WO2002027803A1

WO2002027803A1 - Capteur de pression et son procede de fabrication

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Publication number: WO2002027803A1
Application number: PCT/JP2001/008646
Authority: WO
Inventors: Takashi Masuda
Original assignee: Yamatake Corporation
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2002-04-04
Also published as: US6904808B2; DE60142483D1; JP4091241B2; CN1466780A; EP1329960A1; CN1208843C; EP1329960A4; US20040007071A1; EP1329960B1; JP2002111011A

Description

明細書圧力センサおよび圧力センサの製造方法発明の背景

本発明は、サファイアなど α相の酸化アルミユウム（アルミナ）から構成した圧力センサチップにやはりサファイアなどのひ相アルミナからなる板部材が接合された圧力センサおよび圧力センサの製造方法に関する。

静電容量を検出することで圧力を検出する容量式の圧力センサチップがある。この圧力センサチップは、所定の空間を備えた基体と、基体の空間上に配置されたダイヤフラムとから筐体が構成され、基体に配置された固定電極と、ダイヤフラムに固定された可動電極とを備えている。ここで、ダイヤフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してこれらの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づき、ダイヤフラムの受けた圧力が測定できる。

このような圧力センサチップにおいて、筐体を構成している基体およびダイヤフラムに、サファイアを用いたものが提案されている。サファイア、すなわちコランダム（ct相酸化アルミニウムの単結晶体）は、熱的にきわめて安定であり、酸，アルカリにほとんど溶解せず、耐火物，絶縁体，研磨剤などのような広いようとがある。このような特性のサファイアを筐体に用いることで、上記圧力センサチップは、測定対象が腐食性を有している流体であっても、流体を直接ダイヤフラムに受けてこの圧力を測定することが可能となる。

上記圧力センサチップは、図 1 0に示すように台座に固定されて圧力センサとして用いられる。図 1 0に示すように、圧力センサのチップ 1 0 0 1は、例えばガラスからなる台座 1 0 0 2の中央部に形成された凹部 1 0 0 3に、ダイヤフラム部を図面上方に向けて載置される。台座 1 0 0 2の凹部 1 0 0 3底面には、台座 1 0 0 2底面に貫通する電極ピン 1 0 0 4の端子 1 0 0 5があり、チップ 1 0 0 1の基台裏面に引き出されている各電極の配線と接続している。また、凹部 1 0 0 3底面には、台座 1 0 0 2底面に連通する通気口 1 0 0 6が形成されている。チップ 1 0 0 1は、中央部に開口部を備えたカバープレート 1 0 0 7により、上面の周辺部が押さえられ、凹部 1 0 0 3に固定されている。カバープレート 1 0 0 7は、台座 1 0 0 2上面に一度溶融させたガラスにより接合されて台座 1 0 0 2に固定されている。また、カバープレート 1 0 0 7とチップ 1 0 0 1の当接箇所は、チップ 1 0 0 1上面に接触する測定対象の流体が、チップ 1 0 0 1周囲の凹部 1 0 0 3内に侵入しないように、気密封止された状態に接続されている。カバ一プレート 1 0 0 7は、圧力測定の精度を確保するため、チップ 1 0 0 1 の温度による変形の状態を同一にしてチップ 1 0 0 1に応力が発生しないようにするため、チップ 1 0 0 1と同一材料のサファイアから形成されている。また、異種間接合を極力排除して上記気密封止状態を得るため、チップ 1 0 0 1との当接面は、直接接合により接合されている。このような、サファイア同士の接合では、互いの接合面を鏡面研磨して当接し、接合する 2つのサファイア部材間に圧力をかけた状態で加熱することで、接着剤などを用いることなく、強固な接合状態を得ている。

