JP2006153511A - Humidity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、湿度センサに関するものである。 The present invention relates to a humidity sensor.
従来から、水分に感応する感応部の材料に多孔質材料を採用した湿度センサが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, a humidity sensor that employs a porous material as a material of a sensitive part that is sensitive to moisture is known (for example, see Non-Patent Document 1).
この種の湿度センサは、例えば、図15に示すように、単結晶のシリコン基板からなる素子形成基板1の一表面側の一部を多孔質化することにより形成された多孔質シリコン層からなる感応部2と、感応部2上に形成された容量変化検知用の一対の電極3,4と、素子形成基板1の上記一表面上で感応部2の周囲に形成されたリフレッシュ用の2つのヒータ7,7とを備えている。ここにおいて、電極3,4の材料としてはアルミニウムが採用されている。
For example, as shown in FIG. 15, this type of humidity sensor includes a porous silicon layer formed by making a part of one surface side of the
図15に示した湿度センサでは、一対の電極3,4それぞれの平面形状を櫛形状として、各電極3,4の櫛骨部3a,4aが対向し、各電極3,4それぞれの櫛歯部3b,4bが他方の電極4,3の櫛溝部4c,3cに入り組むように両電極3,4のレイアウトを設計することにより、チップサイズ(素子形成基板1の平面サイズ)の小型化を図りながらも一対の電極3,4間の容量を比較的大きくできるという利点がある。
In the humidity sensor shown in FIG. 15, the planar shape of each of the pair of
上述の湿度センサにおける感応部2の形成にあたっては、素子形成基板1の上記一表面上に電極3,4を形成した後で、素子形成基板1の上記一表面側に各電極3,4と感応部2の形成予定部位の周囲とを保護するようにパターニングされたシリコン窒化膜からなる保護膜(図示せず)を形成した後で、素子形成基板1の一部を陽極酸化処理することにより多孔質シリコン層からなる感応部2を形成している。なお、上述の各櫛歯部3b,4bの幅寸法(線幅)は10〜12μm程度に設定され、保護膜の膜厚は500nmに設定されている。
ところで、図15に示した湿度センサでは、素子形成基板1の上記一表面側において感応部2の周囲にヒータ7,7が形成されているが、感応部2を構成する多孔質シリコン層は素子形成基板1である単結晶のシリコン基板に比べて熱伝導率および熱容量が小さいので、ヒータ7,7で発生した熱が感応部2の中央部まで伝わりにくく、消費電力が大きくなってしまうという不具合があった。また、上記非特許文献1には、感応部2上で一対の電極3,4の間の空間にヒータを形成した湿度センサも開示されているが、この湿度センサでは、感応部2の必要な露出面積(センシング面積)を確保したりヒータと各櫛歯部3b,4bとの相対的な位置合わせ精度を確保するために、対向する櫛歯部3b,4b間の距離が大きくなってしまうので、一対の電極3,4間の容量が小さくなって感度が低下してしまう。
In the humidity sensor shown in FIG. 15,
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来の素子形成基板の一表面上で感応部の周囲にヒータが形成されている構成に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能な湿度センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its purpose is to reduce the sensitivity as compared with a configuration in which a heater is formed around a sensitive portion on one surface of a conventional element forming substrate. An object of the present invention is to provide a humidity sensor capable of reducing power consumption.
請求項1の発明は、素子形成基板の一表面側に形成された多孔質層からなる感応部と、感応部の厚み方向の一面側に形成された一対の櫛形状の電極であって各電極それぞれの櫛歯部が他方の電極の櫛溝部に入り込んだ一対の櫛形状の電極と、感応部に吸着した水分を蒸発させるためのヒータとを備え、ヒータが、感応部の厚み方向の他面側において感応部に重複する領域に形成されてなることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、ヒータが、感応部の厚み方向の他面側において感応部に重複する領域に形成されていることによって、一対の櫛形状の電極の櫛歯部間にヒータを設けることなく、従来の素子形成基板の一表面上で感応部の周囲にヒータが形成されている構成に比べてヒータの熱が感応部の全体に均一に伝わりやすくなるので、従来に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となる。 According to the present invention, the heater is formed in a region overlapping the sensitive portion on the other surface side in the thickness direction of the sensitive portion, so that the heater is not provided between the comb tooth portions of the pair of comb-shaped electrodes. Compared to the conventional structure in which the heater is formed around the sensitive part on the surface of the element forming substrate, the heat of the heater is more easily transmitted to the entire sensitive part, so the sensitivity is lowered compared to the conventional case. The power consumption can be reduced without any problem.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ヒータが前記感応部の前記他面に接してなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、前記感応部の厚み方向において前記ヒータと前記感応部との間に前記素子形成基板の一部が介在している場合に比べて、前記ヒータの熱が前記感応部に伝わりやすく熱効率が高くなるので、消費電力をより低減可能となる。 According to the present invention, the heat of the heater is transmitted to the sensitive part as compared with the case where a part of the element forming substrate is interposed between the heater and the sensitive part in the thickness direction of the sensitive part. Since heat efficiency is easily increased, power consumption can be further reduced.
