DE4244450C2

DE4244450C2 - Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Drucksensors

Info

Publication number: DE4244450C2
Application number: DE4244450A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kimura; Yoshiyuki Ishikura; Takashi Masuda; Takaaki Kuroiwa; Takashi Kihara
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1992-12-23
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: DE4244450A1; JP2896725B2; JPH05180719A; DE4244450C3; US5349492A

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.

Zusammenfassung der Erfindung

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

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

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.