しかしながら、上記直接接合では、サファイアからなる 2つの部材の当接面の表面荒さが 0 . 3 n m以下になるまで鏡面研磨する必要があるため、部材（カバ一プレート）が非常に高価なものとなってしまう。このように、接着剤などを用いずに直接接合を行おうとすると、一般にはコストの上昇を招いてしまう。これに対し、一般的にある接着剤などを用いれば、 2つの部材間をより安価に接合し、コストをかけることなく圧力センサを製造することが可能になる。しかしながら、一般にある接着剤を用いると、 2つの部材間に異なる材料が間に介在するため、応力が発生したり、また、接合箇所がサファイアほどの耐食性や熱的安定性が得られない状態となり、圧力センサの適用範囲が限られたものとなってしまう。以上示したように、従来では、圧力センサを構成する筐体の材料特性を 1 0 0 %発揮させるためには、筐体を構成する各部材間を直接接合することになり、コストが高いという問題があった。これに対し、接着剤などを利用して部材間を接合する場合、安価に部品を形成できるが、部材を構成する材料の特性を 1 0 0 % 生かせないという問題があつた。発明の概要

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、サファィァなど α相の酸化アルミニウムから筐体などが構成された圧力センサを、材料の持つ特性を損なうことなく安価に形成できるようにすることを目的とする。本発明の一形態における圧力センサは、 α相の酸化アルミニウムからなる基台、この基台主表面上に配置された α相の酸化アルミニゥムからなるダイヤフラム、基台に形成された凹部からなりダイヤフラムで覆われた容量室、この容量室底部に配置された固定電極、容量室内部において固定電極に対向してダイヤフラムに固定された可動電極を備えた圧力センサチップと、この圧力センサチップに α相の酸化アルミニゥムからなる中間体層を介して接続された α相の酸化アルミニゥムからなる板部材とから構成され、中間体層は、アルミニウムと酸素とを含む化合物が溶解した溶液からなる溶液を加熱することで、 ct相以外の酸化アルミニゥムもしくはアモルファス状体の酸化アルミニウムからなる中間体の状態とされた後、この中間体の状態の酸化アルミニウムを相転移させて c相とされたものである。

この圧力センサによれば、圧力センサチップと板部材との接合部分も、板部材と同様の、例えばサファイアなど実質的に α相の酸化アルミニウムとなっている。本発明の一形態における圧力センサの製造方法は、ひ相の酸化アルミニウムからなる基台と、この基台主表面上に配置されたひ相の酸化アルミニウムからなるダイヤフラムと、基台に形成された凹部からなりダイヤフラムで覆われた容量室と、この容量室底部に配置された固定電極と、容量室内部において固定電極に対向してダイヤフラムに固定された可動電極とを備えた圧力センサチップにひ相の酸化アルミニウムからなる板部材を接合する圧力センサの製造方法において、まず、板部材の表面にアルミニゥムと酸素とを含む化合物が溶解した溶液からなる溶液層を形成し、この溶液層を加熱して α相以外の酸化アルミニウムもしくはァモルファス状体の酸化アルミニウムからなる中間体層が板部材の表面に形成された状態とし、中間体層上に圧力センサチップを配置して板部材と圧力センサチップとの間に圧力を加えると共に電界を加え、かつ中間体層に紫外線を照射して加熱し、中間体層を構成する α相以外の酸化アルミニウムもしくはアモルファス状体の酸化アルミニウムを相転移させてひ相とすることで、圧力センサチップに板部材を接合しようとしたものである。

この製造方法によれば、圧力センサチップと板部材との接合部分が、例えばサファイアなど実質的に α相の酸化アルミニウムの状態となる。

上記製造方法において、アルミニウムと酸素とを含む化合物は、水酸化アルミニゥムであり、溶液層は水溶液であり、アルミニウムと酸素とを含む化合物は、例えばべ一マイトである。また、アルミニウムと酸素とを含む化合物は、アルミ -ゥムの有機金属化合物であり、例えば A 1 ( C H a C O O) などのアルミニゥムの有機酸塩であればよい。また、アルミニウム有機金属化合物は、アルミニゥムのアルコキシドであってもよく、またアルミニウムの金属カルボニルであってもよい。

上記製造方法において、紫外線の波長は、 2 0 0 n m以下であればよい。上記製造方法において、ダイヤフラムの周辺部上には α相の酸化アルミニゥムからなる緩衝部材を固定して圧力センサチップを構成し、板部材は緩衝部材に接合するようにしてもよレ、。

