対応する形状にパターニングすることが望ましい。これによりマスク層には、凹部２ａ及び配線引出溝７の平面視形状に対応する形状の開口部が形成される、次に、開口部から露出するガラス基体２に対してイオンミリング法によりエッチングを行って、凹部２ａ及び配線引出溝７を形成する。そして、マスク層を除去する。このようにしてガラス基体２の一面２ｂ上に凹部２ａ及び配線引出溝７を設ける。

次に図６〜８に示すように、凹部２ａ及び配線引出溝７の内部に、固定電極３及び引出電極８を形成する。引出電極８は、一端８ａが固定電極３に接続されるように形成する。具体的にはまず図６に示すように、ガラス基体２の一面２ｂ及び凹部２ａの一部並びに配線引出溝７の一部にレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層Ｍ１とする。マスク層Ｍ１には、固定電極３及び引出電極８の平面視形状に対応する形状の開口部Ｍ２が形成されている。次に、イオンミリングによって開口部Ｍ２から露出する凹部２ａ及び配線引出溝７の底面をエッチングして掘り下げる。次に、図７に示すように、蒸着法若しくはスパッタリング法により導電膜Ｄ１（固定電極３及び引出電極８）を成膜し、その後、図８に示すようにマスク層Ｍ１を除去する。マスク層Ｍ１の除去の際には、マスク層Ｍ１の上面に堆積した導電膜Ｄ１がリフトオフされる。このようにして凹部２ａ及び配線引出溝７に、導電膜からなる固定電極３及び引出電極８を形成する。形成された固定電極３及び引出電極８は、凹部及び配線引出溝７の底面に埋め込まれた状態になる。

「封止材形成工程」
次に封止材形成工程では、先ず図９に示すように、ガラス基体２の一面２ｂ及び凹部２ａ並びに配線引出溝７の上にレジスト膜を形成してからこのレジスト膜をパターニングしてマスク層Ｍ３とする。マスク層Ｍ３には、封止材５の平面視形状に対応する形状の開口部Ｍ４が形成されている、この開口部Ｍ４は、配線引出溝７の少なくとも一部と重なるように形成されている。これにより、後工程で封止材本体５ｂを開口部Ｍ４に充填した際に、引出電極８の他端８ｂが封止材本体５ｂによって埋められることなく露出された状態になる。次に、封止材本体５ｂをスパッタリング法で開口部Ｍ４に充填する。開口部Ｍ４に充填する封止材本体５ｂは、その上面がガラス基体２の一面２ｂより上に突出しない程度まで形成する。封止材本体５ｂを開口部Ｍ４に充填することで、封止材本体５ｂと配線引出溝７の壁面とが密着された状態になる。尚、封止材本体５ｂの材質は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等の絶縁材料が好ましい。そして、図１０に示すようにマスク層Ｍ３を除去する。

次に、図１１に示すように、ガラス基体２の一面２ｂ、凹部２ａ及び配線引出溝７並びに封止材本体５ｂの一部の上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をパターニングしてマスク層Ｍ５とする。このマスク層Ｍ５には、溝部５ｂ_１の平面視形状に対応する形状の開口部Ｍ６が形成される。そして、開口部Ｍ６から露出する封止材本体５ｂの上面を、イオンミリングによってエッチングして掘り下げて溝部５ｂ_１を形成する。この溝部５ｂ_１の形成に伴って、溝部５ｂ_１の両側には一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２が形成される。尚、溝部５ｂ_１及び一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２は、配線引出溝７の幅方向に沿って延在するように形成する。

次に、図１２に示すように、マスク層Ｍ５を除去した後に、ガラス基体２の一面２ｂ、凹部２ａ及び配線引出溝７並びに溝部５ｂ_１の一部の上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜をパターニングしてマスク層Ｍ７とする。このマスク層Ｍ７には、溝部５ｂ_１の幅よりも狭小な寸法形状の開口部Ｍ８が形成される。
次に図１３に示すように、蒸着法若しくはスパッタリング法によって、開口部Ｍ８にＡｕ接合材５ａを形成し、その後、図１４に示すようにマスク層Ｍ７を除去する。このときＡｕ接合材５ａは、その一面５ａ_１がガラス基体２の一面２ｂとほぼ同じ高さか、あるいは一面５ａ_１がガラス基体２の一面２ｂよりも高くなるように、形成することが望ましい。また、Ａｕ接合材５ａの体積は、溝部５ｂ_１の容積の６０％〜９０％程度にすることが好ましい。このようにして、封止材本体５ｂの溝部５ｂ_１にＡｕ接合材５ａが備えられてなる封止材５を形成する。

