DE4244450C2 - Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven DrucksensorsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven
Sensors mit einem Diaphragma-Aufbau, der zur kapazitiven Fest
stellung von Änderungen zu messender Drücke bestimmt bzw.
ausgebildet ist.
Allgemein muß bei kapazitiven Sensoren, um die parasitäre
Kapazität zu minimieren, die zwischen einem Elektrodenpaar
gebildet wird, das einen Abtast-Kondensatorabschnitt bildet,
für mindestens eines der Substrate ein isolierendes Material
verwendet werden.
Als Drucksensor dieser Art ist ein kapazitiver Drucksensor
bekannt geworden (C.Y. Lee et al., "Quartz Capsule Pressure
Transducer for the Automotive Industry", Society of Auto
motive Engineers, Inc. 1980). Wie in Fig. 1A gezeigt, sind
bei diesem Sensor ein Quarzglas- oder Saphirsubstrat 2 mit
einer stationären Elektrode 1 und ein Quarzglas- oder Saphir
substrat 4 mit einer beweglichen Elektrode 3 so angeordnet,
daß die Oberflächen ihrer Elektroden einander gegenüberlie
gen, und periphere Abschnitte der Substrate 2 und 4 sind mit
einander mit einem niedrigschmelzenden Glas 5 verbunden bzw.
verklebt, so daß dazwischen ein vorbestimmter Spalt G be
steht. Wie in Fig. 1B gezeigt, wird ein Abtast-Kondensator
abschnitt 3s an einem zentralen Abschnitt der beweglichen
Elektrode 3 und ein Referenz-Kondensatorabschnitt 3r an einem
peripheren Abschnitt davon gebildet.
Der Verbindungsvorgang unter Verwendung niedrigschmelzenden
Glases 5 wird bei einer Temperatur von ungefähr 300°C oder
darüber durchgeführt. Wenn die sich ergebende Struktur nach
dem Verbindungsvorgang auf Arbeitstemperatur herabgekühlt
wird, entsteht eine Restspannung. Diese Spannung verändert
sich allmählich über die Zeit und beeinflußt somit eine
verläßliche, mit hoher Genauigkeit durchführbare Druckmessung
nachteilig.
Gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Drucksensor werden das Abdeck
glas 7 und die Silizium- Scheibe aus unterschiedlichen Mate
rialien, d. h. Pyrex und Silizium, hergestellt. Obwohl die
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Pyrex und Silizium dicht
beieinander liegen, sind sie nicht völlig die gleiche. Aus
diesem Grund bleibt, wenn die durch Verbinden des Abdeck
glases 7 mit der Silizium-Scheibe 9 ausgebildete Struktur von
einer Temperatur von mehreren 100 Grad auf Arbeitstemperatur
herabgekühlt wird, in dem Verbindungsabschnitt 10 zwischen
dem Abdeckglas 7 und der Silizium-Scheibe 9 die Spannung bzw.
Beanspruchung erhalten. Obwohl diese gering ist,
wird eine Druckmessung, die verläßlich
und mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden muß, sehr nach
teilig durch die Spannung beeinflußt, da sie sich über der Zeit ändert.
Ein weiterer auf zwei Substraten aufbauender und mit zwei ein
ander in einer Aussparung gegenüberliegenden Elektroden ver
sehener Drucksensor ist in der US 4 542 436 offenbart. Als be
vorzugte Materialien für die beiden Substrate sind Aluminium
oxidkeramik und Quarzglas beschrieben. Wie diese Substrate
miteinander zu verbinden sind, ist nicht offenbart. Zwar ist
es bekannt, z. B. aus US 3 589 965, eine Verbindung zwischen
zwei identischen, elektrisch isolierenden Substraten durch
das Erwärmen der Substrate und Anlegen einer elektrischen
Spannung über die zu verbindenden Flächen herzustellen,
jedoch ist bei diesem Verfahren die Auswahl isolierender
Materialien, die verwendet werden können, begrenzt.
