JP2005257474A - 容量式湿度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板と感湿膜との密着性に優れる容量式湿度センサ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 同一平面に離間して対向配置された一対の電極３１，３２を有する半導体基板１０と、一対の電極３１，３２及び一対の電極３１，３２間を覆うように半導体基板１０上に形成されたポリイミド系ポリマーからなる感湿膜５０とを備える容量式湿度センサ１００において、感湿膜５０と当該感湿膜５０と接する半導体基板１０の表面（窒化シリコン膜４０）との間に、半導体基板１０及び感湿膜５０と共有結合するトリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物からなる中間膜６０を設けた。従って、水素結合よりも結合エネルギーの強い共有結合によって半導体基板１０と感湿膜５０とが密着しているので、従来よりも半導体基板１０と感湿膜５０との密着性に優れている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同一平面に離間して対向配置された一対の電極を有する基板と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に形成され、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜とを備える容量式湿度センサ及びその製造方法に関するものである。

従来、同一平面に離間して対向配置された一対の電極を有する基板と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に形成され、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜（以下感湿膜と示す）とを備える容量式湿度センサ（以下センサと示す）として、本出願人は先に特許文献１を開示している。

このセンサは、例えば基板としてシリコンからなる半導体基板を採用し、当該半導体基板上に、酸化シリコンからなる絶縁膜を介して櫛歯状の一対の電極が形成されている。そして、電極を水分から保護するための窒化シリコンからなる保護膜が一対の電極及び一対の電極間を覆うように半導体基板上に形成され、当該保護膜上に感湿膜が形成されている。そして、電極間に介在する感湿膜の誘電率変化を、一対の電極間の容量変化として検出する構成としている。
特開２００３−１５６４６４号公報

ここで、上述のセンサにおいて、感湿膜は半導体基板に対して、アンカー効果とともに水素結合によって密着しているものと考えられる。実際、本発明者は、半導体基板と感湿膜との密着性を接触角により調査したところ、両者の間に水素結合が作用していることを確認している。水分存在下（例えば雰囲気中の水分又は半導体基板表面の吸着水）において、無機物である半導体基板の表面（保護膜）には複数のヒドロキシル基が存在していると考えられるので、上述の水素結合は、例えばヒドロキシル基と感湿膜のカルボニル基との間に作用し、半導体基板と感湿膜とをより密着させているものと考えられる。

しかしながら、上述のセンサに対して、経年劣化によるセンサ出力の変動を確認するため、高温高湿耐久試験（例えば６５℃、相対湿度９０％にて１００ｈ放置）後のセンサ出力を測定したところ、高湿側でセンサ出力値が実際の湿度よりも大きくなる現象が確認された。これは、高湿とすることにより、基板と感湿膜との間に浸入した水分子によって結合エネルギーの小さな水素結合が切断されたためであると考えられる。すなわち、水素結合の切断により、基板と感湿膜との距離が初期状態よりも長くなり（すなわち隙間が生じる）、基板と感湿膜との間に初期状態よりも多くの水分子を保持可能となったためであると考えられる。

本発明は上記問題点に鑑み、基板と感湿膜との密着性に優れる容量式湿度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

以下、請求項１〜５に記載の発明は、上記目的を達成するための容量式湿度センサに関する発明である。

請求項１に記載の発明は、同一平面に離間して対向配置された一対の電極を有する基板と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に形成され、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜とを備える容量式湿度センサに関するものである。そして、基板とポリイミド系感湿膜との間に、基板及びポリイミド系感湿膜と共有結合するトリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物を配置したことを特徴とする。

このように本発明の容量式湿度センサにおいては、基板とポリイミド系感湿膜との間に、基板及びポリイミド系感湿膜と共有結合するトリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物を配置している。すなわち、水素結合よりも結合エネルギーの強い共有結合によって基板と感湿膜とが密着しているので、従来よりも基板と感湿膜との密着性に優れている。従って、容量式湿度センサの耐久性も向上されている。

また、基板と感湿膜との間に水分子が浸入してきても、基板と感湿膜との間の距離を初期状態の距離にほぼ維持する（すなわち隙間を生じない）ことができる。すなわち、基板と感湿膜との間に水分子が浸入しやすい高湿側においても、正確な湿度を検出することができる。