また、上記圧力センサおよびこの製造方法において、 α相の酸化アルミニウムは、サファイアであり、また、 α相以外の酸化アルミニウムは、 γ相， Θ相， t 相， κ相， ε相， χ相， δ相， σ相のいずれかもしくは混合物である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例における圧力センサのチップ 1 1 0にカバ一プレート 1 3 0が接合された状態を示す構成図である。

図 2は、緩衝部材 1 2 0が形成された圧力センサのチップ 1 1 0の構成を示す構成図である。

図 3は、緩衝部材 1 2 0の構成を示す平面図である。

図 4は、メタルプレート 1 4 0が接合されたサファイアからなるカバープレート 1 3 0の構成を示す平面図である。図 5は、本発明の実施例における圧力センサの製造方法を説明する工程図である。

図 6は、本発明の実施例における圧力センサの製造方法を説明する工程図である。

図 7は、本発明の実施例における圧力センサの一部構成を示す構成図である。図 8は、本発明の実施例における圧力センサの一部構成を示す構成図である。図 9は、 ]3—アルミナの状態を示す説明図である。

図 1 0は、圧力センサの一部構成を示す構成図である。実施例の詳細な説明

以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。

ぐ実施例 1 >

図 1は、本発明の実施例における圧力センサチップの構成を示す構成図である。本実施例では、図 1に示すように、緩衝部材 1 2 0が固定された圧力センサのチップ 1 1 0に、 α相の酸化アルミニウム（アルミナ）の単結晶体であるサフアイァからなるカバープレート（α相の酸化アルミニウムからなる板部材） 1 3 0を接合するようにした。カバープレート 1 3 0を接合する圧力センサのチップ 1 1 0は、サファイアからなる基部 1 0 1とサファイアからなるダイヤフラム 1 0 2 とから形成され、基部 1 0 1の中央部に形成された凹部で容量室 1 0 3をなし、容量室 1 0 3のダイヤフラム 1 0 2側に可動電極 1 0 4が形成され、容量室 1 0 3の基部 1 0 1側、すなわち基部 1 0 1の凹部底面に固定電極 1 0 5が形成されている。なお、図示していないが、基部 1 0 1裏面には、可動電極 1 0 4に接続する電極パッドと固定電極 1 0 5に接続する電極パッドが各々形成されている。上記チップ 1 1 0は、例えば直径 4インチの円板状のサファイアウェハに複数が形成され、このサファイアウェハを切り出すことで形成する。また、上記チップ 1 1 0が複数形成された上記サファイアウェハは、上記チップ 1 1 0を切り出す前に、複数の緩衝部材が形成された形成された直径 4インチの円板状のサファィァウェハと、チップと緩衝部材との形成部を各々位置合わせして直接接合し、この貼り合わせたウェハをまとめて切り出すことで、図 2に示すように、チップ 1 1 0に緩衝部材 1 2 0が接合された状態とする。したがって、チップ 1 1 0と緩衝部材 1 2 0とで、 1つの圧力センサチップを構成しているともいえる。

図 2と図 3 (平面図）とに示すように、緩衝部材 1 2 0の終端近傍には、表面と裏面とにリング状の接触領域 1 2 1 , 1 2 2が形成され、接触領域 1 2 1がチップ 1 1 0のダイヤフラム 1 0 2表面に直接接合している。また、緩衝部材 1 2 0の中央部には、開口部 1 2 3が形成されている。緩衝部材 1 2 0は、カバープレート 1 3 0を接合する際に発生する応力を緩和し、非常に薄いダイヤフラム 1 0 2の変形を防止するために用いられる。したがって、接合時に応力が発生しない場合などは、緩衝部材 1 2 0を用いなくてもよレ、。なお、緩衝部材 1 2 0を用いない場合、以降に説明するカバープレート 1 3 0は、ダイヤフラム 1 0 2表面に接合することになる。

緩衝部材 1 2 0を直接接合したチップ 1 1 0を用意したら、一方で、図 4の平面図に示すような、リング状のメタルプレート 1 4 0が接合されたサファイアからなるカバープレート 1 3 0を用意する。図 4に示すように、カバープレート 1