Es ist deshalb Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellen eines kapazitiven Drucksensors zu
schaffen, bei dem ein isolierendes Substrat verwendet wird,
um parasitäre Kapazitäten auszuschalten, und mit dem ein
kapazitiver Drucksensors erzielt wird, der ausgezeichnet
hinsichtlich Genauigkeit und Rentabilität ist sowie äußerst
zuverlässige Druckmessungen ausführen kann, ohne daß diese
durch Restspannungen aufgrund von Verbindungsmaßnahmen zwi
schen den Substraten beeinflußt werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind bei einem Verfahren zur
Herstellung eines Drucksensors umfassend die Schritte: Be
reitstellung erster und zweiter Substrate aus dem selben
elektrisch isolierenden Material mit Oberflächenabschnitten,
die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, und
die einem Verbindungsvorgang unterworfen werden; Ausbilden
einer Aussparung, eines Einschnitts oder Einstichs in einem
Abschnitt derjenigen Oberfläche des ersten Substrats, die mit
dem zweiten Substrat zu verbinden ist, durch Naß- oder Troc
ken-Ätzen; Ausbilden einer aus einer leitfähigen Dünnschicht
bestehenden ersten Elektrode in der Aussparung des ersten
Substrats durch CVD (chemische Gasphasenabscheidung), Sput
tern oder Vakuumablagerung; Ausbildung einer aus einer leit
fähigen Dünnschicht bestehenden zweiten Elektrode auf einem
Abschnitt derjenigen Oberfläche des zweiten Substrats, die
mit dem ersten Substrat zu verbinden ist, durch chemische
4Gasphasenabscheidung (CVD), Sputtern oder Vakuumablagerung;
bei dem gemäß der Erfindung wenigstens die Oberflächenab
schnitte der Substrate mit einer Oberflächenrauhigkeit von
nicht höher als 100 Å versehen werden, weiterhin die folgenden
Schritte vorgesehen: Direktverbinden des ersten Substrats,
auf dem die erste Elektrode ausgebildet ist, und des zweiten
Substrats, auf dem die zweite Elektrode ausgebildet ist, bei
Reinraum-Bedingungen und bei Raumtemperatur derart, daß die
mit Elektroden ausgebildeten Oberflächen der ersten und zwei
ten Substrate einander gegenüberliegen; festes Verbinden der
ersten und zweiten Substrate mittels Durchführung einer Wär
mebehandlung bei einer Temperatur, die unterhalb der Schmelz
temperatur des Substratmaterials liegt; und Reduzieren minde
stens eines der ersten und zweiten Substrate auf eine einem
Meßdruck-Bereich entsprechende Stärke.
Fig. 1A und 1B zeigen Schnitt bzw. Draufsicht zur Erläuterung
einer Anordnung eines herkömmlichen kapazitiven Drucksensors;
Fig. 2 ist ein Querschnitt zur Erläuterung einer Anordnung
eines weiteren herkömmlichen kapazitiven Drucksensors;
Fig. 3A und 3B sind Draufsicht bzw. Schnitt einer Anordnung
eines kapazitiven Drucksensors nach einer Ausführungsvariante
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4A und 4B sind Draufsicht bzw. Schnitt einer Anordnung
eines kapazitiven Drucksensors entsprechend einer weiteren
Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5A und 5B sind Draufsicht bzw. Schnitt der Anordnung
eines kapazitiven Drucksensors nach einer anderen Ausfüh
rungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A und 6B sind Draufsicht bzw. Schnitt nach einer weite
ren abgewandelten Ausführungsform eines kapazitiven Drucksen
sors, der nach der Erfindung hergestellt werden kann;
Fig. 7A bis 7G sind Schnitte zur Erläuterung des Verfahrens
zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors nach der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 8A und 8B sind Ansichten zur Erläuterung des Verbin
dungszustandes zwischen Quarzglassubstraten, wobei Fig. 8A
einen vergrößerten Schnitt eines Verbindungsabschnittes und
Fig. 8B eine Ansicht zur Erläuterung einer molekularen Bin
dung zeigen; und
Fig. 9 zeigt ein Schaubild zur Erläuterung der Verbindungsfe
stigkeit eines Verbindungsabschnittes zwischen Quarzglassub
straten als Funktion der Wärmebehandlungstemperatur.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
Fig. 3A und 3B zeigen die Anordnung eines kapazitiven Druck
sensors.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3A und 3B wird eine fla
che Aussparung
12, im ganzen quadratisch und mit U-förmigem Quer
schnitt, in einem zentralen Abschnitt der Oberfläche eines
Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11, das einen ersten Sub
stratabschnitt bildet, ausgebildet. Am Bodenabschnitt der
Aussparung 12 wird eine bewegliche Elektrode 13 als eine
erste Elektrode, die aus einer leitfähigen Schicht besteht,
gebildet.