尚、ポリイミド系感湿膜と接する基板（後述する絶縁膜や保護膜を含む）が構成材料としてシリコンを有する場合、トリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物は、基板との間でシロキサン結合を形成している。

具体的には、請求項２に記載のように、トリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物は、ポリイミド系感湿膜と共有結合する官能基として、アミノ基若しくはエポキシ基を有することが好ましい。この場合、例えばポリイミド系感湿膜の前駆体であるポリアミド酸のカルボキシル基と反応して共有結合を形成することができる。それ以外にも、ポリイミド系感湿膜と結合する官能基（例えば二重結合を有するもの）であれば適用が可能である。

請求項３に記載のように、基板として半導体基板が用いられ、電極は、酸化シリコンからなる絶縁膜を介して基板上に形成されていることが好ましい。基板は、ガラス基板等の絶縁基板を用いることが可能である。しかしながら、絶縁膜を備える半導体基板を用いることで、半導体プロセスによってセンサを形成することができる。従って、製造コストを低減することができる。

請求項４に記載のように、基板は一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に形成された窒化シリコンからなる保護膜をさらに備え、ポリイミド系感湿膜は保護膜上に形成されていることが好ましい。この場合、水分から電極を確実に保護することが可能となり、各電極の水分に対する耐食性が向上される。

請求項５に記載のように、一対の電極は互いに櫛歯状をなしており、噛み合うように配置されていると良い。この場合、一対の電極間の対向面積を大きくできるので、電極間の静電容量の変化量を大きくすることができる。

次いで、請求項６〜１２に記載の発明は、上記目的を達成するための容量式湿度センサの製造方法に関する発明である。

請求項６に記載の発明は、基板上の同一平面に、離間して対向する一対の電極を形成する電極形成工程と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように、基板上に湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜を形成する感湿膜形成工程とを備える容量式湿度センサの製造方法に関するものである。そして、電極形成工程後に、一対の電極及び一対の電極間を覆うように、基板上にトリアルコキシシラン系化合物を堆積させ、加熱処理して中間膜を形成する中間膜形成工程をさらに備え、中間膜形成後、中間膜上にポリイミド系感湿膜を形成することを特徴とする。

このようにトリアルコキシシラン系化合物を用いる場合、基板上にトリアルコキシシラン系化合物からなる中間膜を形成し、中間膜上にポリイミド系感湿膜を形成することにより、基板及びポリイミド系感湿膜と共有結合する中間膜を介して基板と感湿膜とを密着させることができる。すなわち、従来よりも基板と感湿膜との密着性に優れる容量式湿度センサを製造することができる。

請求項７に記載の発明の作用効果は、請求項２に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

請求項８に記載の発明は、基板上の同一平面に、離間して対向する一対の電極を形成する電極形成工程と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように、基板上に湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜を形成する感湿膜形成工程とを備える容量式湿度センサの製造方法に関するものである。そして、電極形成工程後に、気相反応により、一対の電極及び一対の電極間を覆うように、トリクロロシラン系化合物を基板上に堆積させて中間膜を形成する中間膜形成工程をさらに備え、中間膜形成後、中間膜上にポリイミド系感湿膜を形成することを特徴とする。

このようにトリクロロシラン系化合物を用いる場合、基板上に気相反応によりトリクロロシラン系化合物からなる中間膜を形成し、中間膜上にポリイミド系感湿膜を形成することにより、基板及びポリイミド系感湿膜と共有結合する中間膜を介して基板と感湿膜とを密着させることができる。すなわち、従来よりも基板と感湿膜との密着性に優れる容量式湿度センサを製造することができる。

請求項９〜１２に記載の発明の作用効果は、請求項２〜５に記載の発明の作用効果と同様であるので、その記載を省略する。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における容量式湿度センサ１００の概略構成を示す断面図である。

図１において、符号１０は基板としての半導体基板であり、本実施形態においてはシリコンから形成されている。そして、半導体基板１０の上面に、絶縁膜として酸化シリコン膜２０が形成されている。そして、一対の電極３１，３２が、酸化シリコン膜２０上の同一平面において、離間して対向配置されている。