請求項3の発明は、請求項2の発明において、前記素子形成基板の他表面に前記感応部の前記他面を露出させる凹所が形成され、当該凹所の内底面である前記感応部の前記他面に前記ヒータが接してなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, a recess is formed on the other surface of the element forming substrate to expose the other surface of the sensitive portion, and the sensitive portion is an inner bottom surface of the concave portion. The heater is in contact with the other surface.
この発明によれば、前記感応部の前記他面側に前記素子形成基板の一部が存在する場合に比べて前記ヒータの熱が前記感応部へより一層伝わりやすくなり、消費電力をさらに低減可能となる。 According to the present invention, the heat of the heater is more easily transmitted to the sensitive part than in the case where a part of the element forming substrate exists on the other surface side of the sensitive part, and the power consumption can be further reduced. It becomes.
請求項4の発明は、素子形成基板の一表面側に形成された多孔質層からなる感応部と、感応部の厚み方向の一面側に形成された一対の櫛形状の電極であって各電極それぞれの櫛歯部が他方の電極の櫛溝部に入り込んだ一対の櫛形状の電極と、感応部に吸着した水分を蒸発させるためのヒータとを備え、ヒータが素子形成基板の前記一表面側において感応部の周囲に形成され、素子形成基板の他表面に感応部の厚み方向の他面を露出させる凹所が形成されてなることを特徴とする。
The invention according to
この発明によれば、ヒータが素子形成基板の前記一表面側において感応部の周囲に形成され、素子形成基板の他表面に感応部の厚み方向の他面を露出させる凹所が形成されているので、従来の素子形成基板の一表面上で感応部の周囲にヒータが形成されている構成に比べてヒータの熱が感応部の全体に均一に伝わりやすくなるから、従来に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となる。 According to this invention, the heater is formed around the sensitive portion on the one surface side of the element forming substrate, and a recess is formed on the other surface of the element forming substrate to expose the other surface in the thickness direction of the sensitive portion. Therefore, compared to the conventional structure where the heater is formed around the sensitive part on the surface of the element forming substrate, the heat of the heater is more easily transmitted to the entire sensitive part, so the sensitivity is lower than the conventional one. It is possible to reduce power consumption without reducing the power consumption.
請求項5の発明は、素子形成基板の一表面側に多孔質層からなる感応部が形成され、素子形成基板の他表面に感応部の厚み方向の一面を露出させる凹所が形成され、感応部の前記一面側に一対の櫛形状の電極であって各電極それぞれの櫛歯部が他方の電極の櫛溝部に入り込んだ一対の櫛形状の電極が形成され、感応部の厚み方向の他面に感応部に吸着した水分を蒸発させるためのヒータが形成された2つの単位センサ構造体をヒータ同士が重なる形で固着してなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, a sensitive portion made of a porous layer is formed on one surface side of the element forming substrate, and a recess is formed on the other surface of the element forming substrate to expose one surface in the thickness direction of the sensitive portion. A pair of comb-shaped electrodes, each having a comb-tooth portion of each electrode inserted into a comb groove portion of the other electrode, is formed on the one surface side of the portion, and the other surface in the thickness direction of the sensitive portion The two unit sensor structures formed with heaters for evaporating the moisture adsorbed on the sensitive part are fixed so that the heaters overlap each other.