「接合工程」
接合工程では、先ず、陽極接合を行い、その後、ＡｕとＳｉが接触し、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応が進行する。
この接合工程では、図１５に示すように、真空雰囲気中において、シリコン基板からなるダイヤフラム基板４をガラス基体２の一面２ｂ上に配置する。図１５に示すダイヤフラム基板４は、ガラス基体２の一面２ｂとほぼ同じ大きさであるが、少なくとも凹部２ａを完全に覆うとともに封止材５を覆う程度であればよい。ダイヤフラム基板４には予め、貫通孔からなる窓部４ａが設けられており、この窓部４ａが引出電極８の他端８ｂに対向するように、ダイヤフラム基板４を位置決めする。

次に、ダイヤフラム基板４をガラス基体２及び封止材５に密着させたならば、ダイヤフラム基板４とガラス基体２とを数百度程度に加熱し、ダイヤフラム基板４とガラス基体２にそれぞれ電極を接続させて数百Ｖ〜数ｋＶの電圧を印加して陽極接合を行う。
ダイヤフラム基板４がガラス基体２の一面２ｂに接することによって、Ｓｉとガラスが密着した状態となり、このＳｉとガラスとの間では電圧の印加によって陽極接合がなされ、これによりダイヤフラム基板４とガラス基体２の一面２ｂとの間に凹部２ａを囲む陽極接合部６ｂが形成される。
また、ダイヤフラム基板４が封止材５に備えられたＡｕ接合材５ａに接することによって、ＳｉとＡｕが密着した状態になり、このＳｉとＡｕとの間では陽極接合時の加熱によってＳｉ・Ａｕ共晶接合６ａが形成される。このとき、Ａｕ接合材５ａがダイヤフラム基板４に押されて変形し、変形したＡｕ接合材５ａによって溝部５ｂ_１が埋められる。溝部５ｂ_１の両側には一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２が設けられているので、Ａｕ接合材５ａが溝部５ｂ_１から溢れ出ることがなく、また圧接されたダイヤフラム基板４はこの堰止部５ｂ_２、５ｂ_２によって支持される。
これら陽極接合部６ｂ及びＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａの形成によって、内部雰囲気を減圧雰囲気に保ったまま凹部２ａが完全に密閉される。

最後に、図１６に示すように、ダイヤフラム基板４上に取出電極９を形成する。取出電極９は、ダイヤフラム基板４上に図示しないマスク層を形成するとともに導電膜を形成し、マスク層を除去することで導電膜をパターニングすることによって形成される。
このようにして、図１〜図３に示す圧力センサ１が得られる。

上記の圧力センサ１の製造方法によれば、封止材５を配線引出溝７に形成することによって、ガラス基体２及び封止材５によって凹部２ａを囲んだ状態となる。そして、ガラス基体２の上にダイヤフラム基板４を重ねて陽極接合することにより、凹部２ａの周囲に陽極接合部６ｂを形成することができる。また、封止材５にＡｕ接合材５ａを設け、このＡｕ接合材５ａの上にダイヤフラム基板４を重ねて陽極接合時の熱を利用して共晶接合することにより、封止材５とダイヤフラム基板４との間にＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａを形成することができる。そして、陽極接合部６ｂとＳｉ・Ａｕ共晶接合部６ａとによって、凹部２ａを完全に密閉させることができる。
また、Ａｕ接合材５ａはダイヤフラム基板４と比較して硬度が低く変形しやすいので、ダイヤフラム基板４を重ね合わせる際にＡｕ接合材５ａをダイヤフラム基板４に隙間なく密着させることができ、これにより凹部２ａを完全に密閉することができる。
また、封止材５は配線引出溝７に封止材材料を充填する形で形成されており、従来のように基板の表面においてＳｉＯ_２絶縁膜を成長させるのではないので、ピンホール生成等の不具合が発生する虞がなく、凹部２ａを完全に密閉させることができる。
更に、引出電極８の形成の際に、引出電極８の一端８ａを固定電極３に接続させるので、引出電極８と固定電極３との接続を確実に行うことができる。