電極３１，３２の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、それぞれの電極３１，３２が、共通電極部と、この共通電極部から一方向に延びる複数の櫛歯電極部とにより構成される。そして、一対の電極３１，３２の各櫛歯電極部が交互に並んで配置されるように、一対の電極３１，３２が配置されている。尚、図１においては、電極３１，３２として、上述の櫛歯電極部を図示している。このように、一対の電極３１，３２の形状として櫛歯形状を採用することにより、電極３１，３２の配置面積を小さくしつつ、互いに対向する面積を大きくすることができる。これにより、周囲の湿度変化に伴って変化する電極３１，３２間の静電容量の変化量が大きくなり、容量式湿度センサ１００の感度が向上する。

電極３１，３２は、例えばアルミ、銅、金、白金等の低抵抗金属材料を半導体基板１０上に蒸着やスパッタリング等の手法によって付着させ、その後、フォトリソグラフィー処理により、櫛歯状パターンにパターニングすることによって形成される。本実施形態において、電極３１，３２はアルミを用いて形成されている。それ以外にも、ポリシリコンや単結晶シリコンに不純物を適量導入することにより形成することもできる。

これら一対の電極３１，３２を覆うように、半導体基板１０上に保護膜として窒化シリコン膜４０が形成されている。この窒化シリコン膜４０は、例えばプラズマＣＶＤ法等により、半導体基板１０上の各部において同じ厚さをもつように堆積形成される。但し、電極３１，３２に水分に対する耐食性がある場合には、保護膜（窒化シリコン膜４０）を形成しなくとも良い。

尚、電極３１，３２には、その端部に外部接続端子としてのパッド部（図示せず）が形成されており、当該パッド部を介して、出力を補正する補正回路や静電容量の変化量を検出するための信号処理回路等と電気的に接続されている。このパッド部は、補正回路等との接続のため露出されている必要があり、窒化シリコン膜４０によっては被覆されていない。また、本実施形態においては、容量式湿度センサ１００を構成する基板として半導体基板１０を採用しているので、上述した補正回路等を同一基板上に形成することも可能である。

窒化シリコン膜４０上には、一対の電極３１，３２及び電極３１，３２間を覆うように、ポリイミド系ポリマーからなる吸湿性を備えた感湿膜５０が形成されている。感湿膜５０は、ポリイミド系ポリマーをスピンコート法や印刷法にて塗布後、所定温度で加熱して硬化することにより形成することができる。

ここで、半導体基板１０（実際には窒化シリコン膜４０）に接するように感湿膜５０が形成されている従来の容量式湿度センサにおいては、感湿膜５０は半導体基板１０に対して、アンカー効果とともに、水素結合によって密着しているものと考えられる。実際、本発明者は、半導体基板１０と感湿膜５０との密着性を接触角により調査したところ、両者の間に水素結合が作用していることを確認している。

水分存在下（例えば雰囲気中の水分又は半導体基板１０表面の吸着水）において、無機物である半導体基板１０の表面（本実施形態においては窒化シリコン膜４０）には複数のヒドロキシル基が存在していると考えられるので、例えば図２に示すように、ヒドロキシル基と感湿膜５０のカルボニル基との間に上述の水素結合が作用し、半導体基板１０と感湿膜５０とをより密着させているものと考えられる。尚、図２は、従来の半導体基板１０と感湿膜５０との密着構造を説明するための模式図である。

しかしながら、水素結合は化学結合のなかでも結合エネルギーが小さい。従って、例えば高温高湿雰囲気下に長時間晒し、半導体基板１０（本実施形態においては窒化シリコン膜４０）と感湿膜５０との間に水分子が浸入すると、当該水分子によって水素結合が容易に切断（例えば感湿膜５０のカルボニル基と半導体基板表面のヒドロキシル基が同一又は異なる水分子と水素結合）される。この場合、半導体基板１０と感湿膜５０との距離が初期状態よりも長くなる（すなわち隙間が生じる）ので、半導体基板１０と感湿膜５０との間に保持可能な水分子が初期状態よりも多くなる。すなわち、センサ出力値がドリフトする（実際の湿度よりも大きな出力値を示す）こととなる。

それに対し、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、半導体基板１０の表面（本実施形態においては窒化シリコン膜４０）と感湿膜５０との間に、トリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物からなる中間膜６０を有している。この中間膜６０の構成材料であるトリアルコキシシラン系化合物及びトリクロロシラン系化合物を、それぞれ化学式１及び化学式２に示す。