この発明によれば、各単位センサ構造体それぞれにおいて感応部に対して一対の電極とヒータとが互いに異なる面に接しているので、一対の櫛形状の電極の櫛歯部間にヒータを設けることなく、従来の素子形成基板の一表面上で感応部の周囲にヒータが形成されている構成に比べてヒータの熱が感応部の全体に均一に伝わりやすくなり、しかも、素子形成基板の平面サイズを大きくすることなく感応部のセンシング面積を増加させることができ、従来に比べて高感度化が図れ且つ低消費電力化が可能となる。 According to the present invention, since the pair of electrodes and the heater are in contact with different surfaces with respect to the sensitive portion in each unit sensor structure, the heater is provided between the comb teeth of the pair of comb-shaped electrodes. Compared to a conventional structure in which a heater is formed around the sensitive part on one surface of the element formation substrate, the heat of the heater is more easily transmitted to the entire sensitive part, and the planar size of the element formation substrate The sensing area of the sensitive part can be increased without increasing the value of the sensor, so that the sensitivity can be increased and the power consumption can be reduced as compared with the prior art.
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記2つの単位センサ構造体をヒータ同士が重なる形で固着した積層構造体が複数個積層され、積層された2つの積層構造体の感応部間に形成される空間を外部と連通させる連通部が積層構造体の要所に設けられてなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, a plurality of laminated structures in which the two unit sensor structures are fixed so that the heaters overlap each other are stacked, and the sensitive portion of the two laminated structures laminated. A communication portion that communicates the space formed between the outside and the outside is provided at a key point of the laminated structure.
この発明によれば、請求項5の発明に比べて前記素子形成基板の平面サイズを大きくすることなくセンシング面積を大きくすることができ、より一層の高感度化を図れる。 According to the present invention, the sensing area can be increased without increasing the planar size of the element formation substrate as compared with the invention of claim 5, and further higher sensitivity can be achieved.
請求項1,4の発明では、従来の素子形成基板の一表面上で感応部の周囲にヒータが形成されている構成に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となるという効果がある。 According to the first and fourth aspects of the invention, it is possible to reduce the power consumption without lowering the sensitivity as compared with the configuration in which the heater is formed around the sensitive portion on the surface of the conventional element forming substrate. There is.
請求項5の発明では、従来に比べて高感度化が図れ且つ低消費電力化が可能となるという効果がある。 According to the invention of claim 5, it is possible to achieve higher sensitivity and lower power consumption than in the prior art.
(実施形態1)
本実施形態の湿度センサは、図1および図2に示すように、単結晶のシリコン基板からなる素子形成基板1と、素子形成基板1の一表面側(図2における上面側)に形成された多孔質シリコン層からなる感応部2と、感応部2の厚み方向の一面側(図2における上面側)に形成された容量変化検知用の一対の電極3,4と、素子形成基板1の他表面(図2における下面)に形成されたヒータ7とを備えている。なお、本実施形態では、多孔質シリコン層が多孔質層を構成している。
(Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the humidity sensor of the present embodiment is formed on an
素子形成基板1の平面形状は矩形状であり、感応部2の平面形状も矩形状としてある。ここにおいて、感応部2は、素子形成基板1の上記一表面側の一部を陽極酸化処理により多孔質化することによって形成されている。
The planar shape of the
上述の一対の電極3,4は、それぞれの平面形状が櫛形状であって、感応部2の上記一面上において、各電極3,4の櫛骨部3a,4aが互いに対向し、各電極3,4それぞれの櫛歯部3b,4bが他方の電極4,3の櫛溝部4c,3cに入り組むように配置されている。ここにおいて、各電極3,4はそれぞれ、素子形成基板1の上記一表面上で配線31,41を介してワイヤボンディング用のパッド32,42と電気的に接続されている。要するに、パッド32,42は、素子形成基板1の上記一表面上において感応部2の周囲に形成されている。なお、各パッド32,42および各配線31,41は、各電極3,4と同じ材料により形成されている。また、各パッド32,42の平面形状は矩形状としてある。
Each of the pair of
また、ヒータ7は、感応部2に吸着した水分を蒸発させるため(湿度測定後の感応部2のリフレッシュ用)に設けたものであって、平面形状がつづら折れ状の形状に形成されており、両端部それぞれが素子形成基板1の上記他表面に形成されたワイヤボンディング用のパッド72,72に繋がっている。したがって、パッド72,72間に通電することによりヒータ7を発熱させることができる。ここにおいて、ヒータ7は、感応部2の厚み方向の上記他面側において感応部2に重複する領域に形成されている。なお、各パッド72,72は、ヒータ7と同じ材料により形成されている。また、各パッド72,72の平面形状は矩形状としてある。
The
上述の感応部2の厚さは、6μmに設定してあるが感応部2の厚さは特に限定するものではない。また、各電極3,4は、厚さが0.03μmのCr膜と厚さが0.4μmのAu膜との積層膜により構成されて、櫛歯部3b,4bの幅寸法(線幅)が10〜12μm程度に設定されており、ヒータ7は、厚さが1μmのA−Si膜により構成してあり、幅寸法(線幅)が10μm程度に設定してあるが、これらの材料および数値は特に限定するものではない。
Although the thickness of the
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図3を参照しながら説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor of this embodiment is demonstrated, referring FIG.
