JPH06300650A

JPH06300650A - 静電容量式圧力センサ

Info

Publication number: JPH06300650A
Application number: JP10725493A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Kimura; 重夫木村; Yoshiyuki Ishikura; 義之石倉; Takashi Kihara; 隆木原; Homare Masuda; 誉増田
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1993-04-12
Filing date: 1993-04-12
Publication date: 1994-10-28
Anticipated expiration: 2013-05-06
Also published as: JP2748079B2

Abstract

(57)【要約】【目的】結露や塵の問題を含めた大気環境の変化に影
響されることなく微圧から高圧までの圧力レンジを静電
容量的に計測可能とする。また、環境の変化に起因する
誤差の発生を抑え、高精度でかつ信頼性の高い圧力計測
を可能にする。【構成】枠状に形成されたダイアフラム支持部１と、
ダイアフラム支持部１の開口端に外部とは隔離されたキ
ャビィテ９を介して対向配置された第１のダイアフラム
部２および第２のダイアフラム部３と、この第１のダイ
アフラム部２と第２のダイアフラム部３との対向面に連
結された複数の柱４と、第２のダイアフラム部３の底面
に形成された可動電極８と、キャビィテ９内に可動電極
８と対向し、かつ複数の柱４とは接触せずにほぼ平行に
支持固定された固定電極７とを有して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定圧力の変化を静
電容量的に検出するダイアフラム構造の静電容量式圧力
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の静電容量式圧力センサと
しては、図１８に断面で示すように凹部内に固定電極３
１が形成されたパイレックスなどからなるカバーガラス
３２と、表面側の凹部内に可動電極３３が形成されたシ
リコンウエハ３４とをその電極面を対向配置させてその
周辺部分を陽極接合による接合部３５により接合させて
ダイアフラム部Ｄを構成したセンサ素子３６が提案され
ている。なお、Ｐ１が測定圧力、Ｐ２が大気圧である。

【０００３】このように構成される静電容量式圧力セン
サは、測定圧力Ｐ１が増加すると、ダイアフラム部Ｄが
変形し、固定電極３１と可動電極３３との間のギャップ
Ｇが変化し（この場合は狭くなり）、固定電極３１と可
動電極３３とで構成されるコンデンサの容量値が変化
し、この容量値を測定することにより、測定圧力Ｐ１を
検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された静電容量式圧力センサは、大気圧の湿度
等の環境の変化が発生した場合、固定電極３１と可動電
極３３との間のギャップＧ内の空気の誘電率が湿度など
の変化に対応して変化し、これによって測定圧力以外の
要因によりコンデンサ容量値が変化するという誤差要因
が存在する。

【０００５】このような問題を解決したものとしては、
湿度等の環境の変化により発生する誤差要因を取り除く
ためにレファレンスコンデンサを設けた静電容量式圧力
センサが提案されている（特開昭６３−３０８５２９号
公報）。この静電容量式圧力センサは、測定圧力に応じ
て容量値が変化するセンシングコンデンサと、測定圧力
が変化しても容量値が変化しないレファレンスコンデン
サとを有して構成されており、センシングコンデンサと
レファレンスコンデンサとの両電極間ギャップは同一の
大気が導入されるため、湿度等の環境の変化により発生
する誤差要因を取り除くことができる。

【０００６】しかしながら、このように構成された静電
容量式圧力センサは、コンデンサ電極表面の結露やコン
デンサ電極内への微小な塵の混入が発生した場合の誤差
要因を取り除くことができないという問題があった。ま
た、結露の発生は、圧力を測定する媒体の温度が大気温
度より低い場合等には避けられない現象であり、塵の混
入も大気圧用の圧力導入穴が存在する以上避けられない
問題であった。したがってこれらの問題は、圧力計測の
誤差発生の原因となり、高精度で信頼性の高い圧力計測
が不可能となるなどの問題があった。