Eine stationäre Elektrode 15 als zweite Elektrode, die aus
einer im ganzen fast quadratischen leitfähigen Schicht be
steht, wird an einem zentralen Abschnitt der oberen Fläche
eines Quarzglas- oder Saphirsubstrats 14 ausgebildet, das
einen zweiten Substratabschnitt bildet. Das Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 11, an dem die bewegliche Elektrode 13 gebil
det wird, und das Quarzglas- oder Saphirsubstrat 14, an dem
die stationäre Elektrode 15 gebildet wird, werden so angeord
net, daß ihre Elektroden-bestückten Oberflächen einander
gegenüberliegen, und ihre peripheren Abschnitte werden als
Verbindungsabschnitte 16 eng bzw. dicht aneinander durch
Direktverbindung ohne Verwendung eines Bindemittels befe
stigt.
In diesem Falle werden beide Oberflächen als Verbindungs
abschnitte 16 des Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11 und des
Quarzglas- oder Saphirsubstrats 14 als ebene bzw. flache
Spiegelflächen ausgeformt, wobei die Oberflächenrauhigkeit Ra
jeder derselben ungefähr 100 Å oder weniger beträgt. Das
Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 und das Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 14 werden so angeordnet, daß sie einander
gegenüberliegen, und sie werden miteinander bei Raumtempera
tur verbunden, und die sich ergebende Struktur wird auf 200°C
aufgewärmt, also auf eine Temperatur, die geringer als die
Schmelztemperatur jedes Substrats ist. Demzufolge werden
beide Quarzglas- oder Saphirsubstrate eng und fest mitein
ander durch physikalische und chemische Bindekräfte verbun
den.
Bei dieser Anordnung wird das Quarzglas- oder Saphirsubstrat
11, an dem die bewegliche Elektrode 13 gebildet ist, entspre
chend einem (aufgebrachten) Druck verlagert. Deshalb wird
durch Messen der Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode
13, die auf dem Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 gebildet
ist, das bei einer Druckveränderung verlagert wird, und der
stationären Elektrode 15 auf dem Quarzglas- oder Saphirsub
strat 14 eine Druckmessung ausgeführt.
Gemäß einer solchen Anordnung werden, da das Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 11 und das Quarzglas- oder Saphirsubstrat 14
aus dem gleichen Material hergestellt und eng miteinander
durch physikalische und chemische Kräfte ohne Verwendung
irgendeines Bindematerials verbunden werden, keine Restbean
spruchungen oder -spannungen erzeugt, und zwar selbst dann
nicht, wenn Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 und Quarzglas-
oder Saphirsubstrat 14 miteinander bei einer Temperatur ver
bunden werden, die höher als die Arbeitstemperatur ist, und
in der Folge auf die Arbeitstemperatur herabgekühlt werden.
Außerdem werden die Temperatureigenschaften des Drucksensors
selbst bei Änderungen der Arbeitstemperatur nicht nachteilig
durch die Verbindungsoperation beeinflußt, da das Quarzglas-
oder Saphirsubstrat 11 und das Quarzglas- oder Saphirsubstrat
14 aus dem gleichen Material bestehen. Deshalb kann ein Hoch
präzisions-Drucksensor hergestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß zusätzlich zu den vorstehend
beschriebenen Wirkungen die Positionierung bei dem Verbin
dungsverfahren für die Substrate, wenn Quarzglas- oder
Saphirsubstrate als erste und zweite Substratabschnitte ver
wendet werden, leicht dadurch ausgeführt werden kann, daß man
von oberhalb der Substrate mit bloßem Auge oder durch ein
optisches Mikroskop beobachtet, wodurch sich die Herstel
lungsleistung erheblich verbessern läßt.