まず、単結晶のシリコン基板からなる素子形成基板1の上記一表面側に第1の所定膜厚(例えば、0.03μm)のCr膜と第2の所定膜厚(例えば、0.4μm)のAu膜との積層膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記積層膜をパターニングすることで電極3,4および各配線31,41および各パッド32,42を形成することによって、図3(a)に示す構造を得る。
First, a Cr film having a first predetermined film thickness (for example, 0.03 μm) and a second predetermined film thickness (for example, 0.4 μm) are formed on the one surface side of the
次に、素子形成基板1の上記他表面に第3の所定膜厚(例えば、0.4μm)の導電性層(例えば、Ag膜/Ni膜/NiCr膜/Cr膜のような多層膜)からなる裏面電極(図示せず)を蒸着法により形成した後、裏面電極を定電流源のプラス側と配線を介して接続し、素子形成基板1において陽極酸化処理を行う部分の表面以外の部位を、陽極酸化処理にて用いる電解液(HFとエタノールとを1:1で混合した混合液)に触れないように耐フッ酸性を有するシール材(例えば、テフロン(登録商標)のようなフッ素樹脂からなるシール材)によりシールする。そして、素子形成基板1を主構成とする被処理物を処理槽に入れられた電解液に浸漬する。その後、定電流源のマイナス側に配線を介して接続された白金電極を電解液中において素子形成基板1の上記一表面側に対向するように配置し、続いて、裏面電極を陽極、白金電極を陰極として、定電流源から陽極と陰極との間に所定の定電流(例えば、電流密度が5mA/cm2の電流)を所定時間(例えば、20分)だけ流す陽極酸化処理を行うことにより素子形成基板1の上記一表面側に所定厚さ(例えば、6μm)の多孔質シリコン層からなる感応部2を形成し、その後、処理槽から取り出した被処理物の上記シール材を剥がし、裏面電源に接続していた配線を外してから、裏面電極を除去することによって、図3(b)に示す構造を得る。
Next, a conductive layer (for example, a multilayer film such as an Ag film / Ni film / NiCr film / Cr film) having a third predetermined thickness (for example, 0.4 μm) is formed on the other surface of the
さらにその後、素子形成基板1の上記他表面に第4の所定膜厚(例えば、1μm)の金属膜(例えば、Al−Si膜)をスパッタ法によって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることでヒータ7および各パッド72,72を形成することによって、図3(c)に示す構造を得る。
Further, after a metal film (for example, Al-Si film) having a fourth predetermined film thickness (for example, 1 μm) is formed on the other surface of the
以上説明した本実施形態の湿度センサでは、ヒータ7が、感応部2の厚み方向の他面側において感応部2に重複する領域に形成されていることによって、一対の櫛形状の電極3,4の櫛歯部3b,4b間にヒータを設けることなく、従来の素子形成基板1の上記一表面上で感応部2の周囲にヒータ7,7が形成されている構成に比べてヒータ7の熱が感応部2の全体(感応部2の上記他面の面内全体)に均一に伝わりやすくなるので、従来に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となる。
In the humidity sensor of the present embodiment described above, the
ところで、上述の例では、ヒータ7の平面形状をつづら折れ状の形状としてあるが、ヒータ7の熱が感応部2の全体に均一に伝わるような形状であればよく、例えば、図4に示すような梯子状の平面形状としてもよい。
By the way, in the above-described example, the planar shape of the
(実施形態2)
本実施形態の湿度センサについて図5を参照しながら説明するが、実施形態1の湿度センサと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
The humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 5, but the same components as those of the humidity sensor of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態の湿度センサは、単結晶のシリコン基板1aと当該シリコン基板1aの一表面上にエピタキシャル成長させた単結晶のシリコン層1bとで素子形成基板1を構成しており、シリコン層1bに感応部2が形成され、感応部2の厚み方向の一面(図5における上面)に一対の櫛形状の電極3,4が形成される一方で感応部2の厚み方向の他面(図5における下面)に高不純物濃度拡散層からなるヒータ7が接している点に特徴がある。なお、ヒータ7の平面形状は実施形態1と同様につづら折れ状の形状に形成されており、ヒータ7の両端部に接続されるパッド(図示せず)については、例えば、シリコン層1bにコンタクトホールを形成しコンタクトホールを通してヒータ7の両端部と接続すればよい。