【０００７】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、結
露および塵の問題を含めた大気環境の変化に影響される
ことなく、かつ大気圧の変動に起因する誤差がほとんど
発生されることなく、しかも異種材料接合界面の残留応
力の計時変化に起因する圧力計測誤差の少ない微圧から
高圧までの圧力レンジを静電容量的に計測可能とした静
電容量式圧力センサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、ほぼ枠状に形成されたダイアフラム
支持部を少なくとも一方に有し、かつ外部とは隔離され
た空洞部を介して対向配置された第１のダイアフラム部
および第２のダイアフラム部と、この第１のダイアフラ
ム部と第２のダイアフラム部との対向面に連結され、か
つ空洞部を介して第１のダイアフラム部と第２のダイア
フラム部とを支持固定する複数の柱と、第１のダイアフ
ラム部および第２のダイアフラム部の対向面のいずれか
一方の面に形成された可動電極と、空洞部内に可動電極
と対向し、かつ複数の柱とは接触せずにほぼ平行に支持
固定された固定電極とを備え、第１のダイアフラム部と
第２のダイアフラム部との間の空洞部内において可動電
極と固定電極との間にコンデンサ構造を形成したもので
ある。

【０００９】

【作用】本発明においては、測定圧力（例えば大気圧）
Ｐ１が第１のダイアフラム部に印加され、測定圧力Ｐ２
が第２のダイアフラム部に印加されるようにセットする
ことによって測定圧力Ｐ１と測定圧力Ｐ２とに圧力差が
発生すると、第１のダイアフラム部および第２のダイア
フラム部と複数の柱とが一体となって変位し、可動電極
と固定電極との間の空洞部の間隙寸法が変化し、可動電
極と固定電極とで構成されるコンデンサ構造の容量値が
変化し、この容量値を測定することで測定圧力を知るこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明に実施例を詳細に
説明する。（実施例１）図１は、本発明による静電容量式圧力セン
サの一実施例による構成を示す図であり、図１（ａ）は
平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ′線方向の断
面図であり、図１（ｃ）はその動作を説明する断面図で
ある。図１（ａ）および図１（ｂ）において、１はほぼ
枠体状に形成されたダイアフラム支持部、２，３はこの
ダイアフラム支持部１の両端開口端部にそれぞれ閉塞す
るように形成されたそれぞれ薄肉状の第１のダイアフラ
ム部および第２のダイアフラム部である。

【００１１】また、４はダイアフラム支持部１内で対向
する第１のダイアフラム部２と第２のダイアフラム部３
との対向面を多数個所にわたって連結して固定された複
数の柱であり、これらの複数の柱４およびダイアフラム
支持部１は、第２のダイアフラム部３と一体的に形成さ
れて第１のダイアフラム部２に対して接合材を用いずに
陽極接合により密着固定される構成となっている。な
お、これらのダイアフラム支持部１，第１のダイアフラ
ム部２および第２のダイアフラム部３は、例えばサファ
イア基板により形成されており、複数の柱４およびダイ
アフラム支持部１と第１のダイアフラム部２とは、サフ
ァイアの融点未満の温度においてサファイア基板同志を
直接張り合わせることによって接合されて密着固定され
る構造となっている。

【００１２】また、５，６はダイアフラム支持部１の内
壁面に第１のダイアフラム部２および第２のダイアフラ
ム部３にそれぞれ対向して支持固定された第１の固定電
極支持板および第２の固定電極支持板、７はこの第１の
固定電極支持板５と第２の固定電極支持板６との間に挟
持されて形成された導電性薄膜からなる固定電極であ
る。この固定電極７は薄膜で形成されており、第１の固
定電極支持板５と第２の固定電極支持板６との間に挟持
されて固定電極部を構成している。また、この固定電極
部のダイアフラム支持部１への固定構造は、ダイアフラ
ム支持部１の内壁に第１の固定電極支持板５および第２
の固定電極支持板６の成膜時の内壁への回り込み成膜な
どにより形成される。また、８は第２のダイアフラム部
３の底面に固定電極７と対向して形成された導電性薄膜
からなる可動電極である。