また、封止材本体５ｂの一対の堰止部５ｂ_２、５ｂ_２の間（溝部５ｂ_１）にＡｕ接合材５ａを形成するので、Ａｕ接合材５ａがダイヤフラム基板４に押されて変形した際にも、Ａｕ接合材５ａが堰止部５ｂ_２、５ｂ_２を超えて溝部５ｂ_１から溢れ出ることがない。これにより、Ａｕ接合材５ａとダイヤフラム基板４との間において、溝部５ｂ_１の幅寸法に対応する幅のＳｉＡｕ共晶接合部６ａが形成され、凹部２ａの密閉性を向上できると共に、Ａｕ接合材５ａとダイヤフラム基板４の接合強度を高めることができる。
また、ダイヤフラム基板４の圧接の際にダイヤフラム基板４が堰止部５ｂ_２、５ｂ_２によって支持されるので、ダイヤフラム基板４が過剰に撓んで割れを生じさせる虞がない。
また、封止材５を、引出電極８の他端８ｂよりも一端８ａ側に充填することによって、封止材５によって他端８ｂが埋められることがなく、他端８ｂを固定電極３の端子電極とすることができる。

図１は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサを示す断面模式図である。 図２は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサを示す平面模式図であって、ダイヤフラム基板の図示を省略した図である。 図３は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサを示す図であって、図２のＹ−Ｙ’線に対応する断面模式図である。 図４は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における基体形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図５は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における基体形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図６は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における基体形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図７は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における基体形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図８は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における基体形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図９は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１０は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１１は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１２は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１３は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１４は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における封止材形成工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１５は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における接合工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。 図１６は、本発明の実施形態の静電容量型圧力センサの製造方法における接合工程後の後工程を説明するための図であって、図２のＸ−Ｘ’線に対応する断面模式図である。

符号の説明

１…圧力センサ（静電容量型圧力センサ）、２…ガラス基体、２ａ…凹部、２ｂ…一面、３…固定電極、４…ダイヤフラム基板、５…封止材、５ａ…Ａｕ接合材、５ｂ…封止材本体、５ｂ_１…溝部、５ｂ_２…堰止部、６ａ…Ｓｉ・Ａｕ共晶接合部、６ｂ…陽極接合部、７…配線引出溝、８…引出電極、８ａ…一端、８ｂ…他端（端子電極）

Claims (6)

1. 凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝が一面側に設けられたガラス基体と、前記凹部内に配置された固定電極と、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極と、前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側に配置されたＳｉからなるダイヤフラム基板と、前記配線引出溝を埋めて前記ダイヤフラム基板とともに前記凹部を密閉する封止材と、を具備してなり、
   前記封止材にはその前記ダイヤフラム基板側にＡｕ接合材が備えられ、このＡｕ接合材と前記ダイヤフラム基板との境界にＳｉ・Ａｕ共晶接合部が形成され、
   前記ダイヤフラム基板と前記ガラス基体の前記一面との境界には、前記凹部を囲む陽極接合部が形成されていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
2. 前記封止材が、前記配線引出溝内に形成された絶縁材料からなる封止材本体と、前記封止材本体の上に形成された前記Ａｕ接合材とから構成され、
   前記封止材本体には、前記ダイヤフラム基板側に向けて突出する一対の堰止部が設けられ、この一対の堰止部の間に前記Ａｕ接合材が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型圧力センサ。
3. 前記封止材が、前記引出電極の前記他端よりも一端側に充填され、前記引出電極の前記他端が前記固定電極の端子電極とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
4. ガラス基体の一面に凹部及びこの凹部に連通する配線引出溝を設け、前記凹部に固定電極を形成すると共に、一端が前記固定電極に接続されるとともに他端が前記配線引出溝に配置されてなる引出電極を形成する基体形成工程と、
   前記配線引出溝に封止材本体を形成してから、前記封止材本体の上にＡｕ接合材を形成することにより、前記封止材本体及び前記Ａｕ接合材からなる封止材を形成する封止材形成工程と、
   前記固定電極と対向するように前記ガラス基体の一面側にＳｉからなるダイヤフラム基板を重ね合わせ、このダイヤフラム基板と前記封止材のＡｕ接合材とをＳｉ・Ａｕ共晶接合するとともに、前記ダイヤフラム基板と前記ガラス基体の前記一面とを陽極接合する接合工程と、からなることを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
5. 前記封止材形成工程において、前記封止材本体に溝部を設けることによって前記溝部を挟む一対の堰止部を形成し、前記溝部に前記Ａｕ接合材を形成することを特徴とする請求項４に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
6. 前記封止材を、前記引出電極の前記他端よりも一端側に形成することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
   
   

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