トリアルコキシシラン系化合物及びトリクロロシラン系化合物は所謂シランカップリング剤と呼ばれるものであり、半導体基板１０と共有結合を形成する加水分解性基としてアルコキシル基（−ＯＲ）ないしクロロ基（−Ｃｌ）を有している。また、化学式１及び化学式２における側鎖αとして、感湿膜５０と共有結合を形成（実際には感湿膜５０の前駆体であるポリアミド酸と反応して共有結合を形成）可能な官能基を少なくとも一部に有している。官能基としては、例えばアミノ基やエポキシ基を適用することができる。

そして、中間膜６０は、図３に示すように窒化シリコン膜４０との間で共有結合（シロキサン結合）を形成し、感湿膜５０との間で共有結合（図３においてはアミド結合）を形成している。すなわち、半導体基板１０と感湿膜５０との間が、結合エネルギーの強い共有結合によって接続されている。従って、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、従来よりも半導体基板１０と感湿膜５０との密着性に優れている。尚、図３は、本実施形態の特徴点である半導体基板１０（窒化シリコン膜４０）と感湿膜５０との密着構造を説明するための部分的な模式図であり、トリアルコキシシラン系化合物として側鎖αの末端にアミノ基を有するもの（アミノプロピルトリメトキシシラン）を適用した例を示している。

このように構成される容量式湿度センサ１００において、感湿膜５０中に水分が浸透すると、水分は誘電率が大きいため、その浸透した水分量に応じて、感湿膜５０の誘電率が変化する。その結果、感湿膜５０を誘電体の一部として一対の電極３１，３２によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。感湿膜５０内に含まれる水分量は、容量式湿度センサ１００の周囲の湿度に対応するため、一対の電極３１，３２間の静電容量から湿度を検出することができる。

また、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、半導体基板１０と感湿膜５０との密着性に優れているので、半導体基板１０と感湿膜５０との間に水分子が浸入しても、半導体基板１０と感湿膜５０との間の距離を初期状態の距離にほぼ維持する（すなわち隙間を生じない）ことができる。従って、半導体基板１０と感湿膜５０との間に水分子が浸入しやすい高湿側においても、正確な湿度を検出することができる。

尚、図３においては、隣接するトリアルコキシシラン系化合物間においてもシロキサン結合が形成されている例を示した。従って、中間膜６０自体の耐久性、すなわち容量式湿度センサ１００の耐久性も向上されている。しかしながら、隣接するトリアルコキシシラン系化合物間においてシロキサン結合が形成されない構成であっても良い。

次に、本実施形態における容量式湿度センサ１００の製造方法について、図１及び図３を用いて説明する。尚、以下の説明においては、本実施形態の特徴部分である中間膜６０の形成工程を重点的に説明する。また、中間膜６０を構成する材料として、トリアルコキシシラン系化合物を適用する場合の製造方法について説明する。

図１に示すように、先ず、熱酸化やＣＶＤ法等により、半導体基板１０の表面に酸化シリコン膜２０を形成する。そして、当該酸化シリコン膜２０上に、電極３１，３２をＡｌ等を用いてスパッタ法や蒸着法にてパターニング形成し、電極３１，３２及び電極３１と電極３２との間を覆うようにプラズマＣＶＤ法等により窒化シリコン膜４０を形成する。ここまでの製造方法は、従来の製造方法と同様である。

窒化シリコン膜４０の形成後、窒化シリコン膜４０を覆うように中間膜６０を形成する中間膜形成工程が実施される。先ずトリアルコキシシラン系化合物を所定濃度の水溶液とし、窒化シリコン膜４０上に堆積させる。堆積方法は特に限定されるものではないが、例えば浸漬法、スピンコート法、ベーパ処理法等を適用することができる。尚、トリアルコキシシラン系化合物は、水が存在すると加水分解されて、アルコキシル基がヒドロキル基（シラノール基）となる。そして、堆積状態で加熱処理することにより、トリアルコキシシラン系化合物（この段階ではアルコキシル基が加水分解されてヒドロキシル基）のヒドロキシル基と例えば窒化シリコン膜４０表面のヒドロキシル基が反応して脱水縮合し、図３に示すようなシロキサン結合（共有結合）が形成される。このようにして中間膜６０が形成される。尚、堆積状態で加熱処理すると、図３に示すように、隣接するトリアルコキシシラン系化合物間でもシロキサン結合が形成されることがある。

