(57)【要約】【課題】  歩留まりの向上を図ると共に、検出精度の向上を可能とした小型の静電容量型圧力センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基材２とダイヤフラム３との接合時に減圧状態とし、スペーサ部材４及び接合部材５に形成されたガス抜き用の溝部１５，１６を通じてスペーサ部材５の内側で発生したガスをスペーサ部材５の外側へと逃がすと共に、最終的に接合部材５の溝部１６が埋まることで、基材２とダイヤフラム３とスペーサ部材４との間に接合部材５により気密に封止された気密室１４を形成する。【選択図】  図１
2007047100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面部に第１の電極を有する基材と、
前記基材の表面部と対向して配置されると共に、前記第１の電極と対向する第２の電極を有するダイヤフラムと、
前記基材と前記ダイヤフラムとの間に配置されて、前記第１の電極と前記第２の電極との対向間隔を規定すると共に、前記第１の電極と前記第２の電極との対向部分を取り囲むスペーサ部材と、
前記スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、前記基材と前記ダイヤフラムとを接合する接合部材とを備え、
前記基材と前記ダイヤフラムと前記スペーサ部材との間には、前記接合部材により気密に封止された気密室が形成されており、
前記スペーサ部材には、前記気密室を減圧状態で封止する際に、該気密室内で発生したガスを該気密室の外側へと逃がすガス抜き用の溝部が設けられていることを特徴とする静電容量型圧力センサ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムと前記接合部材とが共晶接合さ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。
【請求項３】
前記ダイヤフラムがＳｉを含む材料からなり、前記接合部材がＡｕを含む材料からなることを特徴とする請求項２に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項４】
前記スペーサ部材と同じ厚みを有し、且つ、前記接合部材の外側を取り囲むスペーサ部材を備え、
前記外側のスペーサ部材には、前記気密室を減圧状態で封止する際に、該気密室内で発生したガスを該気密室の外側へと逃がすガス抜き用の溝部が設けられており、
前記接合部材は、前記内側のスペーサ部材と前記外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で前記基材と前記ダイヤフラムとを接合していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項５】
少なくとも第１の電極を有する基材の表面部上に、前記第１の電極の周囲を取り囲むと共に、上面部に溝部を有するスペーサ部材を形成する工程と、
前記基材の表面部上に、前記スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、上面部に前記スペーサ部材の溝部と連続する溝部を有する接合部材を形成する工程と、
前記第１の電極と対向する第２の電極を有するダイヤフラムが前記スペーサ部材に当接するまで前記ダイヤフラムと前記基材とを加熱加圧して、前記接合部材により前記基材と前記ダイヤフラムとを接合する工程とを含み、
前記基材と前記ダイヤフラムとの接合時に減圧状態とし、前記スペーサ部材及び前記接合部材の溝部を通じて前記スペーサ部材の内側で発生したガスを前記スペーサ部材の外側へと逃がすと共に、最終的に前記接合部材の溝部が埋まることで、前記基材と前記ダイヤフラムと前記スペーサ部材との間に前記接合部材により気密に封止された気密室を形成することを特徴とする静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項６】
前記ダイヤフラムと前記接合部材とを共晶接合させることを特徴とする請求項５に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項７】
前記ダイヤフラムとして、Ｓｉを含む材料を用い、前記接合部材として、Ａｕを含む材料を用いることを特徴とする請求項６に記載の静電容量型圧力センサ。
【請求項８】
前記接合部材を前記スペーサ部材よりも厚く形成することを特徴とする請求項５乃至７に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項９】
前記接合部材を前記内側スペーサ部材との間に隙間を設けて形成することを特徴とする請求項５乃至８に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項１０】
前記基材の表面部上に、前記スペーサ部材と同じ厚みを有し、且つ、前記スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、上面部に上記接合部材の溝部と連続する溝部を有するスペーサ部材を形成することを特徴とする請求項５乃至９に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項１１】
前記内側のスペーサ部材と前記外側のスペーサ部材との間において、前記接合部材を前記内側のスペーサ部材及び前記外側のスペーサ部材よりも厚く、且つ、前記内側のスペーサ部材と前記外側のスペーサ部材との間の幅よりも小さく形成することを特徴とする請求項１０に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【請求項１２】
前記接合部材を前記外側のスペーサ部材との間に隙間を設けて形成することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の静電容量型圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向する電極間の静電容量の変化に基づいて圧力の変化を検出する静電容量型圧力センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の静電容量型の圧力センサにおいては、ダイヤフラムに区画された気密室に微細間隔をあけて対向配置した対になる電極に配線を接続形成し、両方の電極から信号線を取り出す構造とする必要があることから、ガラスとシリコン基板を個々に加工し、それらに電極形成や配線を施したものを陽極接合して一体化し、センサ素子が構成されていた。この種の静電容量式の圧力センサにおいて、シリコン基板と、シリコン基板に陽極接合され、シリコン基板との間に形成された気密室に連通する貫通孔が設けられているガラス基板とからなり、前記ガラス基板の内面に陽極接合により固定され、前記貫通孔の内端開口を気密状態で閉止するシリコン電極板と、前記貫通孔に配置され、シリコン電極板からの信号を外部に導く導電体とを備えた構成の圧力センサが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、他の構成の圧力センサの一例として、電気絶縁性材料からなるダイアフラムと固定基板の上に所定の電極パターンを形成する工程と、前記ダイアフラムと前記固定基板とを一定間隔に保持し接着する接着層を前記ダイアフラムと前記固定基板の電極の周縁部に形成する工程と、前記ダイアフラムと前記固定基板を前記接着層を介して張り合わせて荷重をかけたまま焼成し前記ダイアフラムと前記固定基板とを一定間隔に保持し接着する工程と、荷重を除いた状態で高温処理して接着層を焼成し、その後、徐冷して前記接着層内の内部応力を取り除く工程により製造される静電容量式圧力センサ並びにその製造法が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
ところで、前記シリコン基板にガラス基板を陽極接合して製造するタイプの静電容量型圧力センサでは、陽極接合を行うために、基板としてＮａ入りのパイレックス（登録商標）ガラスを用いる必要があるが、パイレックス（登録商標）ガラスは高価であり、必然的に圧力センサの製造コストが高くなるので、圧力センサをコスト安に製造できない要因となっていた。また、パイレックス（登録商標）ガラスを用いた陽極接合を行う場合、ガラス基板とＳｉ基板の双方に高い電圧を印加して接合する必要があるので、ギャップをあけて配置した電極間あるいは配線の弱い部分にスパークが生じたり、陽極接合時にガスが発生するなどの問題があり、容量が不安定な製品が製造されてしまうおそれが高く、製品歩留まりを向上させることが難しい問題があった。
【０００５】
一方、所定の間隙で対向する平板電極を２枚の基板の対向面にそれぞれ設けた静電容量式圧力センサにおいて、前記基板の対向面のうち、前記平板電極の周囲に環状のスペーサを設けるとともに、前記スペーサの周囲に前記スペーサよりも軟化点または融点が低い材料からなるフリット（ガラス）を設けて、該フリットが軟化または溶融する温度で２枚の基板を接合一体化することが知られている（例えば、特許文献３を参照。）。しかしながら、このようなガラスによる接合の場合には、外部からの水分などの侵入に弱くなり、また、接合後に必要部分のみを残してその他の部分を切断砥石などを用いてダイシングする際の接合部分の機械的強度を保つことが困難となるといった問題があった。
【０００６】