In the humidity sensor of this embodiment, an
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図6を参照しながら説明するが、製造方法に関しても実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 6, but the description of the steps similar to those of the first embodiment will be appropriately omitted regarding the manufacturing method.
まず、シリコン基板1aの一表面側にフォトリソグラフィ技術および不純物拡散技術を利用して高濃度不純物拡散層からなるヒータ7を形成し、その後、シリコン基板1aの上記一表面上に感応部2の規定厚さ(例えば、6μm)のシリコン層1bを例えばMBE法によってエピタキシャル成長させることでシリコン基板1aとシリコン層1bとからなる素子形成基板1にヒータ7が埋設された図6(a)に示す構造を得る。
First, a
その後、素子形成基板1の一表面側(図6(a)における上面側)にCr膜とAu膜との積層膜をスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記積層膜をパターニングすることで電極3,4および各配線31,41(図1(a)参照)および各パッド32,42(図1(a)参照)を形成することによって、図6(b)に示す構造を得る。
Thereafter, a laminated film of a Cr film and an Au film is formed on one surface side of the element formation substrate 1 (upper surface side in FIG. 6A) by sputtering, and the above-mentioned lamination is performed using a photolithography technique and an etching technique. By patterning the film, the
次に、素子形成基板1の他表面(図6(b)における下面)に裏面電極を蒸着法により形成した後、裏面電極を定電流源のプラス側と配線を介して接続し、素子形成基板1において陽極酸化処理を行う部分の表面以外の部位を、陽極酸化処理にて用いる電解液(HFとエタノールとを1:1で混合した混合液)に触れないように耐フッ酸性を有するシール材によりシールしてから素子形成基板1を主構成とする被処理物を処理槽に入れられた電解液に浸漬する。その後、定電流源のマイナス側に配線を介して接続された白金電極を電解液中において素子形成基板1の上記一表面側に対向するように配置し、続いて、裏面電極を陽極、白金電極を陰極として、定電流源から陽極と陰極との間に所定の定電流(例えば、電流密度が5mA/cm2の電流)を所定時間(例えば、20分)だけ流す陽極酸化処理を行うことにより素子形成基板1の上記一表面側に上記規定厚さ(例えば、6μm)の多孔質シリコン層からなる感応部2を形成し(つまり、素子形成基板1のシリコン層1bの一部を表面からヒータ7に到達する深さまで多孔質化し)、その後、処理槽から取り出した被処理物の上記シール材を剥がし、裏面電源に接続していた配線を外してから、裏面電極を除去することによって、図6(c)に示す構造を得る。
Next, after forming a back electrode on the other surface (the lower surface in FIG. 6B) of the
以上説明した本実施形態の湿度センサでは、ヒータ7が、感応部2の厚み方向の他面側において感応部2に重複する領域に形成されていることによって、一対の櫛形状の電極3,4の櫛歯部3b,4b間にヒータを設けることなく、従来の素子形成基板1の上記一表面上で感応部2の周囲にヒータ7,7が形成されている構成に比べてヒータ7の熱が感応部2の全体(感応部2の上記他面の面内全体)に均一に伝わりやすくなるので、従来に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となる。また、本実施形態の湿度センサでは、ヒータ7が感応部2の厚み方向の上記他面に接しているので、実施形態1のように感応部2の厚み方向においてヒータ7と感応部2との間にシリコン基板からなる素子形成基板1の一部が介在している場合に比べて、ヒータ7の熱が感応部2に伝わりやすく熱効率が高くなるので、消費電力をより低減可能となる。
In the humidity sensor of the present embodiment described above, the
(実施形態3)
本実施形態の湿度センサについて図7を参照しながら説明するが、図15に示した従来例や実施形態1の湿度センサと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 3)
The humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 7, but the same components as those of the conventional example shown in FIG. 15 and the humidity sensor of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. .
