JP2865552B2 - 静電容量式圧力センサ - Google Patents

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
センサに係わり、特に電極部封入，封止型静電容量式圧
力センサにおける電圧印加時に両電極間に発生する静電
引力に起因する圧力測定誤差を軽減する圧力センサチッ
プ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】静電容量式圧力センサにおいて、電極間
の誘電率が湿度等の環境要因で変化することは、圧力測
定に対して重大な誤差を発生する。このため、圧力測定
環境の制限を取り除くためには、電極部が封入もしくは
封止されたセンサ素子とすることが必要である。

【０００３】この封入，封止型センサ素子で差圧もしく
はゲージ圧式のセンサ素子が必要である場合、通常、圧
力により可動するダイアフラム２枚を２面とした封入，
封止構造体が用いられ、この封入，封止構造体内に可動
するダイアフラムと連動して動く可動電極板もしくは可
動するダイアフラムと独立して変位しない固定電極板の
いずれかが少なくとも必要になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、センサ素子
の小型化，低コスト化を進めるうえで、前述した構造を
通常の半導体プロセスを用いて基板上に集積化して作製
することは極めて価値があることである。しかるに基板
上に集積化して作製する場合には、その製作性により、
前述した可動電極もしくは固定電極は薄膜により作製さ
れることが望ましい。しかし、薄膜電極を作製した場合
には、静電引力によりこれらの薄膜電極が対向する電極
に引き付けられることとなり易い。この静電引力に起因
した薄膜電極の撓みにより、当然容量値が変わり、ま
た、薄膜中に作製時に生じた残留応力があると、この残
留応力が経時変化した場合に薄膜電極の撓み量も変わ
り、このために圧力に起因しない容量値の変化（計測誤
差）が生じることとなる。このため、従来では高精度セ
ンサ素子を作製するためには薄膜電極を用い難いという
状況にあった。

【０００５】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、測
定電圧による静電引力に影響され難いセンサ素子構造と
し、薄膜電極を採用することで、小型で低コスト，高精
度で実現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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による静電容量式圧力センサは、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
された絶縁体からなる第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２のダイアフラム部の第
１のダイアフラム部と対向する面に形成された計測用の
第１の可動電極と、空洞部内に第１の可動電極と対向
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、第１のダイアフラム部の第２のダイア
フラム部と対向する面の反対面に固定電極に対向して形
成された第２の可動電極とを備え、固定電極と第２の可
動電極との間に第１のコンデンサ構造を形成し、固定電
極と第１の可動電極との間に第２のコンデンサ構造を形
成したものである。また、他の発明の静電容量式圧力セ
ンサは、上記構成において、第１のコンデンサ構造は、
第１のダイアフラム部で形成される第１の容量部と、第
１のダイアフラム部の固定電極と対向した面と固定電極
部との間で形成される第２の容量部とを有し、第１の容
量部と第２の容量部との関係は第１の容量部の１０倍値
が第２の容量部値より大きく、かつ第２の容量部値が第
１の容量部の１／１０倍値より大きくしたものである。

【０００７】

【作用】本発明においては、測定圧力Ｐ１が第１のダイ
アフラム部に印加され、測定圧力（例えば大気圧）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、第１の可
動電極と固定電極との間の空洞部の間隙寸法が変化し、
第１の可動電極と固定電極とで構成される第２のコンデ
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。この場合、第２の可動
電極を設けることで、固定電極が第２の可動電極側に電
極間距離に反比例した静電引力を受けて引かれることに
なる。さて、圧力測定誤差のうち、最も重要なものとし
て圧力差が零である場合の測定値に安定性がある。本構
造において、固定電極と第１の可動電極との間に電圧を
印加すると、固定電極は第１の可動電極側に静電引力を
受けて引かれることになる。この固定電極が撓むこと
は、圧力差が零である場合の測定値を変動させる要因と
なり得るために避けるべきものである。そこで第２の可
動電極を設けて第２の可動電極側に上記静電引力とほぼ
同じ大きさの静電引力を固定電極におよぼし、固定電極
の撓みを防いでいる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。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は平面図、
図２は図１のＡ−Ａ′線方向の断面図であり、図３はそ
の動作を説明する断面図である。図１および図２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。

【０００９】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ない
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、電気的絶縁体である
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。

【００１０】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
極支持膜および第２の固定電極支持膜、７はこの第１の
固定電極支持膜５と第２の固定電極支持膜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。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
電極支持膜５および第２の固定電極支持膜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計測用の第１の可動電
極である。