また、２枚の基板の間に形成される気密室内を減圧封止（真空封止）することも行われている（例えば、特許文献４を参照。）。しかしながら、接合時に気密室内で発生するガスによって、この気密室の内圧が変化してしまい、ダイヤフラムに加わる応力が変わってしまうために、このダイヤフラムの撓みを一定にして静電容量のばらつきを小さくすることが困難となるといった問題があった。
【特許文献１】特開２０００−２８４６３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８４７６号公報
【特許文献３】特開２００４−１２１４１号公報
【特許文献４】特開平４−１０６４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、歩留まりの向上を図ると共に、検出精度の向上を可能とした小型の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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の静電容量型圧力センサは、少なくとも表面部に第１の電極を有する基材と、基材の表面部と対向して配置されると共に、第１の電極と対向する第２の電極を有するダイヤフラムと、基材とダイヤフラムとの間に配置されて、第１の電極と第２の電極との対向間隔を規定すると共に、第１の電極と第２の電極との対向部分を取り囲むスペーサ部材と、スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、基材とダイヤフラムとを接合する接合部材とを備え、基材とダイヤフラムとスペーサ部材との間には、接合部材により気密に封止された気密室が形成されており、スペーサ部材には、気密室を減圧状態で封止する際に、該気密室内で発生したガスを該気密室の外側へと逃がすガス抜き用の溝部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
以上のように、本発明の静電容量型圧力センサでは、気密室を減圧状態で封止する際に、スペーサ部材の溝部を通じて気密室内で発生したガスを気密室の外側へと逃がすことが可能な構造のため、この気密室内の内圧のバラツキを抑えることができる。したがって、本発明の静電容量型圧力センサでは、ダイヤフラムの撓みを一定にして静電容量のバラツキを抑えることができる。
【００１０】
また、本発明の静電容量型圧力センサは、ダイヤフラムと接合部材とが共晶接合されていることを特徴とする。
【００１１】
この場合、従来のようなダイヤフラムとなるＳｉ基板と、基材となるパイレックス（登録商標）ガラスとの組み合わせにより必須であった陽極接合を行うことなく、基材とダイヤフラムとを接合部材を介して強固に接合することができる。また、従来のガラスによる接合の場合に比べて、外部からの水分などの侵入を防ぐと共に、接合部分の機械的強度を保つことができる。
【００１２】
また、本発明の静電容量型圧力センサは、ダイヤフラムがＳｉを含む材料からなり、接合部材がＡｕを含む材料からなることを特徴とする。
【００１３】
この場合、ダイヤフラムと接合部材との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によってダイヤフラムと接合部材とを確実に接合することができる。
【００１４】
また、本発明の静電容量型圧力センサは、スペーサ部材と同じ厚みを有し、且つ、接合部材の外側を取り囲むスペーサ部材を備え、外側のスペーサ部材には、気密室を減圧状態で封止する際に、該気密室内で発生したガスを該気密室の外側へと逃がすガス抜き用の溝部が設けられており、接合部材は、内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で基材とダイヤフラムとを接合していることを特徴とする。
【００１５】
この場合、接合部材が内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で基材とダイヤフラムとを接合することから、気密性に優れた気密室を精度良く設けることができる。また、接合部材が内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で基材とダイヤフラムとを接合することによって、基材とダイヤフラムとの接合強度を高めると共に、ダイヤフラムの接合部分にかかる応力を均一に保つことができる。さらに、基材とダイヤフラムとの間に配置された内側及び外側のスペーサ部材の厚みによって、第１の電極と第２の電極との対向間隔を高精度に規定することができる。
【００１６】
また、気密室を減圧状態で封止する際に、内側及び外側のスペーサ部材の溝部を通じて気密室内で発生したガスを気密室の外側へと逃がすことが可能な構造のため、この気密室内の内圧のバラツキを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、少なくとも第１の電極を有する基材の表面部上に、第１の電極の周囲を取り囲むと共に、上面部に溝部を有するスペーサ部材を形成する工程と、基材の表面部上に、スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、上面部にスペーサ部材の溝部と連続する溝部を有する接合部材を形成する工程と、第１の電極と対向する第２の電極を有するダイヤフラムがスペーサ部材に当接するまでダイヤフラムと基材とを加熱加圧して、接合部材により基材とダイヤフラムとを接合する工程とを含み、基材とダイヤフラムとの接合時に減圧状態とし、スペーサ部材及び接合部材の溝部を通じてスペーサ部材の内側で発生したガスをスペーサ部材の外側へと逃がすと共に、最終的に接合部材の溝部が埋まることで、基材とダイヤフラムとスペーサ部材との間に接合部材により気密に封止された気密室を形成することを特徴とする。
【００１８】
以上のように、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法では、基材とダイヤフラムとの接合時に減圧状態とし、スペーサ部材及び接合部材の溝部を通じてスペーサ部材の内側で発生したガスをスペーサ部材の外側へと逃がすと共に、最終的に接合部材の溝部が埋まることで、基材とダイヤフラムとスペーサ部材との間に形成される気密室内の内圧のバラツキを抑えることができる。したがって、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法では、ダイヤフラムの撓みを一定にして静電容量のばらつきを抑えた静電容量型圧力センサを歩留り良く製造することができる。
【００１９】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムと接合部材とを共晶接合させることを特徴とする。
【００２０】
この場合、従来のようなダイヤフラムとしてＳｉ基板を用い、基材としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いた場合に必須であった陽極接合を行うことなく、ダイヤフラムと基材とを強固に接合することができる。また、基材として、高価なパイレックス（登録商標）ガラスを用いる必要が無くなるため、コスト上昇も抑えることができる。
【００２１】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、ダイヤフラムとして、Ｓｉを含む材料を用い、接合部材として、Ａｕを含む材料を用いることを特徴とする。
【００２２】
この場合、ダイヤフラムと接合部材との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によってダイヤフラムと接合部材とを確実に接合することができる。
【００２３】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、接合部材をスペーサ部材よりも厚く形成することを特徴とする。
【００２４】
この場合、基材とダイヤフラムとの接合時に、ダイヤフラムがスペーサ部材に当接する前に接合部材と接触するため、加熱加圧された接合部材をダイヤフラムに確実に接合させることができる。
【００２５】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、接合部材を内側スペーサ部材との間に隙間を設けて形成することを特徴とする。
【００２６】
この場合、基材とダイヤフラムとの接合時において、ダイヤフラムとスペーサ部材とが当接するまでの間に、加熱加圧された接合部材がスペーサ部材の内側に流れ込むのを防ぐことができる。これにより、接合部材が気密室内に侵入するのを防ぐと共に、ダイヤフラムとスペーサ部材との間に侵入した接合部材によって第１の電極と第２の電極との対向間隔にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
【００２７】
本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、基材の表面部上に、スペーサ部材と同じ厚みを有し、且つ、前記スペーサ部材の外側を取り囲むと共に、上面部に上記接合部材の溝部と連続する溝部を有するスペーサ部材を形成することを特徴とする。
【００２８】