3 0は、中央部に開口領域 1 3 3を備えた枠形状に形成され、メタルプレート 1

4 0は、カバープレート 1 3 0の主表面 1 3 2の周辺部に接合されている。このメタルプレート 1 4 0とカバープレート 1 3 0との接合について説明すると、まず、カバープレート 1 3 0の接合領域に、予め金属膜をメツキなどにより形成しておき、この金属膜形成領域にメタルプレート 1 4 0を溶接することで接合する。次いで、図 1に示すように、緩衝部材 1 2 0の接触領域 1 2 2に、カバープレート 1 3 0の裏面 1 3 1を接合する。本実施例では、上記カバープレート 1 3 0 の接合を、つぎに示すことにより行うことで、直接接合に比較して非常に安価にサファイアからなる圧力センサを製造するようにした。

まず、アルミユウムの水酸化鉱物であるべ一マイト（A 1 O ( O H) ) の水溶液に二酸化チタンを添加した塗布溶液を作成し、図 5に示すように、この塗布溶液を、メタルプレート 1 4 0が溶接されたカバープレート 1 3 0の表面に塗布し、塗布膜 5 0 1を形成する。なお、上記塗布溶液に、少量の希硝酸を溶解して水素イオン濃度（p H) を 4程度としておくことで、ベーマイトを高濃度としても安定して溶解した状態とできる。次いで、塗布膜 5 0 1が形成されたカバープレート 1 3 0を例えば 4 5 0 °Cに加熱する。加熱により水分が蒸発することで、ベーマイトの水溶液からなる塗布膜は、まずゲル状の膜となる。このゲル状となったカバープレート 1 3 0上のベ一マイトは、さらに加熱が加わることにより脱水反応を起こし、 γ _アルミナとなり、サファイアからなるカバープレート 1 3 0と接合した状態となる。この結果、図 6に示すように、カバープレート 1 3 0の表面の接合領域上には、 γ—ァルミナもしくはァモルファス状態のアルミナからなる中間体層 6 0 1が接合した状態で形成される。また、中間体層 6 0 1は、ベーマイトの水溶液を塗布することで形成しているので、中間体層 6 0 1表面はカバープレート 1 3 0表面の凹凸を吸収して、平坦な状態になっている。これは、中間体層 6 0 1がサファイアであった場合、直接接合ができる程度に平坦化された状態となっている。

アルミナは、コランダム型の結晶構造（α相）をとることにより、サファイアなどのコランダムとして非常に安定した状態となる。これに対し、立方晶系スピネル型の結晶構造となっている一アルミナでは、結晶構造に無理があるためなどにより酸素原子が欠落している格子欠陥が多数存在した状態となっている。また、アモルファス状態のアルミナにおいては、この格子欠陥がより多く存在した状態となっている。このように、酸素原子が欠落している格子欠陥が多数存在した状態の層がサファイアの上に形成されると、サファイア表面のサファイアを構成している酸素が格子欠陥内に入り込み、安定した状態を形成しょうとする。このことにより、サファイアかなるカバープレート 1 3 0と、この表面に形成された中間体層 6 0 1とは、化学的に結合した状態となって接合された状態となる。つぎに、図 7に示すように、カバープレート 1 3 0上の中間体層 6 0 1表面と緩衝部材 1 2 0の接触領域 1 2 2表面とを当接させ、この状態で、チップ 1 1 0 とカバ一プレート 1 3 0との間に例えば 1 0 0〜3 0 0 0 0 P a、好ましくは 2 0 0 0 P a程度の圧力を加え、チップ 1 1 0とカバープレート 1 3 0とに荷重がかかった状態とする。また、中間体層 6 0 1には、約 5 k VZmmの電界を加え、かつ紫外線（1 8 5 n m) を照射する。加えて、これらを 7 0 0 °C程度に加熱する。