中間膜６０の形成後、中間膜６０を覆うように感湿膜５０を形成する感湿膜形成工程が実施される。感湿膜５０はポリイミド系ポリマーからなるものであり、実際はポリイミドの前駆体であるワニス状のポリアミド酸を、例えばスピンコート法にて中間膜６０上に塗布する。そして、所定温度で加熱することにより閉環させて、イミド結合を有する感湿膜５０を形成する。また、上記イミド結合の形成とともに、中間膜６０の側鎖αにおける官能基と例えばポリアミド酸のカルボキシル基が反応（例えば脱水縮合）して共有結合（図３においてはアミド結合）が形成される。尚、ポリアミド酸の塗布方法は上記スピンコート法に限定されるものではなく、それ以外にも印刷法等を適用することができる。このように、上述の製造方法によれば、通常の半導体プロセスを利用して、本実施形態における容量式湿度センサ１００を製造することができる。

次に、本発明の容量式湿度センサ１００について、経年劣化によるセンサ出力の変動を確認するために、高温高湿耐久試験後のセンサ出力を測定した。先ず、評価に用いる一実施例をその製造方法とともに示す。

上述したように、酸化シリコン膜２０、電極３１，３２、及び窒化シリコン膜４０を備える半導体基板１０上を準備し、半導体基板１０の最表面である窒化シリコン膜４０上に中間膜６０を形成した。尚、中間膜６０の構成材料としては、加水分解性基としてメトキシ基を有し、官能基としてアミノ基を有するアミノプロピルトリメトキシシラン（化学式３に示す分子構造）を用いた。

先ず、常温で液体のアミノプロピルトリメトキシシランに水を添加し、０．１〜５重量％の水溶液となるように濃度を調整し、濃度調整されたアミノプロピルトリメトキシシラン水溶液の入った容器の上方に、窒化シリコン膜４０形成面が下面となるように半導体基板１０を配置した。そして、アミノプロピルトリメトキシシラン水溶液を加熱し、蒸気を発生させることにより、窒化シリコン膜４０の表面にアミノプロピルトリメトキシシラン（メトキシ基は加水分解によりヒドロキシル基となった状態）を堆積させた。

堆積後、スピン乾燥等により堆積させたアミノプロピルトリメトキシシランを乾燥させた後、水洗することにより、窒化シリコン膜４０と相互作用（例えば窒化シリコン膜４０表面のヒドロキシル基とアミノプロピルトリメトキシシランのヒドロキシル基との間の水素結合）のない余分なアミノプロピルトリメトキシシランを洗い落とした。

次いで、１５０〜２００℃で５〜３０分加熱することにより、例えば窒化シリコン膜４０表面のヒドロキシル基とアミノプロピルトリメトキシシランのヒドロキシル基を脱水縮合させ、図３に示すシロキサン結合を形成した。すなわち、窒化シリコン膜４０（半導体基板１０）と共有結合する中間膜６０を形成した。

中間膜６０形成後、ポリアミド酸（一例として化学式４に示す分子構造を有するもの）を例えばＮ−メチルピロリドン等の溶媒で希釈したワニス状の溶液を、スピンコート法により中間膜６０上に塗布し、所定温度で加熱して脱水縮合させた。尚、化学式４において、ｎは重合度を示す繰り返し数である。

これによりポリアミド酸が閉環されてイミド結合を形成し、感湿膜５０を形成した。また、それと同時に、上記加熱により、中間膜６０の末端アミノ基とポリアミド酸のカルボキシル基が反応して脱水縮合し、図３に示すように、中間膜６０と感湿膜５０との間にアミド結合（共有結合）を形成した。

そして、形成された容量式湿度センサ１００について、高温高湿耐久試験（６５℃、９０％ＲＨにて所定時間放置）後のセンサ出力を測定した。また、実施例に対する比較例として、中間膜６０を有さない以外は同一構成である従来構造の容量式湿度センサを準備し、同様の試験を実施して、センサ出力を測定した。その結果を図４及び図５に示す。尚、図４は比較例のセンサ出力を示す図であり、黒丸が初期状態のセンサ出力を示し、白抜き三角が１００ｈ放置後のセンサ出力を示している。また、図５は本実施形態における容量式湿度センサ１００のセンサ出力を示す図であり、黒丸が初期状態のセンサ出力を示し、白抜き四角が１０００ｈ放置後のセンサ出力を示している。