この場合、外側のスペーサ部材が接合部材の外側への流れ込みを防ぐ。また、最終的に接合部材が内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で基材とダイヤフラムとを接合することから、基材とダイヤフラムと内側のスペーサ部材との間に気密性に優れた気密室を精度良く形成することができる。また、接合部材が内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に埋め込まれた状態で基材とダイヤフラムとを接合することによって、基材とダイヤフラムとの接合強度を高めると共に、ダイヤフラムの接合部分にかかる応力を均一に保つことができる。
【００２９】
また、基材とダイヤフラムとの接合時に、内側のスペーサ部材、接合部材及び外側のスペーサ部材の溝部を通じて気密室内で発生したガスを気密室の外側へと逃がすと共に、最終的に接合部材の溝部が埋まることで、基材とダイヤフラムと内側のスペーサ部材との間に形成される気密室内の内圧のバラツキを抑えることができる。
【００３０】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間において、接合部材を内側のスペーサ部材及び外側のスペーサ部材よりも厚く、且つ、内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間の幅よりも小さく形成することを特徴とする。
【００３１】
この場合、基材とダイヤフラムとの接合時に、ダイヤフラムが内側のスペーサ部材及び外側のスペーサ部材に当接する前に接合部材と接触するため、加熱加圧された接合部材をダイヤフラムに確実に接合させることができる。また、最終的に接合部材を内側スペーサ部材と外側スペーサ部材との間に隙間無く埋め込むことができる。
【００３２】
ここで、接合部材の幅／厚みのアスペクト比は、（内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間の幅）／（内側のスペーサ部材及び外側のスペーサ部材の厚み）とは逆のアスペクト比とすることが好ましい。例えば、接合部材の幅を内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間の幅に対して１／２倍とした場合、この接合部材の厚みを内側のスペーサ部材及び外側のスペーサ部材の厚みに対して２倍とすれば、最終的に接合部材を内側のスペーサ部材と外側のスペーサ部材との間に隙間無く埋め込むことができる。
【００３３】
また、本発明の静電容量型圧力センサの製造方法は、接合部材を外側のスペーサ部材との間に隙間を設けて形成することを特徴とする。
【００３４】
この場合、基材とダイヤフラムとの接合時において、ダイヤフラムと外側のスペーサ部材とが当接するまでの間に、加熱加圧された接合部材が外側のスペーサ部材の外側に流れ込むのを防ぐことができる。これにより、ダイヤフラムと外側のスペーサ部材との間に侵入した接合部材によって第１の電極と第２の電極との対向間隔にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明によれば、検出精度の高い静電容量型圧力センサを得ることができ、特に、第１の電極と第２の電極との対向間隔が小さい小型の高感度圧力センサを得ることができる。また、このような静電容量型圧力センサを歩留り良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を適用した静電容量型圧力センサ及びその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
（第１の実施の形態）
先ず、第１の実施の形態として図１及び図２に示す静電容量型圧力センサ１について説明する。なお、図１は、この静電容量型圧力センサ１をダイヤフラム３側から透視して示す平面図であり、図２は、この静電容量型圧力センサ１を図１中線分Ａ１−Ａ２によって切断して示す断面図である。
【００３７】
この静電容量型圧力センサ１は、基材２と、基材２の表面部２ａと対向して配置されたダイヤフラム３と、基材２とダイヤフラム３との間に配置されたスペーサ部材４と、スペーサ部材４の外側に配置された接合部材５とを備えている。
【００３８】
基材２は、絶縁性の表面部２ａを有する基板、例えば表面部２ａがガラス質からなるグレーズドアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板からなる。この基材２は、例えば２ｍｍ×２ｍｍ程度の大きさで略矩形状に形成されている。なお、基材２は、少なくとも絶縁性の表面部２ａを有するものであれば、例えば全体が絶縁体からなるものを用いてもよい。
【００３９】
この基材２の表面部２ａには、導電膜からなる第１の電極６と第１の引出導線部７と第２の引出導線部８とが設けられている。このうち、第１の電極６は、基材２とダイヤフラム３との間で対向する対向電極の一方の電極を形成するものであり、その平面形状は略円形状である。第１の引出導線部７は、第１の電極６の一部が一方側に引き延ばされてなるものであり、その平面形状は略矩形状である。第２の引出導線部８は、第１の引出導線部７とは第１の電極６を挟んだ反対側に位置し、第１の電極６とは離間して他方側に引き延ばされてなるものであり、その平面形状は第１の引出導線部７とほぼ同じ略矩形状である。また、これら第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８は、基材２の表面部２ａと面一となるように該基材２の表面部２ａに埋め込み形成された導電膜からなる。
【００４０】
この導電膜には、例えばＴｉ層／Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層の順で積層した積層構造のものを用いることができる。その他にも、Ｔｉ層／Ｔａ層／Ａｕ層、Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｔａ層／Ａｕ層、Ｃｒ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｃｒ層／Ａｕ層、Ｃｒ層／Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｃｒ層／Ｔａ層／Ａｕ層などの積層構造のものを用いることできるが、これら積層構造のものに必ずしも限定されるものではない。なお、導電膜は、数１０００Å（例えば２０００Å）程度の厚みで形成されている。
【００４１】
第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８の第１の電極６から離間する側の端部上には、それぞれ外部接続用の第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０が設けられている。これら電極パッド９，１０は、例えばＡｕめっき等からなる。また、第１の引出導線部７の第１の電極６と第１の電極パッド９との間には、絶縁層１１が設けられている。この絶縁層１１は、第１の引出導線部７と接合部材６とを電気的に絶縁するためのものであり、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮｘ等の絶縁材料からなる。この絶縁層１１は、第１の引出導線部７の上を跨ぐように形成されており、その平面形状は略矩形状である。また、絶縁層１１は、基材２の表面部２ａと面一となるように該基材２の表面部２ａ及び第１の引出導線部７に埋め込み形成されている。なお、絶縁層１１は、第１の引出導電部（導電膜）８よりも薄く、例えば導電膜の半分（１０００Å）程度の厚みで形成されている。
【００４２】
ダイヤフラム３は、例えば４０〜８０μｍ程度の厚みを有する平行平板状のＳｉ基板からなる。このダイヤフラム３は、その平面形状が基材２と同じ略矩形状であり、接合部材６と共晶接合されることで、基材２と接合一体化されている。また、ダイヤフラム３は、第１の電極６と対向する第２の電極１２を有している。この第２の電極１２は、基材２とダイヤフラム３との間で対向する対向電極の他方の電極を形成するものである。この静電容量型圧力センサ１では、導電材料からなるダイヤフラム３自体が第２の電極１２を構成している。或いは、ダイヤフラム３の第１の電極６と対向する面に第２の電極１２となる導電層を形成してもよい。また、ダイヤフラム３には、第１の電極パッド１０及び第２の電極パッド１１を露出させる開口部１３ａ，１３ｂが形成されている。なお、ダイヤフラム３は、平行平板状のＳｉ基板を用いた構成に必ずしも限定されるものではなく、第２の電極１２を形成する部分のみ厚みを薄くし、他の部分の厚みを厚くすることによって、基板強度を向上させた構成とすることもできる。
【００４３】
スペーサ部材４は、その厚みによって第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔（ギャップ）を規定すると共に、後述する基材２とダイヤフラム３との接合時に接合部材５が内側に流れ込むのを防ぐためのものである。このスペーサ部材４は、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料からなり、第１の電極６と第２の電極１２との対向部分を取り囲むように、具体的には第２の電極７の外側を取り囲むように所定の厚みで略円環状に形成されている。
【００４４】
接合部材５は、基材２とダイヤフラム３とを接合するためのものであり、スペーサ部材４の外側を取り囲むように略円環状に形成されている。この接合部材５は、ダイヤフラム３との共晶接合が可能な導電材料からなる。このような導電材料としては、Ａｕ又はＡｕ合金、若しくはＡｕと他の導電材料との積層体、例えば、Ｔｉ層／Ａｕ層の順で積層された２層構造のものや、Ｃｒ層／Ａｕ層の順で積層された２層構造のものなどＡｕを含む材料等を用いることができる。