【００１３】なお、第１の固定電極支持板５および第２
の固定電極支持板６も前述と同様に例えばサファイアな
どにより形成されている。また、第２の固定電極支持板
６と可動電極８との間のギャップＧはサブμｍ程度であ
り、この可動電極８と固定電極７とが対向する電極間の
間隔は約１μｍ程度である。したがってこれらの可動電
極８および固定電極７は、約１μｍ程度の電極間間隔を
介して対向配置されてコンデンサ構造が形成され、容量
式のセンサ素子が構成されている。さらにこのコンデン
サ構造が形成されたダイアフラム支持部１内は、外部環
境と隔離されて完全に密封されたキャビティ９が形成さ
れており、このキャビティ９内には真空またはガスが封
入される構造となっている。

【００１４】このように構成された静電容量式圧力セン
サは、環境１の測定圧力（例えば大気圧）Ｐ１が第１の
ダイアフラム部２に印加され、環境２の測定圧力Ｐ２が
第２のダイアフラム部２に印加されるようにセットす
る。ここで測定圧力Ｐ１＞測定圧力Ｐ２の場合には、図
１（ｃ）に示すように第１のダイアフラム部２に測定圧
力Ｐ１が印加され、測定圧力Ｐ１と測定圧力Ｐ２とに圧
力差が発生すると、柱４で連結されている第１のダイア
フラム部２と第２のダイアフラム部３との間のキャビテ
ィ９内の間隙部分が圧力差に応じて一体となって変位
し、これに伴って第２のダイアフラム部３に形成されて
いる可動電極８も一体となって変位する。これによって
可動電極８と固定電極７との間の電極間間隔が変化し、
可動電極８と固定電極７とで構成されるコンデンサ構造
の容量値が変化するので、この容量値を測定することで
測定圧力の計測が可能となる。

【００１５】このような構成によれば、キャビティ９内
は真空またはガスが封入される構造となっているため、
湿度等の環境が変化しても、可動電極８と固定電極７と
の間の誘電率は変化しないことになる。また、使用雰囲
気の塵や埃があっても、圧力計測に影響がないことは自
明である。さらに結露雰囲気で使用しても圧力計測に影
響がないことも自明である。したがって湿度等の環境の
変化に起因する誤差が殆ど発生しない。

【００１６】また、通常は、キャビティ９内が封止され
ていると、大気圧の変動により、測定容量値が変化す
る。特に１Ｋｇ／ｃｍ^-2程度以下の低圧力レンジの測定
の場合には、大気圧変動は極めて大きな測定誤差になっ
てしまう。しかしながら、このような構成によれば、例
えば大気圧が上昇して第１のダイアフラム部２および第
２のダイアフラム部３を押しつぶそうという力が作用し
ても、多数本の柱４があるため、殆ど変形できず、大気
圧の変動に対する誤差の発生が殆どない。したがって大
気圧による影響が殆どない。

【００１７】さらにこのような構成によれば、圧力セン
サチップの主構成材料がサファイアガラス等の同一材料
であり、かつチップ内の接合（第１のダイアフラム部２
とダイアフラム支持部１との接合）が異種材料である接
着材を使用していないため、チップ製作時に接合界面に
応力の残留がなく、よって異種材料の接合の場合に発生
する接合界面の残留応力の経時変化に起因する圧力計測
誤差が発生し難い。したがって圧力計測誤差の経時変化
が小さいなる。

【００１８】また、このような構成によれば、半導体プ
ロセスと同様に基板内多数のチップ製作できるため、同
じ品質のチップの大量生産が可能となり、低コスト化が
可能となる。したがって信頼性の高いチップの量産化が
可能となる。

【００１９】（実施例２）図２は、本発明による静電容
量式圧力センサの他の実施例による構成を示す図であ
り、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ
−Ｂ′線方向の断面図であり、図２（ｃ）はその動作を
説明する断面図である。前述の図１と同一部分には同一
符号を付してある。図２（ａ）および図２（ｂ）におい
て、実施例１と異なる点は、薄肉状の第１のダイアフラ
ム部２の外面側には、第１のダイアフラム部２と対向す
る面に断面が凹状となる第１のギャップ１１ａおよびこ
の第１のギャップ１１ａに環境１と連通する溝状の圧力
導入穴１１ｂがそれぞれ形成された過大保護機構として
のストッパ１１がその第１のギャップ１１ａ側を対向さ
せ、接着配置されて設けられている。