【００１１】なお、第１の固定電極支持膜５および第２
の固定電極支持膜６は絶縁体の成膜により形成されてい
る。また、第２の固定電極支持膜６と第１の可動電極８
との間のギャップｇは数μｍ程度であり、第２の固定電
極支持膜６の厚さはサブμｍ程度である。したがってこ
れらの第１の可動電極８および固定電極７は、数μｍ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
（第２のコンデンサ構造）が形成され、容量式のセンサ
素子が構成されている。さらにこの第２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Ｃが形成されて
おり、このキャビティＣ内には真空またはガスが封入さ
れる構造となっている。

【００１２】また、９は第１のダイアフラム部２のキャ
ビティＣ側と反対向する表面に固定電極７と対向して形
成された導電性薄膜からなる第２の可動電極、１０はこ
の第２の可動電極９を保護する絶縁膜である。ここで、
この第２の可動電極９と固定電極７とでコンデンサ構造
（第１のコンデンサ構造）が形成されている。また、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。

【００１３】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。

【００１４】このように構成された静電容量式圧力セン
サは、固定電極７と第１の可動電極８との間および固定
電極７と第２の可動電極９との間にそれぞれ所定の電圧
を印加する。また、環境１の測定圧力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（例えば大
気圧）Ｐ２が第２のダイアフラム部３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、環境１の測定圧力Ｐ１が第１の圧力導入穴１１
ｂ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（例えば大
気圧）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３に印加
されて測定圧力Ｐ１と測定圧力Ｐ２とに圧力差が発生す
ると、図３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Ｃ内の間隙部分が圧力差に応じて一体となって変
位し、これによって第１の可動電極８と固定電極７との
間の電極間距離が変化し、第１の可動電極８と固定電極
７とで構成される第２の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】このような構成においては、無加圧時には
固定電極７が第１の可動電極８に静電引力により引き付
けられることに対して第２の可動電極９を設けること
で、固定電極７が第２の可動電極９に引き戻されること
を利用して固定電極７の撓みを最小限に抑えることがで
きる。通常、このような目的の第２の可動電極９を設け
る場合には、第１のダイアフラム部２の第２のダイアフ
ラム部３に対向する面に第２の可動電極を設けて固定電
極７の撓みを減らすことが試みることが考えられる。こ
の場合には、固定電極７と第１の可動電極８との間の距
離と、固定電極７と第２の可動電極９との間の距離との
比が全センサ素子においてほぼ等しいときに固定電極７
の撓みを最大限に減らすことができる。

【００１６】しかしながら、現実にセンサ素子構造を作
製する場合には、各構成部材を作製する工程能力にバラ
ツキが生じることを考慮する必要がある。この工程能力
のバラツキに対して例えば固定電極７と第２の可動電極
９との間の距離が小さくなってしまった場合には、前述
したように第１のダイアフラム部２の第２のダイアフラ
ム部３に対向する面に第２の可動電極９を設けたときに
は、可変値は両電極間距離のみとなり、両電極間距離の
２乗に反比例した静電引力を受けるために固定電極７が
第２の可動電極９側に強く引かれることになる。

【００１７】しかるに本実施例による構造では、第２の
可動電極９側に固定電極７が弱く引かれることになり、
工程能力による形状のバラツキによる固定電極７の撓み
量を許容値以下とすることが可能となり、小型で低コス
ト，高精度の静電容量式圧力センサを提供することが可
能となる。これは、本構造が以下に説明するような効果
を有することに起因する。

【００１８】本実施例における図４（ａ）に示す第１の
コンデンサ構造は、図４（ｂ）に示したように等価的に
２つの容量部（容量Ａ部，容量Ｂ部）が直列配置された
構造となっている。ここで、第１のコンデンサ構造に電
圧Ｖ０を印加した場合を考える。容量Ａ部の容量値をＣ
Ａ，容量Ａ部の受け持つ電圧をＶＡ，容量Ｂ部の容量値
をＣＢ，容量Ｂ部の受け持つ電圧をＶＢ，第１のダイア
フラム部２と固定電極７との間の間隔をＧ，また、この
間隔Ｇを満たしている真空もしくは封入ガスの誘電率を
ε，電極面積をＳとする。この場合、以下の関係が成り
立っている。 ＶＢ＝ＣＡ×Ｖ０／（ＣＡ＋ＣＢ） ・・・・・（１） ＣＢ＝ε×Ｓ／Ｇ ・・・・・（２）