【００４５】
また、基材２とダイヤフラム３とスペーサ部材４との間には、この接合部材５により気密に封止された気密室１４が設けられている。なお、ダイヤフラム３は、気密室１４内を減圧封止することで内側に凹んだ状態となっている（図２において図示せず。）。
【００４６】
また、接合部材５は、略円環状に形成された部分のうち、第１の引出導線部７との交差部分が絶縁層１１上に形成されることによって、第１の引出導線部７及び第１の電極６と電気的に絶縁されている。一方、接合部材５は、第２の引出導線部８との交差部分が第２の引出導線部８上に形成されることによって、第２の引出導線部８と電気的に接続されている。また、接合部材５は、ダイヤフラム３に共晶接合されることによって、第２の電極１２と電気的に接続されている。
【００４７】
以上のような構造を有する静電容量型圧力センサ１では、ダイヤフラム３が外部からの圧力を受けて変形すると、基材２とダイヤフラム３との間で対向する第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔が変化する。このとき、第１の電極６と第２の電極１２との間の静電容量の変化を検出することによって、その圧力を検出することができる。なお、第１の電極６と第２の電極１２との間の静電容量の変化は、第１の電極パッド９及び第２の電極パッド１０を介して接続された半導体チップ等の検出手段によって検出される。そして、検出手段は、検出された静電容量の変化に基づいて、この静電容量型圧力センサ１に加わる圧力を検出する。
【００４８】
この静電容量型圧力センサ１では、ダイヤフラム３と接合部材５とが共晶接合されている。この場合、従来のようなダイヤフラムとなるＳｉ基板と、基材となるパイレックス（登録商標）ガラスとの組み合わせにより必須であった陽極接合を行うことなく、基材２とダイヤフラム３とを接合部材５を介して接合することができる。また、従来のガラスによる接合の場合に比べて、外部からの水分などの侵入を防ぐと共に、接合部分の機械的強度を保つことができる。さらに、この静電容量型圧力センサ１では、ダイヤフラム３と接合部材５との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によって、これらダイヤフラム３と接合部材５とを確実に接合することができる。
【００４９】
ところで、本発明を適用した静電容量型圧力センサ１は、上述した気密室１４を減圧状態で封止する際に、気密室１４内で発生したガスを気密室１４の外側へと逃がすガス抜き用の溝部１５を備えている。この溝部１５は、スペーサ部材４の上面部、すなわちスペーサ部材４のダイヤフラム３と対向する面に、このスペーサ部材５を分断する方向に亘って形成されている。また、溝部１５は、気密室１４内で発生するガスを抜くため、この気密室１４とダイヤフラム３の開口部１３ａ，１３ｂとの間を結ぶ位置に配置されている。本実施の形態では、第１の引出導線部７が形成された位置において、スペーサ部材４の上面部を第１の引出導線部７の長手方向に切り欠くことによって略直線状の溝部１５が形成されている。
【００５０】
この静電容量型圧力センサ１では、気密室１４を減圧状態で封止する際に、スペーサ部材５の溝部１５を通じて気密室１４内で発生したガスを気密室１４の外側へと逃がすことが可能な構造のため、この気密室１４内の内圧のバラツキを抑えることができる。したがって、この静電容量型圧力センサ１では、ダイヤフラム３の撓みを一定にして静電容量のバラツキを抑えることができる。
【００５１】
次に、上記静電容量型圧力センサ１の製造方法について説明する。
【００５２】
上記静電容量型圧力センサ１の製造方法は、図３に示すように、第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８を有する基材２の表面部２ａ上に、上面部に溝部１５を有するスペーサ部材４を形成するスペーサ部材形成工程と、基材２の表面部２ａ上に、スペーサ部材４の外側を取り囲むと共に、上面部にスペーサ部材４の溝部１５と連続する溝部１６を有する接合部材５を形成する接合部材形成工程と、第１の電極６と対向する第２の電極１２を有するダイヤフラム３がスペーサ部材４に当接するまでダイヤフラム３と基材２とを加熱加圧して、接合部材５により基材２とダイヤフラム３とを接合する接合工程とを含むものである。
【００５３】
なお、上記静電容量型圧力センサ１を作製する際は、実際には上記基材２となる部分が同一基板上に複数形成された１枚のグレーズドアルミナ基板に、上記ダイヤフラム３となる１枚のＳｉ基板を接合した後に、これを研削砥石などを用いて所定のチップ寸法に切断（ダイシング）し、最終的に複数の静電容量型圧力センサ１を一括作製するが、以下の説明では、１つの静電容量型圧力センサ１のみを取り上げて、上記静電容量型圧力センサ１を製造する際の各工程について説明するものとする。
【００５４】
上記静電容量型圧力センサ１を作製する際は、いわゆるリフトオフレジストを用いた方法によって、上記第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８となる導電膜を、基材２の表面部２ａと面一となるように該基材２の表面部２ａに埋め込み形成する。
【００５５】
具体的には、先ず、図４に示すように、基材２の表面部２ａ上に、上記第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８に対応する領域に開口部２１ａを有するレジスト層２１を形成する。このレジスト層２１は、基材２の表面部２ａの全面に亘ってレジストを塗布した後に、選択的に露光し、現像を行うことによって形成される。また、レジスト層２１の開口部２１ａを形成する側端部２１ｂは、下層側が上層側よりも後退したアンダーカット形状とする。
【００５６】
次に、図５に示すように、基材２の表面部２ａに対して、イオンミリング処理やプラズマエッチング処理、ウエットエッチング処理などのエッチング処理を施すことによって、表面部２ａのレジスト層２１の開口部２１ａから露出する領域に凹部２２を形成する。
【００５７】
次に、図６に示すように、基材２の表面部２上に、レジスト層２１を残したまま、スパッタ法やイオンビーム成膜法などの成膜法によって、上記第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８となる導電膜２３を成膜する。この成膜処理により、表面部２ａの凹部２２には、導電膜２３が埋め込まれた状態となる。
【００５８】
次に、図７に示すように、基材２の表面部２ａから薬液等を用いてレジスト層２１を除去（リフトオフ）する。
【００５９】
以上の工程を経ることによって、上記第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８となる導電膜２３を、基材２の表面部２ａと面一となるように表面部２ａの凹部２２に埋め込み形成することができる。
【００６０】
この場合、第１の電極６、第１の引出導線部７及び第２の引出導線部８が形成された基材２の表面部２ａは、ほぼ面一となることから、後のスペーサ部材形成工程において、スペーサ部材４を均一の厚みで精度良く表面部２ａ上に形成することができる。したがって、後の接合工程において、スペーサ部材４に対して、平行平板状のダイヤフラム（Ｓｉ基板）３を均一に当接させることができ、スペーサ部材４を介して第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔を高精度に規定することができる。
【００６１】
スペーサ部材形成工程においては、基材２の表面部２ａ上に、円形状の第２の電極７の周囲を同心円状に取り囲む円環状のスペーサ部材４を所定の厚みで形成する。このスペーサ部材４の厚みは、第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔を規定することから、精度良く形成される必要がある。このスペーサ部材形成工程においては、例えば、基材２の表面部２ａ上に絶縁膜を全面に亘って成膜した後に、この絶縁膜上にスペーサ部材４に対応した領域に開口部を有するレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をマスクとして絶縁膜に対するエッチングを行った後に、絶縁膜上からレジスト層を除去する。これにより、スペーサ部材４を基材２の表面部２ａ上に高精度に形成することができる。また、スペーサ部材４の上面部に溝部１５を形成する際は、この溝部１５に対応した開口部を有するレジスト層を基材２の表面部２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとしてスペーサ部材４のエッチングを行った後に、基材２の表面部２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【００６２】
接合部材形成工程においては、接合部材５に対応する領域に開口部を有するレジスト層を形成し、Ａｕめっきを施した後に、レジスト層を除去（リフトオフ）することによって、基材２の表面部２ａ上に、内側スペーサ部材４の外側を取り囲む略円環状の接合部材５を形成する。
【００６３】