【００２０】また、同様に薄肉状の第２のダイアフラム
部３の外面側には、第２のダイアフラム部３と対向する
面に断面が凹状となる第２のギャップ１２ａおよびこの
第２のギャップ１２ａに環境２と連通する溝状の圧力導
入穴１２ｂがそれぞれ形成された過大保護機構としての
ストッパ１２がその第２のギャップ１２ａ側を対向さ
せ、接着配置されて設けられている。

【００２１】このような構成においては、環境１の測定
圧力（例えば大気圧）Ｐ１が第１の圧力導入穴１１ｂか
ら第１のギャップ１１ａ内に導入されて第１のダイアフ
ラム部２に印加され、環境２の測定圧力Ｐ２が第２の圧
力導入穴１２ｂから第２のギャップ１２ａ内に導入され
て第２のダイアフラム部２に印加されて前述した実施例
１と同様に測定圧力Ｐ１と測定圧力Ｐ２とに圧力差が発
生すると、図２（ｃ）に示すように柱４で連結されてい
る第１のダイアフラム部２と第２のダイアフラム部３と
の間のキャビティ９内の間隙部分が圧力差に応じて一体
となって変位すし、これによって可動電極８と固定電極
７との間の電極間間隔が変化し、可動電極８と固定電極
７とで構成されるコンデンサ構造の容量値が変化するの
で、この容量値を測定することで測定圧力の計測が可能
となる。

【００２２】このような構成によれば、第１のダイアフ
ラム部２および第２のダイアフラム部３の外面側にそれ
ぞれストッパ１１およびストッパ１２を設けたことによ
り、両方向からの過大圧力の印加に対して第１のダイア
フラム部２および第２のダイアフラム部３が機械的に保
護されるので、信頼性を向上させることができる。特に
１００ｍｍＨ₂ Ｏレンジ程度の微圧レンジでの測定にお
いては過大圧力保護機構が必要であることから、その効
果が極めて大である。

【００２３】（実施例３）図３は、本発明による静電容
量式圧力センサのさらに他の実施例による構成を示す図
であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）
のＢ−Ｂ′線方向の断面図であり、前述の図２と同一部
分には同一符号を付してある。同図において、実施例２
と異なる点は、固定電極７が第１の固定電極支持板５と
第２の固定電極支持板６とで挟持された固定電極部のダ
イアフラム支持部１への固定構造および第１のストッパ
１１の第１のギャップ１１ａ′，第２のストッパ１２の
第２のギャップ１２ａ′の相対的な大きさが異なってい
る。

【００２４】すなわち固定電極７が第１の固定電極支持
板５と第２の固定電極支持板６とで挟持された固定電極
部の固定構造は、図示したように第２のダイアフラム部
３の底面周辺部に形成されている残留犠牲層１３上に支
持固定されている。また、第１のギャップ１１ａ′およ
び第２のギャップ１２ａ′がキャビィティ９の全表面積
よりも小さくして形成され、断面で見て残留犠牲層１３
の内側になる大きさで形成されている。したがって第１
のダイアフラム部２および第２のダイアフラム部３の可
動部は、断面で見て第１のギャップ１１ａ′および第２
のギャップ１２ａ′内の範囲となる。

【００２５】このような構成によれば、固定電極部を第
２のダイアフラム部３の底面周辺部に形成されている残
留犠牲層１３上に支持固定させたことにより、固定電極
部のダイアフラム支持部２への固定面積が大きくなるの
で、機械的な固定強度が大きくなり、固定電極部が強固
に支持固定されることになる。

【００２６】（実施例４）図４は、本発明による静電容
量式圧力センサの他の実施例による構成を示す図であ
り、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ
−Ｂ′線方向の断面図であり、前述の図２と同一部分に
は同一符号を付してある。同図において、実施例２と異
なる点は、固定電極７が第１の固定電極支持板５と第２
の固定電極支持板６とで挟持された固定電極部のダイア
フラム支持部２への固定構造および第１のストッパ１１
の第１のギャップ１１ａ′，第２のストッパ１２の第２
のギャップ１２ａ′の相対的な大きさが異なっている。