Als Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 und Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 14 lassen sich Scheiben, die sehr geringe Ober
flächenrauhigkeit haben und ohne Verwendung irgendwelchen
Verbindungsmaterials miteinander verbunden werden können,
relativ leicht erhalten und bereitstellen. Deshalb kann ein
Hochpräzisions-Drucksensor leicht bei niedrigen Kosten herge
stellt werden.
Die Tiefe der Aussparung 12 kann in der Größenordnung von
Submikrometern reguliert werden. Außerdem variiert diese Tiefe
vor und nach einem Verbindungsvorgang nicht, weil das Verbin
den der ersten und zweiten Substrate ohne Verwendung irgend
welchen Bindematerials und ohne Schmelzen der Substrate
durchgeführt wird. Deshalb kann der Abstand zwischen den
Elektroden in der Submikrometer-Größenordnung reguliert werden,
was eine Größenreduktion des Sensorelements erlaubt. Die
Größenreduktion ermöglicht ebenfalls die Verminderung der
Kosten des Sensorelements.
Weiterhin können Quarzglas- oder Saphirsubstrate leicht in
einem allgemeinen Halbleiter-Herstellungsprozeß ver- und be
arbeitet werden. Bei der in Fig. 3A und 3B gezeigten Anord
nung wird die Elektrode 15 als stationäre Elektrode ausgebil
det. Selbst wenn jedoch beide Elektroden 13 und 15 als beweg
liche Elektroden ausgebildet werden, können die gleichen
Wirkungen, wie sie vorstehend beschrieben wurden, erreicht
werden.
Fig. 4A und 4B zeigen die Anordnung einer anderen Ausführungsform eines kapazitiven Druck
sensors.
Gleiche Bezugszeichen in Fig. 4A und 4B
bezeichnen gleiche Teile wie in Fig. 3A und 3B. Der in Fig.
4A und 4B gezeigte Sensor unterscheidet sich von dem in Fig.
3A und 3B gezeigten dadurch, daß eine zweite Elektrode 15
sich nicht in engem Kontakt mit einem zweiten Substrat 14
befindet, sondern auf einem Auflager 17 angeordnet ist, das
an dem zweiten Substrat 14 ausgebildet ist.
Bei dieser Anordnung können die gleichen Wirkungen, wie vor
stehend beschrieben, erzielt werden. Außerdem kann folgende
neue Wirkung erreicht werden, da das zweite Substrat 15 auf
dem Auflager 17 angeordnet ist: Wenn auf das zweite Substrat
14 ein Meßdruck aus einer dem ersten Substrat 11 entgegen
gesetzten Richtung aufgebracht wird, das heißt von der Ober
fläche des zweiten Substrats auf der gegenüberliegenden Seite
einer Aussparung 12 her, und in der Aussparung 12 ein atmo
sphärischer Druck oder ein Vakuum angelegt wird, dient die
zweite Elektrode 15 als bewegliche Elektrode. Folglich dient
der Sensor als Absolutdrucksensor oder als Atmosphärenrefe
renz-Drucksensor, und eine Änderung im Kapazitätswert wird
bei Änderung im Sensordruck erhöht, wodurch eine hohe Emp
findlichkeit erreicht wird.
Fig. 5A und 5B zeigen die Anordnung einer weiteren Ausführungsform eines kapazitiven Druck
sensors.
Gleiche Bezugszeichen in Fig. 5A und 5B bezeichnen
gleiche Teile wie in Fig. 4A und 4B. Der in Fig. 5A und 5B
gezeigte Sensor unterscheidet sich von dem in Fig. 4A und 4B
dargestellten dadurch, daß sowohl die erste als auch die
zweite Elektrode 13 auf Auflagern oder Trägern 17 und 18
angeordnet sind und sich nicht in engem Kontakt mit den je
weiligen Substraten befinden.