図４に示すように、従来構造の容量式湿度センサの場合、１００ｈ放置後のセンサ出力（白抜き三角）は、特に湿度が高くなるほど初期状態のセンサ出力（黒丸）よりも大きく増加した。また、湿度を低い方から高い方へ掃引した場合と高い方から低い方へ掃引した場合とでは、後者の方が高く、ヒステリシスが大きいことが注目される。これは、上述したように、高温高湿下において、窒化シリコン膜４０と感湿膜５０との間に浸入した水分子により、窒化シリコン膜４０と感湿膜５０との間の水素結合が切断され、隙間が生じて、初期状態よりも多くの水が保持されたためであると考えられる。尚、この隙間は微小であるので、隙間に保持された水分が蒸発しにくく、１００ｈ放置後のセンサ出力に大きなヒステリシスが生じているものと考えられる。

それに対し、図５に示すように、本実施形態における容量式湿度センサ１００の場合、図４の放置時間の十倍である１０００ｈ放置した後（白抜き四角）であっても、ヒステリシスが小さく初期状態（黒丸）とほぼ同一のセンサ出力を示した。この結果は、本実施形態における容量式湿度センサ１００において、水素結合よりも結合エネルギーの強い共有結合によって半導体基板１０（窒化シリコン膜４０）と感湿膜５０とが密着しており、半導体基板１０と感湿膜５０との間の距離が劣化することなく初期状態のままほぼ維持される（すなわち隙間を生じない）ことを支持している。

このように、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００は、特に高温高湿に対して優れた耐久性を有し、半導体基板１０と感湿膜５０との間に水分子が浸入しやすい高湿側においても、正確な湿度を検出することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施する事ができる。

本実施形態において、シリコンからなる半導体基板１０を基板として採用し、酸化シリコン膜２０を介して、半導体基板１０上に電極３１，３２を形成する例を示した。このように基板として半導体基板１０を用いると、一般的な半導体プロセスにより、容量式湿度センサ１００を形成することができるので、製造コストを低減することができる。しかしながら、基板としては、ガラス基板等の絶縁基板を適用することも可能である。

また、保護膜としての窒化シリコン膜４０上に中間膜６０を形成する例を示した。しかしながら、窒化シリコン膜４０を形成しない場合には、酸化シリコン膜２０上に中間膜６０を形成しても良い。また、基板がガラス基板等の無機絶縁基板の場合には、絶縁基板上に直接中間膜６０を形成しても良い。

また、本実施形態においては、容量式湿度センサ１００の製造方法として、トリアルコキシシラン系化合物を用いて中間膜６０を形成する例を示した。しかしながら、上述したように、トリクロロシシラン系化合物を用いて中間膜６０を形成することもできる。この場合、トリアルコキシシラン系化合物同様、窒化シリコン膜４０までを形成した状態で、気相反応によりトリクロロシシラン系化合物を窒化シリコン膜４０上に堆積させて中間膜６０を形成する。そして、中間膜６０形成後、トリアルコキシシラン系化合物同様、感湿膜５０を形成すれば良い。

具体的には、窒化シリコン膜４０まで形成された半導体基板１０をチャンバ内に配置し、当該チャンバに水蒸気を供給して、半導体基板１０を５〜１０分程度水蒸気に晒す。これにより、半導体基板１０表面のヒドロキシル化を促進させる。そして、水蒸気を排気した後、常温で固体であるトリクロロシラン系化合物（例えば官能基としてアミノ基を有するアミノプロピルトリクロロシラン）を加熱により気化させてチャンバに供給し、半導体基板１０を５〜１０分程度トリクロロシラン系化合物ガスに晒す。これにより、半導体基板１０表面のヒドロキシル基とトリクロロシラン系化合物を反応させ、シロキサン結合を形成させる。そして、トリクロロシラン系化合物ガスを排気する。この作業を３〜２０回繰り返し実施することにより、半導体基板１０（窒化シリコン膜４０）上に、ほぼ均一な中間膜６０を形成することができる。この製造方法の場合、半導体基板１０表面のヒドロキシル基に対して選択的にトリクロロシラン系化合物を反応させることができるので、半導体基板１０上に余分な不要物（ヒドロキシル基と相互作用がないもの）が残らないという利点がある。