また、基材２の表面部２ａ上に接合部材５を形成する際は、この接合部材５をスペーサ部材４よりも厚く形成することが好ましい。この場合、接合部材５の厚みをスペーサ部材４の厚みよりも厚くすることによって、基材２とダイヤフラム３との接合時に、スペーサ部材４に当接する前にダイヤフラム３が接合部材５と接触することになる。これにより、ダイヤフラム３と接合部材５とを確実に共晶接合させることができる。
【００６４】
また、接合部材５を形成する際は、この接合部材５と内側スペーサ部材４との間に隙間を設けておくことが好ましい。この場合、基材２とダイヤフラム３との接合時において、ダイヤフラム３とスペーサ部材４とが当接するまでの間に、加熱加圧された接合部材５がスペーサ部材４の内側に流れ込むのを防ぐことができる。これにより、接合部材５が気密室１４内に侵入するのを防ぐと共に、ダイヤフラム３とスペーサ部材４との間に侵入した接合部材５によって第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
【００６５】
また、接合部材５の上面部に溝部１６を形成する際は、この溝部１６に対応した開口部を有するレジスト層を基材２の表面部２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとして接合部材５のエッチングを行った後に、基材２の表面部２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【００６６】
なお、この接合部材５の溝部１６を形成する際には、上記スペーサ部材４の溝部１５を同時に形成することもできる。この場合、溝部１５，１６に対応した開口部を有するレジスト層を基材２の表面部２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとしてスペーサ部材４及び接合部材５のエッチングを行った後に、基材２の表面部２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【００６７】
接合工程においては、真空（減圧）雰囲気下で、ダイヤフラム３を基材２の表面部２ａに対向させて、ダイヤフラム３がスペーサ部材４に当接するまで、例えば４００℃程度に加熱した状態且つ２０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で、ダイヤフラム３と基材２とを加熱・加圧する。これにより、Ｓｉを含むダイヤフラム３とＡｕを含む接合部材５との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によって、ダイヤフラム３と接合部材５とが強固に接合された状態となる。また、基材２とダイヤフラム３とスペーサ部材４との間には、接合部材５により気密に封止された気密室１４が形成される。
【００６８】
また、接合部材５により基材２とダイヤフラム３とを接合した後は、例えば切断砥石などを用いて、図３中に示す切断線Ｅ１、Ｅ２に沿ってセンサとなる部分を残してダイシングし、不要な部分を除去する。以上のような工程を経ることによって、上述した図１及び２に示す静電容量型圧力センサ１を得ることができる。
【００６９】
ところで、基材２とダイヤフラム３との接合時において、スペーサ部材４及び接合部材５の溝部１５，１６は、気密室１４とダイヤフラム３の開口部１３ａとの間を結ぶ連続した通気路１７を形成している。この通気路１７は、基材２とダイヤフラム３との接合時に、気密室１４内で発生したガスを気密室１４の外側へと逃がすためのものであり、これら溝部１４，１５を通じてスペーサ部材４の内側で発生したガスをスペーサ部材４の外側（ダイヤフラム３の開口部１３ａ）へと逃がす。また、最終的に接合部材５の溝部１６が埋まることで、基材２とダイヤフラム３とスペーサ部材４との間に形成される気密室１４内の内圧のバラツキを抑えることができる。
【００７０】
したがって、この静電容量型圧力センサ１の製造方法では、ダイヤフラム３の撓みを一定にして静電容量のばらつきを抑えた静電容量型圧力センサ１を歩留り良く製造することができる。また、上記気密室１４内を真空（減圧）封止することによって、ダイヤフラム３が気密室１４の内側に凹んだ状態となり、最終的に第１の電極６と第２の電極１２との対向間隔が小さい小型の高感度圧力センサを得ることができる。
【００７１】
また、この静電容量型圧力センサ１の製造方法は、ダイヤフラム３と接合部材５とを共晶接合させるため、従来のような基材２としてパイレックス（登録商標）ガラスを用い、ダイヤフラム３としてＳｉ基板を用いた場合に必須であった陽極接合を行うことなく、基材２とダイヤフラム３とを強固に接合することができる。
【００７２】
また、基材２として、高価なパイレックス（登録商標）ガラスを用いる必要が無くなるため、コスト上昇も抑えることができる。例えば、基材２としてグレーズドアルミナ基板を用いた場合、従来のパイレックス（登録商標）ガラス基板に比べて１／５〜１／１０程度の値段で入手が可能なことから、その分だけ従来よりも安価に製造することができる。なお、本発明は、基材２としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いることを妨げるものではない。
【００７３】
なお、接合部材５の更に外側には、基材５２とダイヤフラム３とを接合する接合部材５が設けられている。この場合、接合部材５を介して基材２とダイヤフラム３とを接合することによって、外部からの水分などの侵入を防ぐと共に、接合後に必要部分のみを残してその他の部分を切断砥石などを用いてダイシングする際の接合部分の機械的強度を保つことができる。
【００７４】
なお、本発明では、気密室１４内で発生したガスを気密室１４の外側へと効率よく逃がすために、上記通気路１７の配置や数、形状等について適宜変更して実施することができる。また、ガス抜き用の通気路１７をダイシングされるダイシングラインまで更に引き延ばすこともできる。また、ガス抜き用の溝部１５をスペーサ部材４を完全に分断する（スペーサ部材４の厚みと同じ）深さで形成してもよい。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態として図８及び図９に示す静電容量型圧力センサ５１について説明する。なお、図８は、この静電容量型圧力センサ５１をダイヤフラム５３側から透視して示す平面図であり、図９は、本発明を適用した静電容量型圧力センサ５１を図８中線分Ｂ１−Ｂ２によって切断して示す断面図である。
【００７５】
この静電容量型圧力センサ５１は、基材５２と、基材５２の表面部５２ａと対向して配置されたダイヤフラム５３と、基材５２とダイヤフラム５３との間に配置された内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂと、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に配置された接合部材５５とを備えている。
【００７６】
基材５２は、絶縁性の表面部５２ａを有する基板、例えば表面部５２ａがガラス質からなるグレーズドアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板からなる。この基材５２は、例えば２ｍｍ×２ｍｍ程度の大きさで略矩形状に形成されている。なお、基材５２は、少なくとも絶縁性の表面部５２ａを有するものであれば、例えば全体が絶縁体からなるものを用いてもよい。
【００７７】
この基材５２の表面部５２ａには、導電膜からなる第１の電極５６と第１の引出導線部５７と第２の引出導線部５８とが設けられている。このうち、第１の電極５６は、基材５２とダイヤフラム５３との間で対向する対向電極の一方の電極を形成するものであり、その平面形状は略円形状である。第１の引出導線部５７は、第１の電極５６の一部が一方側に引き延ばされてなるものであり、その平面形状は略矩形状である。第２の引出導線部５８は、第１の引出導線部５７とは第１の電極５６を挟んだ反対側に位置し、第１の電極５６とは離間して他方側に引き延ばされてなるものであり、その平面形状は第１の引出導線部５７とほぼ同じ略矩形状である。また、これら第１の電極５６、第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８は、基材５２の表面部５２ａと面一となるように該基材５２の表面部５２ａに埋め込み形成された導電膜からなる。
【００７８】
この導電膜には、例えばＴｉ層／Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層の順で積層した積層構造のものを用いることができる。その他にも、Ｔｉ層／Ｔａ層／Ａｕ層、Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｔａ層／Ａｕ層、Ｃｒ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｃｒ層／Ａｕ層、Ｃｒ層／Ｔａ層／Ａｕ層／Ｔａ層、Ｃｒ層／Ｔａ層／Ａｕ層などの積層構造のものを用いることできるが、これら積層構造のものに必ずしも限定されるものではない。なお、導電膜は、数１０００Å（例えば２０００Å）程度の厚みで形成されている。
【００７９】