【００２７】すなわち固定電極部のダイアフラム支持部
１への固定構造は、図示したようにダイアフラム支持部
１の底面周辺部に密着して形成されて支持固定されてい
る。また、第１のストッパ１１の第１のギャップ１１
ａ′および第２のストッパ１２の第２のギャップ１２
ａ′がキャビィティ９の全表面積よりも小さくして形成
され、断面で見て固定電極部の周辺がキャビィティ９の
底面周辺部に密着している部分の内側になる大きさで形
成されている。したがって第１のダイアフラム部２およ
び第２のダイアフラム部３の可動部は、断面で見て第１
のギャップ１１ａ′および第２のギャップ１２ａ′内の
範囲となる。

【００２８】このような構成においても、固定電極部が
前述した実施例３とほぼ同等の補強構造が得られ、前述
と全く同様な効果が得られる。

【００２９】（実施例５）図５は、本発明による静電容
量式圧力センサの他の実施例による構成を示す図であ
り、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ
−Ｂ′線方向の断面図であり、前述の図２と同一部分に
は同一符号を付してある。同図において、実施例２と異
なる点は、固定電極７が第１の固定電極支持板５と第２
の固定電極支持板６とで挟持された固定電極部のダイア
フラム支持部２への固定構造および第１のストッパ１１
の第１のギャップ１１ａ′，第２のストッパ１２の第２
のギャップ１２ａ′の相対的な大きさが異なっている。

【００３０】すなわち固定電極部のダイアフラム支持部
１への固定構造は、図示したように第２のダイアフラム
部３の底面周辺部に段差１４を設け、この段差１４上に
固定電極部の周辺部が密着して形成されて支持固定され
ている。また、第１のストッパ１１の第１のギャップ１
１ａ′および第２のストッパ１２の第２のギャップ１２
ａ′の相対的な大きさは、第１のギャップ１１ａ′およ
び第２のギャップ１２ａ′がキャビィティ９よりも小さ
く、キャビィティ９の段差１４の内側になる大きさで形
成されている。したがって第１のダイアフラム部２およ
び第２のダイアフラム部３の可動部は、断面で見て第１
のギャップ１１ａ′および第２のギャップ１２ａ′内の
範囲となる。

【００３１】このような構成においても、前述した実施
例３とほぼ同等の固定電極部の補強構造が得られ、前述
と全く同様な効果が得られる。

【００３２】（実施例６）図６は、本発明による静電容
量式圧力センサの他の実施例による構成を示す図であ
り、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ
−Ｂ′線方向の断面図であり、前述の図２と同一部分に
は同一符号を付してある。同図において、実施例２と異
なる点は、固定電極７が第１の固定電極支持板５と第２
の固定電極支持板６とで挟持された固定電極部のダイア
フラム支持部２への固定構造および第１のストッパ１１
の第１のギャップ１１ａ′，第２のストッパ１２の第２
のギャップ１２ａ′の相対的な大きさが異なっている。

【００３３】すなわち固定電極部のダイアフラム支持部
１への固定構造は、図示したようにキャビィティ９の周
辺部に配置されている複数本の柱４の側面に固定電極部
が接合されて支持固定されている。また、第１のストッ
パ１１の第１のギャップ１１ａ′および第２のストッパ
１２の第２のギャップ１２ａ′の相対的な大きさは、第
１のギャップ１１ａ′および第２のギャップ１２ａ′が
キャビィティ９よりも小さく、固定電極部が接合してい
る複数本の柱４の内側になる大きさで形成されている。
したがって第１のダイアフラム部２および第２のダイア
フラム部３の可動部は、断面で見て第１のギャップ１１
ａ′および第２のギャップ１２ａ′内の範囲となる。

【００３４】このような構成においても、前述した実施
例３とほぼ同等の固定電極部の補強構造が得られ、前述
と全く同様な効果が得られる。

【００３５】（実施例７）図７は、本発明による静電容
量式圧力センサの他の実施例による構成を示す図であ
り、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ
−Ｂ′線方向の断面図であり、前述の図２と同一部分に
は同一符号を付してある。同図において、実施例２と異
なる点は、可動電極８の固定構造が異なっている。