これら荷重，電界の印加や紫外線の照射は、図 7に示すようにして行う。図 7 に示すように、まず、アルミナなどのセラミックからなる定盤 7 0 1上に、緩衝部材 1 2 0が接合されたチップ 1 1 0を載置し、緩衝部材 1 2 0上にカバープレート 1 3 0を配置し、カバープレート 1 3 0上には加圧枠 7 0 2を載置し、加圧枠 7 0 2の重量（約 2 0 0 k g ) の荷重をかける。なお、カバ一プレート 1 3 0 と緩衝部材 1 2 0との間には、図示していないが中間体層が形成されている。定盤 7 0 1上には、緩衝部材 1 2 0が接合されたチップ 1 1 0の周囲を囲うように下部電極 7 0 3を配置する。また、遮蔽部材 7 0 4をカバープレート 1 3 0 の開口領域に嵌合させ、遮蔽部材 7 0 4周囲に配置された枠状の上部電極 7 0 5 を、カバープレート 1 3 0の開口領域端部上に配置する。このとき、加圧枠 7 0 2の内側と上部電極 7 0 5の外側とには間隙ができるようにし、上部よりこの間隙を通してカバープレート 1 3 0と緩衝部材 1 2 0との接合領域が見える状態とする。

以上のように配置した後、雰囲気を真空排気または減圧した状態とし、加圧枠 7 0 2上部より紫外線を照射し、下部電極 7 0 3と上部電極 7 0 5との間に電圧を印加し、また、定盤 7 0 1ないに内蔵されている伝熱ヒータ（図示せず）に通電することで発熱させて全体を加熱する。

以上のことで、図 6に示した中間体層 6 0 1を α相に転移させてコランダムすなわちサファイアとし、カバープレート 1 3 0と緩衝部材 1 2 0とが、同じサフアイァからなる層により、境目なく強固に接合した状態を得る。

この接合に関して考察する。上記 γ _アルミナは、約 1 0 0 0 °Cに加熱することで、立方晶系スピネル型の結晶構造がコランダム型の結晶構造に相転移し、コランダムとなる。この相転移では、結晶構造に大きな変化を発生させるため、各原子の大きな移動が必要となり、例えば、アルミニウムと酸素との結合が部分的に切れる必要がある。このため、 γ —アルミナから α—アルミナへの相転移には、上記のように 1 0 0 0 °Cという高温が必要となる。

ここで、前述したように、中間体層に予め二酸化チタンを添加しておき、加えて、上述したように電界を加えて紫外線を照射することで、以下に説明するように、より低温でもアルミニウムと酸素との結合が切れやすい状態となり、各原始の移動度を大きくさせることが可能になるものと考えられる。まず、中間体層中に添加されている二酸化チタンでは、紫外線が照射されることで正孔ー電子対が発生する。加えて、この中間体層には電界が印加されているので、発生した正孔一電子 *fは引き離され、各々が消滅せずに存在し続ける。このような状態の二酸化チタンが陽極近傍に存在すれば、陽極より電子を受け取り電子過剰の状態となり、この電子過剰の状態を解消すべく、近傍のアルミ二ゥムー酸素結合に電子を放出する。 γ—アルミナにおけるアルミニウム一電子結合は、通常では 1 0 0 0 °C近くの高温にならないと結合を切ることができないが、上記に酸化チタンからの電子の攻撃を受けると、より低い温度であっても結合が切れるようになる。

この結果、放出された電子を受けたアルミユウム一酸素結合は、 7 0 0 °C程度で切れて〇²_を発生させ、結晶格子の中で、酸素原子があるべきところにない酸素欠陥を発生させる。

一方、上記状態で陰極近傍に存在する二酸化チタンでは、陰極に電子を奪われて電子欠乏の状態となっている。分離した O ²—は、近くに存在している電子欠乏状態の二酸化チタンに電子を受け渡し、近傍の酸素欠陥に収まる。なお、二酸化チタンに限るものではなく、 Z n 0₂などの他の光触媒を用いるようにしても同様である。