第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８の第１の電極５６から離間する側の端部上には、それぞれ外部接続用の第１の電極パッド５９及び第２の電極パッド６０が設けられている。これら電極パッド５９，６０は、例えばＡｕめっき等からなる。また、第１の引出導線部５７の第１の電極５６と第１の電極パッド５９との間には、絶縁層６１が設けられている。この絶縁層６１は、第１の引出導線部５７と接合部材５６とを電気的に絶縁するためのものであり、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＮｘ等の絶縁材料からなる。この絶縁層６１は、第１の引出導線部５７の上を跨ぐように形成されており、その平面形状は略矩形状である。また、絶縁層６１は、基材５２の表面部５２ａと面一となるように該基材５２の表面部５２ａ及び第１の引出導線部５７に埋め込み形成されている。なお、絶縁層６１は、第１の引出導電部（導電膜）５８よりも薄く、例えば導電膜の半分（１０００Å）程度の厚みで形成されている。
【００８０】
ダイヤフラム５３は、例えば４０〜８０μｍ程度の厚みを有する平行平板状のＳｉ基板からなる。このダイヤフラム５３は、その平面形状が基材５２と同じ略矩形状であり、接合部材５６と共晶接合されることで、基材５２と接合一体化されている。また、ダイヤフラム５３は、第１の電極５６と対向する第２の電極６２を有している。この第２の電極６２は、基材５２とダイヤフラム５３との間で対向する対向電極の他方の電極を形成するものである。この静電容量型圧力センサ５１では、導電材料からなるダイヤフラム５３自体が第２の電極６２を構成している。或いは、ダイヤフラム５３の第１の電極５６と対向する面に第２の電極６２となる導電層を形成してもよい。また、ダイヤフラム５３には、第１の電極パッド６０及び第２の電極パッド６１を露出させる開口部６３ａ，６３ｂが形成されている。なお、ダイヤフラム５３は、平行平板状のＳｉ基板を用いた構成に必ずしも限定されるものではなく、第２の電極６２を形成する部分のみ厚みを薄くし、他の部分の厚みを厚くすることによって、基板強度を向上させた構成とすることもできる。
【００８１】
内側スペーサ部材５４ａは、その厚みによって第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔（ギャップ）を規定すると共に、後述する基材５２とダイヤフラム５３との接合時に接合部材５５が内側に流れ込むのを防ぐためのものである。この内側スペーサ部材５４ａは、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料からなり、第１の電極５６と第２の電極６２との対向部分を取り囲むように、具体的には第２の電極５６の外側を取り囲むように所定の厚みで略円環状に形成されている。
【００８２】
外側スペーサ部材５４ｂは、その厚みによって第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔（ギャップ）を規定すると共に、後述する基材５２とダイヤフラム５３との接合時に接合部材５が外側に流れ込むのを防ぐためのものである。この外側スペーサ部材５４ｂは、内側スペーサ部材５４ａと同じＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の絶縁材料からなり、内側スペーサ部材５４ａの外側を取り囲むように内側スペーサ部材５４ａと同じ厚みで略円環状に形成されている。
【００８３】
接合部材５５は、基材５２とダイヤフラム５３とを接合するためのものであり、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に埋め込まれた状態で基材５２とダイヤフラム５３とを接合している。この接合部材５５は、ダイヤフラム５３との共晶接合が可能な導電材料からなる。このような導電材料としては、Ａｕ又はＡｕ合金、若しくはＡｕと他の導電材料との積層体、例えば、Ｔｉ層／Ａｕ層の順で積層された２層構造のものや、Ｃｒ層／Ａｕ層の順で積層された２層構造のものなどＡｕを含む材料等を用いることができる。
【００８４】
また、基材５２とダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間には、この接合部材５５により気密に封止された気密室６４が設けられている。なお、ダイヤフラム５３は、気密室６４内を減圧封止することで内側に凹んだ状態となっている（図９において図示せず。）。
【００８５】
また、接合部材５５は、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間で略円環状に形成された部分のうち、第１の引出導線部５７との交差部分が絶縁層６１上に形成されることによって、第１の引出導線部５７及び第１の電極５６と電気的に絶縁されている。一方、接合部材５５は、第２の引出導線部５８との交差部分が第２の引出導線部５８上に形成されることによって、第２の引出導線部５８と電気的に接続されている。また、接合部材５５は、ダイヤフラム５３に共晶接合されることによって、第２の電極６２と電気的に接続されている。
【００８６】
以上のような構造を有する静電容量型圧力センサ５１では、ダイヤフラム５３が外部からの圧力を受けて変形すると、基材５２とダイヤフラム５３との間で対向する第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔が変化する。このとき、第１の電極５６と第２の電極６２との間の静電容量の変化を検出することによって、その圧力を検出することができる。なお、第１の電極５６と第２の電極６２との間の静電容量の変化は、第１の電極パッド５９及び第２の電極パッド６０を介して接続された半導体チップ等の検出手段によって検出される。そして、検出手段は、検出された静電容量の変化に基づいて、この静電容量型圧力センサ５１に加わる圧力を検出する。
【００８７】
この静電容量型圧力センサ５１では、上述した接合部材５５が内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に埋め込まれた状態で基材５２とダイヤフラム５３とを接合することによって、基材５２とダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間に気密性に優れた気密室６４を精度良く設けることができる。また、接合部材５５が内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に埋め込まれた状態で基材５２とダイヤフラム５３とを接合することによって、基材５２とダイヤフラム５３との接合強度を高めると共に、ダイヤフラム５３の接合部分にかかる応力を均一に保つことができる。さらに、基材５２とダイヤフラム５３との間に配置された内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの厚みによって、第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔を高精度に規定することができる。
【００８８】
また、この静電容量型圧力センサ５１では、ダイヤフラム５３と接合部材５５とが共晶接合されている。この場合、従来のようなダイヤフラムとなるＳｉ基板と、基材となるパイレックス（登録商標）ガラスとの組み合わせにより必須であった陽極接合を行うことなく、基材５２とダイヤフラム５３とを接合部材５５を介して接合することができる。また、従来のガラスによる接合の場合に比べて、外部からの水分などの侵入を防ぐと共に、接合部分の機械的強度を保つことができる。さらに、この静電容量型圧力センサ５１では、ダイヤフラム５３と接合部材５５との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によって、これらダイヤフラム５３と接合部材５５とを確実に接合することができる。
【００８９】
ところで、本発明を適用した静電容量型圧力センサ５１は、上述した気密室６４を減圧状態で封止する際に、気密室６４内で発生したガスを気密室６４の外側へと逃がすガス抜き用の溝部６５ａ，６５ｂを備えている。この溝部６５ａ，６５ｂは、内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの上面部、すなわち内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂのダイヤフラム３と対向する面に、これらスペーサ部材５４ａ，５４ｂを分断する方向に亘って形成されている。また、これら溝部６５ａ，６５ｂは、気密室６４内で発生するガスを抜くため、この気密室６４とダイヤフラム５３の開口部６３ａ，６３ｂとの間を結ぶ位置に配置されている。本実施の形態では、第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８が形成された位置において、それぞれ内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの上面部を第１及び第２の引出導線部５７，５８の長手方向に切り欠くことによって略直線状の溝部６５ａ，６５ｂが形成されている。
【００９０】
この静電容量型圧力センサ５１では、気密室６４を減圧状態で封止する際に、内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの溝部６５ａ，６５ｂを通じて気密室６４内で発生したガスを気密室６４の外側へと逃がすことが可能な構造のため、この気密室６４内の内圧のバラツキを抑えることができる。したがって、この静電容量型圧力センサ５１では、ダイヤフラム５３の撓みを一定にして静電容量のバラツキを抑えることができる。
【００９１】
次に、上記静電容量型圧力センサ５１の製造方法について説明する。
【００９２】