【００３６】すなわち可動電極８の固定構造は、図示し
たようにキャビィティ９中央部において、柱４の側面に
可動電極８が接合されて固定されている。

【００３７】このような構成においては、第１のダイア
フラム部２および第２のダイアフラム部３にそれぞれ圧
力Ｐ１および圧力Ｐ２が印加された場合のダイアフラム
部可動部の変位は、中心部が最大であるため、図示した
ように第１のダイアフラム部２および第２のダイアフラ
ム部３の中心部の複数本の柱４の側面に可動電極８を接
合することで計測感度（圧力変化に対する容量値の変
化）をさらに大きくすることができる。

【００３８】このような構成によれば、前述した実施例
２の効果に加えて高感度の圧力計測が可能となる。

【００３９】図８〜図１７は、図２に示す静電容量式圧
力センサの製造方法の一実施例を説明する各工程の断面
図である。まず、図８に示すように少なくとも一方の面
が鏡面仕上げされた板厚の比較的厚い第１のサファイア
基板２１にウェットエッチング，ドライエッチングまた
は研削などの方法により穴加工を行い、鏡面仕上げされ
た一方の面に第２のギャップ１２ａとしての所定形状の
凹部２１ａおよび第２の圧力導入穴１２ｂとしての溝２
１ｂをそれぞれ形成して第２のストッパ１２を製作す
る。この場合、第１のサファイア基板２１の鏡面（以
下、各工程で説明する全てのサファイア基板の鏡面も含
む）は、表面粗さＲａ＜１ｎｍ程度のものである。

【００４０】次に図９に示すように表面側に凹部２１ａ
および溝２１ｂが形成された第１のサファイア基板２１
上に少なくとも一方の面が鏡面仕上げされた板厚の比較
的厚い第２のサファイア基板２２をその鏡面側を対向さ
せて直接接合により張り合わせる。この場合、第１のサ
ファイア基板２１の鏡面と第２のサファイア基板２２の
鏡面との面同志をクラス１０以下程度のクリーンな雰囲
気中で接着剤を使用せずに室温で張り合わせる。その
後、２００〜１３００℃程度の熱処理を行うことによ
り、強固に接合される。なお、この熱処理は大気中，真
空中または不活性ガス雰囲気中で行っても良い。

【００４１】また、第１のサファイア基板２１と第２の
サファイア基板２２との接合は、接合面に一方または両
方にガラス層を設けて室温で貼り合わせ、その後、１０
０℃〜２００℃程度に加熱して接合しても良い。また、
一方の接合面にシリコン薄膜を、他方の接合面にパイレ
ックス薄膜をそれぞれ形成し、陽極接合により接合して
も良い。

【００４２】次に図１０に示すように凹部２１ａおよび
溝２１ｂが形成されていない第２のサファイア基板２２
の反対側の外面を所定の厚さに研磨する。この場合、第
２のサファイア基板２２の研磨は、ウェットエッチン
グ，ドライエッチングまたは研削などの方法で行っても
良いが、この研磨面は鏡面であることが必要である。

【００４３】次に図１１に示すようにこの第２のサファ
イア基板２２の表面にウェットエッチングまたはドライ
エッチング法により、複数の柱４およびキャビィテイ９
を同時に形成する。

【００４４】次に図１２に示すように第２のサファイア
基板２２のキャビィテイ９の底面に導電性薄膜を成膜
し、パターニングを行って所用形状の可動電極８を形成
する。この導電性薄膜の成膜は、通常の半導体プロセス
で用いられているドライ成膜であるＣＶＤ，真空蒸着，
スパッタリング法などにより形成することができる。次
キャビィテイ９の底面に形成された可動電極８上にＣＶ
Ｄ，真空蒸着またはスパッタリング法などにより前述し
た残留犠牲層１３となる第１の犠牲層２３を積層形成す
る

【００４５】次に図１３に示すように第１の犠牲層２３
上に同一の方法により前述した第２の固定電極支持板６
としての第１の絶縁層２４をＣＶＤ，真空蒸着，スパッ
タリング法などにより積層形成した後、この第１の絶縁
層２４上にＣＶＤ，真空蒸着，スパッタリング法などに
より導電性薄膜を成膜し、パターンニングを行って固定
電極パターン２５を形成する。この場合、この固定電極
パターン２５は第２のサファイア基板２２のキャビィテ
イ９の底面に形成されている可動電極８と対向する部分
に形成する。引き続き、この固定電極パターン２５上に
前述した方法と同一の方法により第１の固定電極支持板
５としての第２の絶縁層２６を積層形成する。