【００１９】また、固定電極７が第２の可動電極９に引
き付けられる静電引力Ｆは、 Ｆ＝ε×Ｓ×ＶＢ²／２×Ｇ² ・・・・・（３） つまり、工程能力のために間隔Ｇが予定値より小さくな
った場合には、式（２）より、容量値ＣＢが大きくな
る。このために式（１）より電圧ＶＢは小さくなる。よ
って式（３）において、間隔Ｇが小さくなったために静
電引力Ｆが大きくなることに対して電圧ＶＢも小さくな
ったために静電引力Ｆが大きくなる量を減少させる。こ
のために前述したように固定電極７が第２の可動電極９
側に弱く引かれるだけに止めることが可能となる。

【００２０】固定電極７に加わる静電引力は、式（３）
の静電引力Ｆと、第１の可動電極８と固定電極７との間
に電圧ＶS を印加することで発生する固定電極７側に引
き付けられる静電引力ＦS とがある。この静電引力Ｆと
静電引力ＦS とを釣り合わせることができた場合に固定
電極７は静止している。つまり、各形状の設計値が達成
できた場合を想定し、静電引力Ｆ＝静電引力ＦS となる
ように測定電圧ＶS に対して電圧Ｖ０を決定する。

【００２１】つまり、容量Ａ部の設計容量値をＣＡ０，
容量Ｂ部の設計容量値ＣＢ０，第１のダイアフラム部２
と固定電極７との間の設計間隔Ｇ０，電極の設計面積を
Ｓ０とすると、静電引力Ｆ＝静電引力ＦS を満足する静
電引力Ｆは以下の関係を持つ。 Ｆ＝ε×Ｓ０×ＶＢ０²／２×Ｇ０² ・・・・・（４）

【００２２】ここでは、工程能力のために間隔が設計値
のＧ０からＧ（＝βＧ０）に変化してしまった場合につ
いて説明する。この場合は、ＣＡ＝ＣＡ０，ＣＢ＝ＣＢ
０／β，Ｓ＝Ｓ０であり、ＣＡ０＝αＣＢ０とする。ま
た、この場合に発生する静電引力Ｆ1は式（１）〜式
（４）の関係から、Ｆ1＝［（α＋１）²／（αβ＋１）
²］×Ｆとなる。なお、βの範囲は０．８〜１．２程度
と考えられ、α≫１であると、Ｆ1≒Ｆ／β²となる。ま
た、１≫αであると、Ｆ1≒Ｆとなり、Ｆ1の値のバラツ
キ幅はαの値に対応して大きい場合から小さくなるにつ
れて［（β² −１）／β²］×Ｆから０となる。

【００２３】つまり、静電引力の釣合の点から考える
と、αが１より小さければ小さいほうが有利である（α
が１より小さいということは容量Ａ部が容量Ｂ部に比べ
て小さい場合に対応する）。ただし、この場合は、式
（１）より電圧Ｖ０のうち、電圧ＶＢへの割り振りが小
さくなるために電圧Ｖ０を大きくする必要がある。この
電圧を考慮すると、容量Ａ部の１０倍値は容量Ｂ部の値
より大きいことが望まれる。αが１より大きい場合は、
前述した電圧の問題が生じないが、前記静電引力の釣合
効果が有効に得られる範囲を考えると、容量Ａ部の１／
１０倍値は容量Ｂ部の値より小さいことが望まれる。

【００２４】以上、両者を満足するためには、容量Ａ部
の１０倍値は容量Ｂ部の値より大きく、かつ容量Ａ部の
１／１０倍値は容量Ｂ部より小さいこと（Ａ／１０＜Ｂ
＜１０Ａ）が必要であり、これを満足するさせること
で、より一層小型で低コスト，高精度の静電容量式圧力
センサを提供することが可能である。

【００２５】なお、このような構成において、第１のダ
イアフラム部２の第２のダイアフラム部３と対向する反
対面に第２の可動電極９を設けることは、第１のストッ
パ１１に貫通する開口部を形成することが容易であるこ
とから、電極の取り出し構造が容易に形成でき、作製上
でも有利となる。したがって小型で低コスト，高精度の
静電容量式圧力センサが実現可能となる。

【００２６】また、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。

【００２７】また、このような構成によれば、キャビテ
ィＣ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、第１の可動電極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。

【００２８】また、通常は、キャビティＣ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。

【００２９】また、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などの同一材
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）が接着剤を使用し
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くな
る。

【００３０】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。

【００３１】図５〜図１５は、図１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５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。

【００３２】次に図６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
鏡面との面同志を真空中において２００℃〜１３００℃
程度の温度で張り合わせる。