以上のことにより、予め二酸化チタンを添加しておき、電界を印加しかつ紫外線を照射しておくことで、約 7 0 0 °Cの加熱で、中間体層 6 0 1をコランダムに転移させることが可能となる。本実施例では、カバープレート 1 3 0の接合工程が最も高温の処理であるので、チップ 1 1 0内部に形成されている可動電極 1 0 4や固定電極 1 0 5を、 7 0 0 °Cに耐えられる金属などの導電部材で構成すればよい。なお、加圧して基板間に所定の圧力を加えて荷重がかかった状態とすることで、カバープレート 1 3 0のそりを無くし、カバープレート 1 3 0と緩衝部材 1 2 0の接触領域 1 2 2との接合面全域が互いに接触した状態とする。

つぎに、図 8に示すように、ガラスからなり中央部に凹部 1 5 1を形成した基台 1 5 0を用意し、カバープレート 1 3 0がメタルプレート 1 4 0と共に、緩衝部材 1 2 0を介して取り付けられたチップ 1 1 0を、この基台 1 5 0の凹部 1 5 1内に固定する。基台 1 5 0は、上端が凹部 1 5 1底部に露出し、基台 1 5 0底部を貫通して下端が底面より突出する電極ピン 1 5 2を備えている。また、凹部 1 5 1の底部には、基台 1 5 0下部に貫通する通気口 1 5 3が形成されている。加えて、基台 1 5 0には、周囲を囲うように、金属製の枠体 1 6 0が固定されている。

したがって、まず、上記チップ 1 1 0を凹部 1 5 1内に固定するときは、図示していないチップ 1 1 0裏面に露出している電極パッドと、対応する電極ピン 1

4 2との上端とが接触するように位置合わせする。

また、チップ 1 1 0の固定は、メタルプレート 1 4 0を、枠体 1 6 0上面に溶接することで行う。

以上のことにより、チップ 1 1 0のダイヤフラム 1 0 2上面、すなわち受圧面は、緩衝部材 1 2 0の開口部 1 2 3とカバープレート 1 3 0の開口領域 1 3 3を介し、図 8の紙面上方の領域に露出した状態となっている。したがって、基台 1

5 0と枠体 1 6 0で区切られた図 8紙面上部の領域にある流体は、チップ 1 1 0 の受圧面に直接接触する状態となっている。

し力しながら、枠体 1 6 0とメタルプレート 1 4 0、メタルプレート 1 4 0とカバープレート 1 3◦、カバープレート 1 3 0と緩衝部材 1 2 0、緩衝部材 1 2 0とダイヤフラム 1 0 2は、各々隙間なく接合されているので、チップ 1 1 0の受圧面に直接接触する流体が、基台 1 5 0と枠体 1 6 0で区切られた図 8紙面下部の領域に洩れ出すことがない。

本実施例の場合、カバープレートの接合面の表面荒さは、例えば 1 0 n m程度としておけばよく、溶液を塗布して中間体層を形成した段階で、中間体層表面がサファイア基板の表面荒さを吸収して平坦な状態となっていればよい。表面荒さが 1 0 n m程度のサファイア基板は、例えば、腕時計の窓に用いられているものであり、この大きさなら価格が 1枚数百円であり、安価である。同じ寸法で表面荒さが 0 . 3 n m以下と直接接合できるように加工されたものは、価格が数万円となるが、上記実施例ではこのような高い精度のものは必要としない。

このように、本実施例によれば、コストの増大を招く高い精度の加工を必要とせずに、直接接合と同程度の状態にサファイアからなるカバ一プレートを接合できる。この場合、緩衝部材とカバープレートもしくはチップとカバープレートとは、実質的にチップおよびカバ一プレートと同様の、サファイア（ひ相の酸化ァルミ-ゥム）とされた中間体層を介して接合されたものとなっている。

なお、上述では、ベーマイトを用いるようにしたが、これは水酸化アルミユウムの一形態であり、他に、ギブサイトやダイァスポアなどの水酸化アルミニウムを用いるようにしても同様である。