【００４６】次に図１４に示すように第２のサファイア
基板２２のキャビィテイ９内に形成された第１の絶縁層
２４，固定電極パターン２５および第２の絶縁層２６か
らなる積層構造を、各柱４の周辺部分をウェットエッチ
ングまたはドライエッチング法によって除去し、犠牲層
エッチング用穴としての開口部２７を形成する。

【００４７】次に図１５に示すようにこの犠牲層エッチ
ング用開口部２７からウェットエッチング法により第２
のサファイア基板２２の底面に形成されている第１の犠
牲層２３を除去する。この場合、固定電極パターン２５
は、第２のサファイア基板２２のキャビィテイ９の周辺
部に第１の絶縁層２４および第２の絶縁層２６が成膜時
に接合されているため、第１の犠牲層２３の除去後には
図示したように第１の絶縁層２４と第２の絶縁層２６と
の間に挟持されて浮いた構造となる。

【００４８】次に図１６に示すように前述した図８〜図
１０で説明した方法と同様な方法により少なくとも一方
の面が鏡面仕上げされた板厚の比較的厚い第３のサファ
イア基板２８にウェットエッチング，ドライエッチング
または研削などの方法により穴加工を行い、鏡面仕上げ
された一方の面に第１のギャップ１１ａとしての所定形
状の凹部２８ａおよび第１の圧力導入穴１１ｂとしての
溝部２８ｂをそれぞれ形成して第１のストッパー１１を
する。引き続き、この凹部２８ａおよび溝部２８ｂが形
成された第３のサファイア基板２８の表面に少なくとも
一方の面が鏡面仕上げされた板厚の比較的薄い第４のサ
ファイア基板２９を前述した方法と同一の直接接合など
の方法により張り合わせて第１のダイアフラム支持部２
を形成する。

【００４９】次に図１７に示すように図１５で形成した
第２のサファイア基板２２の表面側に図１６で形成した
第４のサファイア基板２９の表面側を対向させ、前述し
た直接接合などの方法により張り合わせることにより、
前述の図２に示したような容量式センサ構造が完成され
る。

【００５０】このような製造方法によれば、第１のダイ
アフラム部２と第２のダイアフラム部３とが同一部材で
形成することができるので、容量式センサ素子が簡単か
つ容易に製作できる。

【００５１】なお、前述した実施例においては、ダイア
フラム支持部１，第１のダイアフラム部２，第２のダイ
アフラム部３および柱４などからなるチップ構造をサフ
ァイアを用いて形成した場合について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えばシリコン，
パイレックス，石英ガラスなどの電気絶縁性を有する異
種材料を用いても同様に構成することができる。

【００５２】この場合、第１のダイアフラム部２と第２
のダイアフラム部３との接合は、シリコンとパイレック
スとの場合は陽極接合などにより、石英ガラス同志の場
合は前述したサファイア同志の接合と同様な直接貼り合
わせなどにより、また、材料を選ばない接合法として
は、低融点ガラスなどを接着層として用いる接合などが
ある。

【００５３】また、前述した実施例においては、チップ
構造をサファイアを用いて形成したが、異種材料で構成
した場合でも、構造が同一であれば、本発明に属する。
この場合、同一材料であることの利点である接合界面の
残留応力の経時変化に起因する圧力計測誤差が発生しな
いという効果以外は前述と同様の効果が得られる。

【００５４】また、前述した実施例においては、固定電
極７を支持する固定電極部を第１の固定電極支持板５と
第２の固定電極支持板６とにより構成したが、第１の固
定電極支持板５および第２の固定電極支持板６のいずれ
か一方で構成しても前述と同様の効果が得られる。

【００５５】また、前述した実施例においては、固定電
極部を薄膜プロセスで形成した場合について説明した
が、サファイア基板または石英ガラス基板を研磨などの
方法により薄く研磨して形成しても前述と同様な効果が
得られる。