上記静電容量型圧力センサ５１の製造方法は、図１０に示すように、第１の電極５６、第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８を有する基材５２の表面部５２ａ上に、第１の電極５６の周囲を取り囲むと共に、上面部に溝部６５ａを有する内側スペーサ部材５４ａと、この内側スペーサ部材５４ａの外側を取り囲むと共に、上面部に溝部６５ｂを有する外側スペーサ部材５４ｂとを同一の厚みで形成するスペーサ部材形成工程と、基材５２の表面部５２ａ上に、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に位置すると共に、上面部に内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの溝部６５ａ，６５ｂと連続する溝部６６を有する接合部材５５を形成する接合部材形成工程と、第１の電極５６と対向する第２の電極６２を有するダイヤフラム５３が内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂに当接するまでダイヤフラム５３と基材２とを加熱加圧して、接合部材５５により基材５２とダイヤフラム５３とを接合する接合工程とを含むものである。
【００９３】
なお、上記静電容量型圧力センサ５１を作製する際は、実際には上記基材５２となる部分が同一基板上に複数形成された１枚のグレーズドアルミナ基板に、上記ダイヤフラム５３となる１枚のＳｉ基板を接合した後に、これを研削砥石などを用いて所定のチップ寸法に切断（ダイシング）し、最終的に複数の静電容量型圧力センサ５１を一括作製するが、以下の説明では、１つの静電容量型圧力センサ５１のみを取り上げて、上記静電容量型圧力センサ５１を製造する際の各工程について説明するものとする。
【００９４】
上記静電容量型圧力センサ５１を作製する際は、いわゆるリフトオフレジストを用いた方法によって、上記第１の電極５６、第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８となる導電膜を、基材５２の表面部５２ａと面一となるように該基材５２の表面部５２ａに埋め込み形成する。なお、この製造プロセスについては、上述した図４乃至図７に示す製造プロセスと同様のため、以下説明を省略するものとする。
【００９５】
この場合、第１の電極５６、第１の引出導線部５７及び第２の引出導線部５８が形成された基材５２の表面部５２ａは、ほぼ面一となることから、後のスペーサ部材形成工程において、内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂ全体を均一の厚みで精度良く表面部５２ａ上に形成することができる。したがって、後の接合工程において、これら内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂに対して、平行平板状のダイヤフラム（Ｓｉ基板）５３を均一に当接させることができ、これら内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂを介して第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔を高精度に規定することができる。
【００９６】
スペーサ部材形成工程においては、基材５２の表面部５２ａ上に、円形状の第２の電極５６の周囲を同心円状に取り囲む円環状の内側スペーサ部材５４ａと、この内側スペーサ部材５４ａの外側を同心円状に取り囲む円環状の外側スペーサ部材５４ｂとを、それぞれ同じ厚みで形成する。これら内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂは、第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔を規定することから、同じ厚みで精度良く形成される必要がある。このスペーサ部材形成工程においては、例えば、基材５２の表面部５２ａ上に絶縁膜を全面に亘って成膜した後に、この絶縁膜上に内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５５４ｂに対応した領域に開口部を有するレジスト層を形成する。そして、このレジスト層をマスクとして絶縁膜に対するエッチングを行った後に、絶縁膜上からレジスト層を除去する。これにより、内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂを同じ厚みで基材５２の表面部５２ａ上に高精度に形成することができる。
【００９７】
また、内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの上面部に溝部６５ａ，６５ｂを形成する際は、この溝部６５ａ，６５ｂに対応した開口部を有するレジスト層を基材５２の表面部５２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとしてスペーサ部材５４ａ，５４ｂのエッチングを行った後に、基材５２の表面部５２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【００９８】
接合部材形成工程においては、接合部材５５に対応する領域に開口部を有するレジスト層を形成し、Ａｕめっきを施した後に、レジスト層を除去（リフトオフ）することによって、基材５２の表面部５２ａ上に、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に位置する接合部材５５を形成する。
【００９９】
また、基材５２の表面部５２ａ上に接合部材５５を形成する際は、この接合部材５５を内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂよりも厚く、且つ、内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間の幅よりも小さく形成することが好ましい。
【０１００】
この場合、接合部材５５の厚みを内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの厚みよりも厚くすることによって、基材５２とダイヤフラム５３との接合時に、内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂに当接する前にダイヤフラム５３が接合部材５５と接触することになる。これにより、ダイヤフラム５３と接合部材５５とを確実に共晶接合させることができる。
【０１０１】
また、接合部材５５の幅を内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間の幅よりも小さくすることによって、最終的に接合部材５５を内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に隙間無く埋め込むことができる。
【０１０２】
ここで、接合部材５５の幅／厚みのアスペクト比は、（内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間の幅）／（内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの厚み）とは逆のアスペクト比とすることが好ましい。例えば、接合部材５５の幅を内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間の幅に対して１／２倍とした場合、この接合部材５５の厚みを内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの厚みに対して２倍とする。これにより、最終的に接合部材５５を内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に隙間無く埋め込むことができる。これにより、気密室６４の容積にバラツキが生じるのを防ぐと共に、温度特性も向上させることができる。
【０１０３】
また、接合部材５５を形成する際は、この接合部材５５と内側スペーサ部材５４ａとの間に隙間を設けておくことが好ましい。この場合、基材５２とダイヤフラム５３との接合時において、ダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとが当接するまでの間に、加熱加圧された接合部材５５が内側スペーサ部材５４ａの内側に流れ込むのを防ぐことができる。これにより、接合部材５５が気密室６４内に侵入するのを防ぐと共に、ダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間に侵入した接合部材５５によって第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
【０１０４】
さらに、接合部材５５を形成する際は、この接合部材５５と外側スペーサ部材５４ｂとの間に隙間を設けておくことが好ましい。この場合、基材５２とダイヤフラム５３との接合時において、ダイヤフラム５３と外側スペーサ部材５４ｂとが当接するまでの間に、加熱加圧された接合部材５５が外側スペーサ部材５４ｂの外側に流れ込むのを防ぐことができる。これにより、ダイヤフラム５３と外側スペーサ部材５４ｂとの間に侵入した接合部材５５によって第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔にバラツキが生じるのを防ぐことができる。