本発明の第１の実施形態における容量式湿度センサの概略構成を示す断面図である。 従来の半導体基板と感湿膜との密着構造を説明するための模式図である。 本実施形態の特徴点である半導体基板（窒化シリコン膜）と感湿膜との密着構造を説明するための部分的な模式図である。 比較例における高温高湿耐久試験後のセンサ出力を示すグラフである。 本実施例における高温高湿耐久試験後のセンサ出力を示すグラフである。

符号の説明

１０・・・半導体基板（基板）
２０・・・酸化シリコン膜（絶縁膜）
３１，３２・・・電極
４０・・・窒化シリコン膜（保護膜）
５０・・・感湿膜（ポリイミド系感湿膜）
６０・・・中間膜
１００・・・容量式湿度センサ

Claims (12)

1. 同一平面に離間して対向配置された一対の電極を有する基板と、
   前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように前記基板上に形成され、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜とを備える容量式湿度センサにおいて、
   前記基板と前記ポリイミド系感湿膜との間に、前記基板及び前記ポリイミド系感湿膜と共有結合するトリアルコキシシラン系化合物若しくはトリクロロシラン系化合物を配置したことを特徴とする容量式湿度センサ。
2. 前記トリアルコキシシラン系化合物若しくは前記トリクロロシラン系化合物は、前記ポリイミド系感湿膜と共有結合する官能基として、アミノ基若しくはエポキシ基を有することを特徴とする請求項１に記載の容量式湿度センサ。
3. 前記基板として半導体基板が用いられ、前記電極は、酸化シリコンからなる絶縁膜を介して前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式湿度センサ。
4. 前記基板は、前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように前記基板上に形成された窒化シリコンからなる保護膜をさらに備え、
   前記ポリイミド系感湿膜は前記保護膜上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の容量式湿度センサ。
5. 前記一対の電極は互いに櫛歯状をなしており、噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の容量式湿度センサ。
6. 基板上の同一平面に、離間して対向する一対の電極を形成する電極形成工程と、
   前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜を前記基板上に形成する感湿膜形成工程とを備える容量式湿度センサの製造方法であって、
   前記電極形成工程後に、前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように、前記基板上にトリアルコキシシラン系化合物を堆積させ、加熱処理して中間膜を形成する中間膜形成工程をさらに備え、
   前記中間膜形成後、前記中間膜上に前記ポリイミド系感湿膜を形成することを特徴とする容量式湿度センサの製造方法。
7. 前記トリアルコキシシラン系化合物は、前記ポリイミド系感湿膜と共有結合する官能基として、アミノ基若しくはエポキシ基を有することを特徴とする請求項６に記載の容量式湿度センサの製造方法。
8. 基板上の同一平面に、離間して対向する一対の電極を形成する電極形成工程と、
   前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系感湿膜を前記基板上に形成する感湿膜形成工程とを備える容量式湿度センサの製造方法であって、
   前記電極形成工程後に、気相反応により、前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように、トリクロロシラン系化合物を前記基板上に堆積させて中間膜を形成する中間膜形成工程をさらに備え、
   前記中間膜形成後、前記中間膜上に前記ポリイミド系感湿膜を形成することを特徴とする容量式湿度センサの製造方法。
9. 前記トリクロシラン系化合物は、前記ポリイミド系感湿膜と結合する官能基として、アミノ基若しくはエポキシ基を有することを特徴とする請求項８に記載の容量式湿度センサの製造方法。
10. 前記基板は半導体基板であり、前記電極形成工程において、前記電極は酸化シリコンからなる絶縁膜を介して前記基板上に形成されることを特徴とする請求項６〜９いずれか１項に記載の容量式湿度センサの製造方法。
11. 前記電極形成工程後に、前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように、前記基板上に窒化シリコンからなる保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに備え、
    前記中間膜形成工程において、前記保護膜上に前記中間膜が形成されることを特徴とする請求項６〜１０いずれか１項に記載の容量式湿度センサの製造方法。
12. 前記電極形成工程において、前記一対の電極は互いに噛み合うように櫛歯状に形成されることを特徴とする請求項６〜１１いずれか１項に記載の容量式湿度センサの製造方法。

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