【００５６】また、前述した実施例においては、チップ
構造をほぼ正方形状に形成した場合について説明した
が、長方形または丸形などの他の形状で構成しても前述
と同様な効果が得られる。

【００５７】また、前述した実施例においては、キャビ
ティの形状をほぼ正方形状に形成した場合について説明
したが、長方形または丸形などの他の形状で構成しても
前述と同様な効果が得られる。

【００５８】また、前述した実施例においては、柱の形
状をほぼ正方形の角柱体で形成した場合について説明し
たが、長方形または丸形などの柱体または筒体など他の
形状で構成しても前述と同様な効果が得られる。

【００５９】また、前述した実施例においては、柱の数
および配置を１種類の場合について説明したが、柱の数
は本実施例より増減させても前述と同様な効果が得られ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
結露および塵を含む大気環境の変化に影響されることな
く、かつ大気圧力の変動に起因する誤差がほとんど発生
することなく、しかも異種材料接合界面の残留応力の経
時変化に起因する圧力形成測誤差の少ない、微圧から高
圧までの圧力レンジを計測可能となるとともに高精度で
信頼性の高い圧力計測が可能となるなどの極めて優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電容量式圧力センサの一実施例
による構成を示す図である。

【図２】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。

【図３】本発明による静電容量式圧力センサのさらに他
の実施例による構成を示す図である。

【図４】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。

【図５】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。

【図６】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。

【図７】本発明による静電容量式圧力センサの他の実施
例による構成を示す図である。

【図８】図２に示す静電容量式圧力センサの製造方法の
一実施例を説明する工程の一断面図である。

【図９】図８に引き続く工程の断面図である。

【図１０】図９に引き続く工程の断面図である。

【図１１】図１０に引き続く工程の断面図である。

【図１２】図１１に引き続く工程の断面図である。

【図１３】図１２に引き続く工程の断面図である。

【図１４】図１３に引き続く工程の断面図である。

【図１５】図１４に引き続く工程の断面図である。

【図１６】図１５に引き続く工程の断面図である。

【図１７】図１６に引き続く工程の断面図である。

【図１８】従来の静電容量式圧力センサの構成を説明す
る断面図である。

【符号の説明】

１ダイアフラム支持部２第１のダイアフラム部３第２のダイアフラム部４柱５第１の固定電極支持板６第２の固定電極支持板７固定電極８可動電極９キャビィテイ１１第１のストッパ１１ａ第１のギャップ１１ａ′ 第１のギャップ１２第２のストッパ１１ａ第２のギャップ１１ａ′ 第２のギャップ１２残留犠牲層１３段差Ｐ１測定圧力Ｐ２測定圧力Ｇギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増田誉神奈川県藤沢市川名一丁目12番２号山武ハネウエル株式会社藤沢工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ枠状に形成されたダイアフラム支持
部を少なくとも一方に有し、かつ外部とは隔離された空
洞部を介して対向配置された第１のダイアフラム部およ
び第２のダイアフラム部と、前記第１のダイアフラム部と第２のダイアフラム部との
対向面に連結され、かつ前記空洞部を介して前記第１の
ダイアフラム部と第２のダイアフラム部とを支持固定す
る複数の柱と、前記第１のダイアフラム部および第２のダイアフラム部
の対向面のいずれか一方の面に形成された可動電極と、前記空洞部内に前記可動電極と対向し、かつ前記複数の
柱とは接触せずにほぼ平行に支持固定された固定電極
と、を備え、前記第１のダイアフラム部と第２のダイアフラム部との
間の前記空洞部内において前記可動電極と固定電極との
間にコンデンサ構造を形成したことを特徴とする静電容
量式圧力センサ。
【請求項２】請求項１において、前記第１のダイアフ
ラム部および第２のダイアフラム部はサファイア基板か
らなり、前記空洞部がサファイア基板同志を対向して密
着接合されることにより形成されたことを特徴とする静
電容量式圧力センサ。
【請求項３】請求項１において、前記固定電極は薄膜
状に形成されることを特徴とする静電容量式圧力セン
サ。