【０１０５】
また、接合部材５５の上面部に溝部６６を形成する際は、この溝部６６に対応した開口部を有するレジスト層を基材５２の表面部５２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとして接合部材５５のエッチングを行った後に、基材５２の表面部５２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【０１０６】
なお、この接合部材５５の溝部６６を形成する際には、上記内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの溝部６５ａ，６５ｂを同時に形成することもできる。この場合、溝部６５ａ，６５ｂ，６６に対応した開口部を有するレジスト層を基材５２の表面部５２ａ上に形成し、このレジスト層をマスクとしてスペーサ部材５４ａ，５４ｂ及び接合部材５５のエッチングを行った後に、基材５２の表面部５２ａからレジスト層を除去することによって行う。
【０１０７】
接合工程においては、真空（減圧）雰囲気下で、ダイヤフラム５３を基材５２の表面部５２ａに対向させて、ダイヤフラム５３が内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂに当接するまで、例えば４００℃程度に加熱した状態且つ２０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で、ダイヤフラム５３と基材５２とを加熱・加圧する。
【０１０８】
このとき、内側スペーサ部材５４ａが接合部材５５の内側への流れ込みを防ぐと共に、外側スペーサ部材５４ｂが接合部材５５の外側への流れ込みを防ぐことによって、基材５２とダイヤフラム５３との間で加熱加圧された接合部材５５が内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に埋め込まれた状態となる。また、Ｓｉを含むダイヤフラム５３とＡｕを含む接合部材５５との接合界面に生じるＳｉＡｕ共晶結合によって、ダイヤフラム５３と接合部材５５とが強固に接合された状態となる。このような状態の接合部材５５により基材５２とダイヤフラム５３とを確実に接合することができる。また、基材５２とダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間には、接合部材５５により気密に封止された気密室６４が形成される。
【０１０９】
また、接合部材５５により基材５２とダイヤフラム５３とを接合した後は、例えば切断砥石などを用いて、図１０中に示す切断線Ｅ３、Ｅ４に沿ってセンサとなる部分を残してダイシングし、不要な部分を除去する。以上のような工程を経ることによって、上述した図８及び９に示す静電容量型圧力センサ５１を得ることができる。
【０１１０】
ところで、基材５２とダイヤフラム５３との接合時において、内側及び外側スペーサ部材５４ａ，５４ｂの溝部６５ａ，６５ｂ及び接合部材５５の溝部６６は、気密室６４とダイヤフラム５３の開口部６３ａ，６３ｂとの間を結ぶ連続した通気路６７ａ，６７ｂを形成している。これらの通気路６７ａ，６７ｂは、基材５２とダイヤフラム５３との接合時に、気密室６４内で発生したガスを気密室６４の外側へと逃がすためのものであり、これら溝部６４ａ，６４ｂ，６５を通じてスペーサ部材５４ａの内で発生したガスをスペーサ部材５４ｂの外側（ダイヤフラム３の開口部６３ａ，６３ｂ）へと逃がす。また、最終的に接合部材５５の溝部６６が埋まることで、基材５２とダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間に形成される気密室６４内の内圧のバラツキを抑えることができる。
【０１１１】
したがって、この静電容量型圧力センサ５１の製造方法では、ダイヤフラム５３の撓みを一定にして静電容量のばらつきを抑えた静電容量型圧力センサ１を歩留り良く製造することができる。また、気密室６４内を真空（減圧）封止することによって、ダイヤフラム５３が気密室６４の内側に凹んだ状態となり、最終的に第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔が小さい小型の高感度圧力センサを得ることができる。
【０１１２】
また、この静電容量型圧力センサ１の製造方法では、基材５２とダイヤフラム５３との接合時に、内側スペーサ部材５４ａが接合部材５５の内側への流れ込みを防ぐと共に、外側スペーサ部材５４ｂが接合部材５５の外側への流れ込みを防ぐことから、基材５２とダイヤフラム５３と内側スペーサ部材５４ａとの間に気密性に優れた気密室６４を精度良く形成することができる。また、接合部材５５が内側スペーサ部材５４ａと外側スペーサ部材５４ｂとの間に埋め込まれた状態で基材５２とダイヤフラム５３とを接合することによって、基材５２とダイヤフラム５３との接合強度を高めると共に、ダイヤフラム５３の接合部分にかかる応力を均一に保つことができる。さらに、基材５２とダイヤフラム５３との間に配置された内側スペーサ部材５４ａ及び外側スペーサ部材５４ｂの厚みによって、第１の電極５６と第２の電極６２との対向間隔を高精度に規定することができる。
【０１１３】
また、この静電容量型圧力センサ５１の製造方法は、ダイヤフラム５３と接合部材５５とを共晶接合させるため、従来のような基材５２としてパイレックス（登録商標）ガラスを用い、ダイヤフラム５３としてＳｉ基板を用いた場合に必須であった陽極接合を行うことなく、基材５２とダイヤフラム５３とを強固に接合することができる。
【０１１４】
また、基材５２として、高価なパイレックス（登録商標）ガラスを用いる必要が無くなるため、コスト上昇も抑えることができる。例えば、基材５２としてグレーズドアルミナ基板を用いた場合、従来のパイレックス（登録商標）ガラス基板に比べて１／５〜１／１０程度の値段で入手が可能なことから、その分だけ従来よりも安価に製造することができる。なお、本発明は、基材５２としてパイレックス（登録商標）ガラスを用いることを妨げるものではない。
【０１１５】
なお、外側スペーサ部材５４ｂの外側には、更に基材５２とダイヤフラム５３とを接合する接合部材５５が設けられている。この場合、接合部材５５を介して基材５２とダイヤフラム５３とを接合することによって、外部からの水分などの侵入を防ぐと共に、接合後に必要部分のみを残してその他の部分を切断砥石などを用いてダイシングする際の接合部分の機械的強度を保つことができる。
【０１１６】
なお、本発明では、気密室６４内で発生したガスを気密室６４の外側へと効率よく逃がすために、上記通気路６７ａ，６７ｂの配置や数、形状等について適宜変更して実施することができる。また、ガス抜き用の通気路６７ａ，６７ｂをダイシングされるダイシングラインまで更に引き延ばすこともできる。また、ガス抜き用の溝部６５ａ，６５ｂをスペーサ部材５４ａ，５４ｂを完全に分断する（スペーサ部材５４ａ，５４ｂの厚みと同じ）深さで形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、例えば数ｍｍ角程度の小型軽量且つ高感度の静電容量型圧力センサを提供する技術であり、例えば自動車などのタイヤの空気圧を常時検出する小型圧力センサや、その他一般なガス圧センサや流体圧センサなど、種々の分野の圧力検出において幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態として示す静電容量型圧力センサの平面図である。
【図２】図２は、図１に示す線分Ａ１−Ａ２による静電容量型圧力センサの断面図である。
【図３】図３は、図１に示す静電容量型圧力センサの基材とダイヤフラムとが接合される前の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、基材の表面部に開口部を有するレジスト層を形成した状態を示す断面図である。
【図５】図５は、基材の表面部に凹部を形成した状態を示す断面図である。
【図６】図６は、基材の表面部に導電膜を形成した状態を示す断面図である。
【図７】図７は、基材の表面部からレジスト層を除去した状態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態として示す静電容量型圧力センサの平面図である。
【図９】図９は、図８に示す線分Ｂ１−Ｂ２による静電容量型圧力センサの断面図である。
【図１０】図１０は、図８に示す静電容量型圧力センサの基材とダイヤフラムとが接合される前の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１…静電容量型圧力センサ  ２…基材  ３…ダイヤフラム  ４…スペーサ部材  ５…接合部材  ６…第１の電極  １２…第２の電極  １４…気密室  １５…溝部  １６…溝部  １７…通気路  ５１…静電容量型圧力センサ  ５２…基材  ５３…ダイヤフラム  ５４ａ…内側スペーサ部材  ５４ｂ…外側スペーサ部材  ５５…接合部材  ５６…第１の電極  ６２…第２の電極  ６４…気密室  ６５ａ，６５ｂ…溝部  ６６…溝部  ６７…通気路
【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】
2007047100.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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