く実施例 2 >

つぎに、本発明の他の形態について説明する。

本実施例では、サファイアからなるカバープレート 1 3 0上に形成する中間体層 6 0 1 (図 6 ) を、つぎに示すように形成した。

まず、カバープレート 1 3 0の所定領域（接合領域）に、硝酸アルミニウムの水溶液を塗布し、これを加熱して塗布した領域のカバープレート 1 3 0上に7 _ アルミナからなる中間体層 6 0 1形成するようにした。硝酸アルミニウムの水溶液は、加熱により水分が蒸発した後、硝酸を失って塩基性塩となり、最終的に相の酸化アルミニウム（τ/ーアルミナ）となる。この結果、前述した実施例と同様に、カバープレート 1 3 0上に γ—アルミナからなる中間体層 6 0 1が形成される。以降は、上記実施例と同様である。

なお、本実施例では、カバープレートに硝酸アルミニウムの水溶液を塗布するようにしたが、カバープレートに強酸もしくは強アルカリ水溶液を塗布して加熱し、カバープレート表面のサファイア自身に化学反応を起こさせ、カバープレート表面に硝酸アルミニウムの層を形成するようにしてもよレ、。

<実施例 3〉

つぎに、本発明の他の形態について説明する。

本実施例では、アルミニウムの有機金属化合物の有機溶媒溶液をカバープレート 1 3 0に塗布し、カバープレート 1 3 0を 2 0 0〜 6 0 0 °C程度に加熱することで、カバープレート 1 3 0上に γ—アルミナからなる中間体層 6 0 1 (図 6 ) を形成するようにした。アルミニウムの有機金属化合物としては、例えばェチルァセトァセテ一トァノレミニゥムジィソプロビレートゃアルミニウムィソプロピレ

―トを用いればよい。

アルミニウムの有機金属化合物の有機溶媒溶液の塗布膜は、加熱によりまず有機溶媒が蒸発する。この後、上記温度に加熱することで有機金属化合物が分解して有機成分が気化し、アモルファス状態もしくは γ相など α相以外の酸化アルミ二ゥムが残る。この分解は、紫外線を照射したり、また、酸素プラズマ中で行うことで、より低温で行えるようになる。この結果、前述した実施例と同様に、力バープレート 1 3 0上にアモルファス状態のアルミナまたは γ —アルミナからなる中間体層 6 0 1が形成される。以降は、前述した実施例と同様である。

ところで、上記実施例では、圧力を測定する圧力センサであるチップ内に形成する電極に、金属を用いるようにしたが、これに限るものではなく、 N a ₂0 * 1

1 A 1 ₂ O ₃ K ₂0 · 1 1 A 1 ₂0 ₃などの i3—アルミナとよばれている材料から電極を構成するようにしてもよい。一アルミナは、図 9に示すように、 1 1分子層分の A 1 ₂ O ₃の層 9 0 1と、 1分子層分の N a ₂0の層 9 0 2とが交互に積層した構造となっている。このような構造の /3 _アルミナは、導電 14を有し、また、電極形成母体のサファイアと相性がよいので、圧力センサ製造過程における熱ストレスや、圧力測定時に加わるダイヤフラムの変形ストレスなどによる電極の剥がれが抑制されるようになる。

また、 _アルミナは、融点が 2 9 0 0 °Cと高融点材料であるので、上述したカバープレートの接合工程においても、何ら問題が発生しない。逆に、カバープレートの接合工程において、より高温の処理が可能となり、アモルファスもしくは γ—アルミナからなる中間体層の相転移を、より迅速にかつ確実に行うこと力 S 可能となる。

なお、上述では、サファイアを用いるようにしたが、これに限るものではなく、 α相の酸化アルミニウムからなる部材であれば、上述同様に接合することができる。

以上説明したように、上述した実施例によれば、サファイアなどの α相酸化ァルミニゥムから筐体などの部材が構成された圧力センサチップに、サファイアなどの α相酸化アルミニゥムからなる板部材を直接接合と同様の状態に接合できるようになり、サファイアからなる圧力センサを、サファイアの持つ特性を損なうことなく安価に形成できるようになるという優れた効果が得られる。

以上のように、本発明に係る圧力センサおよび圧力センサの製造方法は、サフアイァなどの α相酸化アルミニゥムから筐体などの部材が構成された圧力センサチップに、サファイアなどの a相酸化アルミニウムからなる板部材を直接接合と同様の状態に接合できるようになるので、サファイアからなる圧力センサを、サフアイァの持つ特性を損なうことなく安価に形成することに適している。