Bei dieser Anordnung können die gleichen Wirkungen wie bei
der in Fig. 3A und 3B gezeigten Ausführungsform erreicht
werden. Außerdem kann der folgende neue Effekt erzielt wer
den: Wenn ein Meßdruck als Druckdifferenz aus zwei Richtungen
aufgebracht wird, das heißt von der Oberfläche eines zweiten
Substrats 14 auf der gegenüberliegenden Seite einer Ausneh
mung 12 und von der Oberfläche eines ersten Substrats 11 auf
der gegenüberliegenden Seite der Aussparung 12, so dienen die
ersten und zweiten Elektroden 13 und 15 als bewegliche Elek
troden. Folglich wird die Sensitivität des Sensors als Druck
differenzmeßsensor stark verbessert.
Fig. 6A und 6B zeigen die Anordnung einer noch anderen Ausführungsform eines kapazitiven Druck
sensors.
Gleiche Bezugszeichen in Fig. 6A und 6B
bezeichnen gleiche Teile wie in Fig. 3A und 3B. Unter Bezug
nahme auf Fig. 6A und 6B weist eine bewegliche Elektrode 13,
die auf einem Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 ausgebildet
ist, einen Abtast-Kondensatorabschnitt 13a und einen Refe
renz-Kondensatorabschnitt 13b, der um den Abschnitt 13a aus
gebildet ist, auf.
Bei dieser Anordnung können die gleichen Wirkungen wie vor
stehend beschrieben erzielt werden, und es kann eine Hochprä
zisions-Druckmessung ausgeführt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des unter Bezugnahme auf Fig.
3A und 3B beschriebenen kapazitiven Drucksensors wird nach
folgend beschrieben.
Fig. 7A bis 7G zeigen die Schritte beim Herstellen des kapa
zitiven Drucksensors. Das Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11
wird, wie in Fig. 7A gezeigt, vorbereitet bzw. bereitge
stellt. Mindestens die Oberfläche eines peripheren Abschnitts
des Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11, der mit dem Quarz
glas- oder Saphirsubstrat 14 verbunden werden soll, wird
spiegelpoliert.
Die Aussparung 12 wird, wie in Fig. 7B gezeigt, in einem zen
tralen Abschnitt des Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11 durch
ein Naßätzverfahren unter Verwendung einer HF-Ätzlösung oder
ein Trockenätzverfahren gebildet.
Wie in Fig. 7C gezeigt, wird die bewegliche Elektrode 13, die
aus einer leitfähigen Dünnschicht besteht, in der Aussparung
12 des Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11 mittels CVD, Sput
tern oder Vakuumablagerung ausgebildet.
Wie in Fig. 7D gezeigt, wird das Quarzglas- oder Saphirsub
strat 14 vorbereitet bzw. bereitgestellt. Mindestens wird die
Oberfläche eines peripheren Abschnitts des Quarzglas- oder
Saphirsubstrats 14, der mit dem Quarzglas- oder Saphirsub
strat 11 verbunden werden soll, spiegelpoliert.
Wie in Fig. 7E gezeigt, wird die aus einer leitenden Dünn
schicht bestehende stationäre Elektrode 15 auf einem zentra
len Abschnitt des Quarzglas- oder Saphirsubstrats durch CVD,
Sputtering oder Vakuumablagerung gebildet.
Wie in Fig. 7F gezeigt, werden das Quarzglas- oder Saphirsub
strat 11, auf dem die bewegliche Elektrode 13 gebildet ist,
und das Quarzglas- oder Saphirsubstrat 14, auf dem die sta
tionäre Elektrode 15 gebildet ist, an den Verbindungsab
schnitten 16 so miteinander zusammengefügt, daß ihre Elektro
den-bestückten Oberflächen einander gegenüberliegen, und zwar
in einer Reinraum-Atmosphäre bei einer Temperatur nahe Raum
temperatur ohne Verwendung irgendwelchen Bindematerials oder
-mittels. Die sich ergebende Struktur wird dann bei einer
Temperatur von 200°C unterhalb der
Schmelztemperatur jedes Substrats wärmebehandelt, wodurch die
beiden Substrate fest zusammengefügt werden.