【００３３】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、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。

【００３４】次に図７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の研磨には、ウェットエッチン
グ，ドライエッチングまたは研削を併用して行っても良
いが、この研磨面は鏡面であることが必要である。

【００３５】次に図８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Ｃを
同時に形成する。

【００３６】次に図９に示すように第２のサファイア基
板２２のキャビィテイＣ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第１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
にキャビィテイＣの底面に形成された第１の可動電極８
上にＣＶＤ，真空蒸着またはスパッタリング法などによ
り第１の犠牲層２３を積層形成する。

【００３７】次に図１０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の固定電極支持膜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Ｃの底面に形成されている第１の可動電極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２
５上に前述した方法と同一の方法により第１の固定電極
支持膜５としての第２の絶縁層２６を積層形成する。

【００３８】次に図１１に示すように第２のサファイア
基板２２のキャビィテイＣ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。

【００３９】次に図１２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Ｃ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。

【００４０】次に図１３に示すように表面が表面粗さＲ
ａ＜１ｎｍ程度に鏡面研磨された第３のサファイア基板
２８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第２の
可動電極９を形成した後、この第３のサファイア基板２
８の背面側を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所定の厚さに加工するととも
に表面粗さＲａ＜１ｎｍ程度の鏡面加工を行って第１の
ダイアフラム部２を形成する。

【００４１】次に図１４に示すように前述した図５〜図
７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４のサファイ
ア基板２９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２９ａおよび第１の圧力導入穴１１ｂとしての溝
部２９ｂをそれぞれ形成して第１のストッパー１１を形
成する。

【００４２】引き続き、前述した第１のダイアフラム部
２の表面上に第４のサファイア基板２９の凹部２９ａお
よび第１の圧力導入穴１１ｂの形成面を前述した方法と
同一の直接接合などの方法により張り合わせる。

【００４３】次に図１５に示すように図１２で形成した
第２のサファイア基板２２の表面側に図１４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、
前述した図２に示したような容量式センサ構造が完成さ
れる。

【００４４】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。

【００４５】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、例えばパイレック
スまたは石英ガラスなどの電気的絶縁性材料を用いても
同様に構成することができる。

【００４６】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、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。

【００４７】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。

【００４８】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の固定電極支持膜５と
第２の固定電極支持膜６とにより構成したが、第１の固
定電極支持膜５および第２の固定電極支持膜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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】また、前述した実施例においては、固定電
極はキャビティＣの周辺部で固定した場合について説明
したが、所定形状の凹部２１ａより外側のキャビティＣ
の底面で固定しても前述と同様な効果が得られる。

【００５５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
測定電圧による静電引力に影響され難い、小型で低コス
ト，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
例による構成を説明する平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ′線の断面図である。

【図３】 本発明による静電容量式圧力センサの動作を
説明する断面図である。

【図４】 本発明による静電容量式圧力センサの構造を
説明する断面図である。

【図５】 図１〜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６】 図５に引き続く工程の断面図である。

【図７】 図６に引き続く工程の断面図である。

【図８】 図７に引き続く工程の断面図である。

【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。

【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…第１の可動電極、９…第２の可動電極、１０…絶縁
膜、１１…第１のストッパ、１１ａ…ギャップ、１１ｂ
…圧力導入穴、１２…第２のストッパ、１２ａ…ギャッ
プ、１２ｂ…圧力導入穴、Ｐ１…測定圧力、Ｐ２…測定
圧力、ｇ…ギャップ、Ｃ…キャビティ、Ｇ…間隔。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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絶縁体からなる第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２のダイアフラム部の第１のダイアフラム部と対
   向する面に形成された計測用の第１の可動電極と、 前記空洞部内に前記第１の可動電極と対向し、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、 前記第１のダイアフラム部の第２のダイアフラム部と対
   向する面の反対面に前記固定電極に対向して形成された
   第２の可動電極と、を備え、 前記固定電極と第２の可動電極との間に第１のコンデン
   サ構造を形成し、前記固定電極と前記第１の可動電極と
   の間に第２の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。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１のコンデン
   サ構造は、第１のダイアフラム部で形成される第１の容
   量部と、前記第１のダイアフラム部の前記固定電極と対
   向した面と前記固定電極部との間で形成される第２の容
   量部とを有し、前記第１の容量部と第２の容量部との関
   係は第１の容量部の１０倍値が第２の容量部値より大き
   く、かつ第２の容量部値が第１の容量部の１／１０倍値
   より大きいことを特徴とする静電容量式圧力センサ。