Claims

請求の範囲

1 . α相の酸化アルミニウムからなる基台、この基台主表面上に配置された α 相の酸化アルミニゥムからなるダイヤフラム、前記基台に形成された凹部からなり前記ダイャフラムで覆われた容量室、この容量室底部に配置された固定電極、前記容量室内部において前記固定電極に対向して前記ダイヤフラムに固定された可動電極を備えた圧力センサチップと、

この圧力センサチップに α相の酸化アルミニゥムからなる中間体層を介して接続された α相の酸化アルミニゥムからなる板部材と

から構成され、

前記中間体層は、アルミニウムと酸素とを含む化合物が溶解した溶液からなる溶液を加熱することで、 c相以外の酸化アルミニウムもしくはアモルファス状体の酸化アルミニゥムからなる中間体の状態とされた後、この中間体の状態の酸化アルミニウムを相転移させて _α相とされたものである

ことを特徴とする圧力センサ。

2 . ct相の酸化アルミニウムからなる基台と、この基台主表面上に配置された α相の酸化アルミニゥムからなるダイヤフラムと、前記基台に形成された凹部からなり前記ダイヤフラムで覆われた容量室と、この容量室底部に配置された固定電極と、前記容量室内部において前記固定電極に対向して前記ダイャフラムに固定された可動電極とを備えた圧力センサチップに α相の酸化アルミニウムからなる板部材を接合する圧力センサの製造方法において、

前記板部材の表面にアルミニゥムと酸素とを含む化合物が溶解した溶液からなる溶液層を形成する第 1の工程と、

この溶液層を加熱して α相以外の酸化アルミニウムもしくはアモルファス状体の酸化アルミニゥムからなる中間体層が前記板部材の表面に形成された状態とする第 2の工程と、

前記中間体層上に前記圧力センサチップを配置して前記板部材と前記圧力センサチップとの間に圧力を加えると共に電界を加え、かつ前記中間体層に紫外線を照射して加熱し、前記中間体層を構成する C相以外の酸化アルミニウムもしくはアモルファス状体の酸化アルミニウムを相転移させて α相とする第 3の工程とを備えたことを特徴とする圧力センサの製造方法。

3 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニウムと酸素とを含む化合物は、水酸化アルミニウムであり、前記溶液層は水溶液であることを特徴とする圧力センサの製造方法。

4 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニウムと酸素とを含む化合物は、ベーマイトであることを特徴とする圧力センサの製造方法。

5 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニゥムと酸素とを含む化合物は、アルミ二ゥムの有機酸塩であることを特徴とする圧力センサの製造方法。

6 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニゥムと酸素とを含む化合物は、アルミ-ゥムの有機金属化合物であることを特徴とする圧力センサの製造方法。

7 . 請求の範囲第 5項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニウムの有機酸塩は、 A l ( C H a C O O) ₃であることを特徴とする圧力センサの製造方法。

8 . 請求の範囲第 6項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニウムの有機金属化合物は、アルミニウムのアルコキシドであることを特徴とする圧力センサの製造方法。

9 . 請求の範囲第 6項記載の圧力センサの製造方法において、

前記アルミニウムの有機金属化合物は、アルミニウムの金属カルボニルであることを特徴とする圧力センサの製造方法。

1 0 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記紫外線の波長は、 2 0 0 n m以下であることを特徴とする圧力センサの製造方法。

1 1 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記ダイヤフラムの周辺部上には α相の酸化アルミニウムからなる緩衝部材が形成されて前記圧力センサチップを構成し、

前記板部材は前記緩衝部材に接合することを特徴とする圧力センサの製造方法。

1 2 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、前記ひ相の酸化アルミニウムは、サファイアであることを特徴とする圧力センサの製造方法。

1 3 . 請求の範囲第 2項記載の圧力センサの製造方法において、

前記 α相以外の酸化アルミニウムは、 · 相， 0相， t相， κ相， f 相， χ相， δ相， σ相のいずれかもしくは混合物であることを特徴とする圧力センサの製造方法。