Darauf wird, wie in Fig. 7G gezeigt, die Oberfläche des
Quarzglas- oder Saphirsubstrats 11, auf dem die bewegliche
Elektrode 13 nicht gebildet ist, poliert, so daß das Quarz
glas- oder Saphirsubstrat 11 eine einem Druckbereich entspre
chende vorbestimmte Stärke aufweist.
Nachfolgend wird eine Einrichtung zum direkten Zusammenfügen
der Substrate 11 und 14 beschrieben.
Es wird nur das Beispiel eines Quarzglassubstrats beschrie
ben.
Fig. 8A und 8B zeigen eine Änderung im Verbundzustand zwi
schen dem Quarzglassubstrat 11 und dem Quarzglassubstrat 14.
Wie in Fig. 8A gezeigt, kann man davon ausgehen, daß, während
das Quarzglassubstrat 11 und das Quarzglassubstrat 14 bei
Raumtemperatur miteinander zusammengefügt sind, sie an ihren
Verbindungsflächen hauptsächlich durch eine physikalische
Verbindungskraft, die auf einer Van der Waal′schen Kraft
basiert, miteinander verbunden sind.
Wenn eine solche Struktur einer Wärmebehandlung unterliegt,
bringt die Molekularstruktur eine chemische Bindung wie eine
Si-O-Si-Bindung "X" hervor. Deshalb ist in Erwägung zu zie
hen, daß die Quarzglassubstrate 11 und 14 fest miteinander
durch eine stärkere chemische Bindungskraft verbunden sind.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Quarzglassubstrate 11
und 14 eng und fest miteinander durch ein systematisches Bin
dungsschema zusammengefügt, das auf physikalischen und chemi
schen Bindungskräften basiert, die im zusammengefügten Zu
stand der Substrate 11 und 14 und in dem Wärmebehandlungspro
zeß erzeugt werden.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstem
peratur zum Zusammenfügen der obigen Quarzglassubstrate und
der Verbindungsfestigkeit, wobei diese Beziehung experimen
tell ermittelt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 9 zeigt die
Kurve die Verbindungsfestigkeit der Quarzglassubstrate 11 und
14, wobei die Festigkeit einen mittleren Wert bei jeder Tem
peratur andeutet. Wie man aus Fig. 9 erkennt, wurde gefunden,
daß die Verbindungsfestigkeit der Quarzglassubstrate 11 und
14 praktisch hoch genug ist, um einen kapazitiven Drucksensor
herzustellen. Außerdem können, da eine hohe Bindefestigkeit
der Quarzglassubstrate 11 und 14 bei einer relativ niedrigen
Wärmebehandlungstemperatur erzielt werden kann, die bewegli
che Elektrode 13 und die stationäre Elektrode 15 bei einer
relativ niedrigen Temperatur ausgebildet werden, und es kann
somit ein Elektrodenmaterial verwendet werden, das einen
relativ niedrigen Wärmewiderstand aufweist.
Bei den obigen Ausbildungsformen haben das Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 11 und das Quarzglas- oder Saphirsubstrat 14
quadratische Formen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht darauf beschränkt. So können rechteckige, polygonale,
kreisförmige oder elliptische Substrate verwendet werden.
Außerdem haben bei den obigen Ausführungsformen die Ausspa
rung 12, die bewegliche Elektrode 13 und die stationäre Elek
trode 15 quadratische Formen. Die vorliegende Erfindung ist
auch hierauf nicht beschränkt. Es ist augenscheinlich, daß
diese Formen rechteckig, polygonal, kreisförmig oder ellip
tisch sein können.
Weiterhin können bei den obigen Ausführungsformen Vakuum,
Luft oder ein anderes Medium in der Aussparung 12, die zwi
schen dem Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 und dem Quarz
glas- oder Saphirsubstrat 14 gebildet ist, vorgesehen werden.
Darüber hinaus werden bei den obigen Ausführungsformen das
Quarzglas- oder Saphirsubstrat 11 und das Quarzglas- oder
Saphirsubstrat 14 jeweils als erste und zweite isolierende
Substratabschnitte verwendet. Die vorliegende Erfindung ist
jedoch nicht hierauf beschränkt. Selbst wenn ein Glassubstrat
oder ein keramisches Substrat, das ein transparentes isolie
rendes Material im Hinblick auf sichtbares Licht darstellt,
verwendet wird, kann eine Direktverbindung durch physikali
sche und chemische Vorgänge durchgeführt werden, wodurch die
gleichen Effekte wie oben beschrieben zu erzielen sind.
Wie vorstehend beschrieben, kann nach der vorliegenden Erfin
dung, da die ersten und zweiten isolierenden Substratab
schnitte direkt miteinander durch physikalische und chemische
Vorgänge verbunden sind, ein Spalt zwischen den ersten und
zweiten Elektroden mit guter Einstell- oder Regulierbarkeit
erzielt werden, und zwar unbeschadet einer Änderung in der
Spannung bzw. Beanspruchung, die in jedem Verbindungsab
schnitt aufgrund der Herstellbedingungen, Meßbedingungen,
einer Änderung über der Zeit und dergleichen erzeugt wird.
Daher kann ein hochpräziser, extrem zuverlässiger Drucksensor
zu niedrigen Kosten hergestellt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, umfassend
die Schritte:
- (1) Bereitstellung erster und zweiter Substrate (11, 14) aus dem selben elektrisch isolierenden Material mit Oberflächenabschnitten, die so angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, und die einem Ver bindungsvorgang unterworfen werden;
- (2) Ausbilden einer Aussparung, eines Einschnitts oder Einstichs (12) in einem Abschnitt derjenigen Ober fläche des ersten Substrats (11), die mit dem zweiten Substrat (14) zu verbinden ist, durch Naß oder Trocken-Ätzen;
- (3) Ausbilden einer aus einer leitfähigen Dünnschicht be stehenden ersten Elektrode in der Aussparung (12) des ersten Substrats (11) durch CVD (chemische Gasphasen abscheidung), Sputtern oder Vakuumablagerung;
- (4) Ausbildung einer aus einer leitfähigen Dünnschicht bestehenden zweiten Elektrode (15) auf einem Abschnitt derjenigen Oberfläche des zweiten Substrats (14), die mit dem ersten Substrat (11) zu verbinden ist, durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Sputtern oder Vakuumablagerung;
dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (1) wenigstens die
Oberflächenabschnitte der Substrate (11, 14) mit einer
Oberflächenrauhigkeit von nicht höher als 100 Å versehen
werden und daß das Verfahren weiterhin folgende Schritte
umfaßt:
- (5) Direktverbinden des ersten Substrats (11), auf dem die erste Elektrode (13) ausgebildet ist, und des zweiten Substrats (14), auf dem die zweite Elektrode (15) ausgebildet ist, bei Reinraum-Bedingungen und bei Raumtemperatur derart, daß die mit Elektroden ausgebildeten Oberflächen der ersten und zweiten Substrate (11, 14) einander gegenüberliegen;
- (6) festes Verbinden der ersten und zweiten Substrate (11, 14) mittels Durchführung einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, die unterhalb der Schmelztemperatur des Substratmaterials liegt; und
- (7) Reduzieren mindestens eines der ersten und zweiten Substrate (11, 14) auf eine einem Meßdruck-Bereich entsprechende Stärke.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß erste und zweite, im wesentlichen
aus Quarzglas bestehende Substrate (11, 14), verwendet
werden und Schritt (6) bei einer Temperatur, die unter
halb der Schmelztemperatur von Quarzglas liegt, durch
geführt wird.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß erste und zweite, im wesentlichen
aus Saphir bestehende Substrate (11, 14) verwendet werden
und Schritt (6) bei einer Temperatur, die unterhalb der
Schmelztemperatur von Saphir liegt, durchgeführt wird.
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