本実施形態の湿度センサは、図15に示した従来例と同様に2つのヒータ7を備え、ヒータ7の両端部それぞれに接続されるパッド(図示せず)が素子形成基板1の一表面(図7における上面)上で感応部2の周囲に配置されている点、ヒータ7およびヒータ7の両端部それぞれに接続されるパッド(以下、ヒータ用パッドと称す)が各電極3,4と同じ材料により形成されている点、素子形成基板1の他表面(図7における下面)に感応部2の他面(図7における下面)を露出させる凹所11が形成されている点などが相違する。なお、素子形成基板1の上記他表面の凹所11は、感応部2に達する深さに形成されている。また、各ヒータ7は、図15に示した従来例と同様につづら折れ状の形状に形成されている。
The humidity sensor of the present embodiment includes two
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図8を参照しながら説明するが、製造方法に関しても実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 8, but the description of the same steps as those of the first embodiment will be appropriately omitted regarding the manufacturing method.
まず、素子形成基板1の上記一表面側に第1の所定膜厚(例えば、0.03μm)のCr膜と第2の所定膜厚(例えば、0.4μm)のAu膜との積層膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記積層膜をパターニングすることで一対の櫛形状の電極3,4、各配線31,41、各パッド32,42、各ヒータ7,7、各ヒータ用パッドを形成することによって、図8(a)に示す構造を得る。
First, a laminated film of a Cr film having a first predetermined film thickness (for example, 0.03 μm) and an Au film having a second predetermined film thickness (for example, 0.4 μm) is formed on the one surface side of the
次に、素子形成基板1の上記他表面に裏面電極(図示せず)を蒸着法により形成した後、裏面電極を定電流源のプラス側と配線を介して接続し、素子形成基板1において陽極酸化処理を行う部分の表面以外の部位を、陽極酸化処理にて用いる電解液に触れないように耐フッ酸性を有するシール材によりシールしてから素子形成基板1を主構成とする被処理物を処理槽に入れられた電解液に浸漬する。その後、定電流源のマイナス側に配線を介して接続された白金電極を電解液中において素子形成基板1の上記一表面側に対向するように配置し、続いて、裏面電極を陽極、白金電極を陰極として、定電流源から陽極と陰極との間に所定の定電流を所定時間だけ流す陽極酸化処理を行うことにより素子形成基板1の上記一表面側に多孔質シリコン層からなる感応部2を形成し、その後、処理槽から取り出した被処理物の上記シール材を剥がし、裏面電源に接続していた配線を外してから、裏面電極を除去することによって、図8(b)に示す構造を得る。
Next, after forming a back electrode (not shown) on the other surface of the
さらにその後、素子形成基板1の全体を保護膜(例えば、シリコン窒化膜など)で覆ってから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して素子形成基板1の上記他表面における凹所11の形成予定部位が露出するように保護膜をパターニングし、アルカリ系溶液(例えば、70℃に加熱したKOH溶液など)により素子形成基板1を上記他表面から感応部2に達する深さまで異方性エッチングすることで凹所11を形成し、続いて、保護膜を除去することによって、図8(c)に示す構造を得る。
Thereafter, the entire
以上説明した本実施形態の湿度センサでは、ヒータ7が素子形成基板1の上記一表面側において感応部2の周囲に形成され、素子形成基板1の上記他表面に感応部2の厚み方向の上記他面を露出させる凹所11が形成されているので、従来の素子形成基板1の一表面上で感応部2の周囲にヒータ7,7が形成されている構成に比べてヒータ7の熱が感応部2の全体に均一に伝わりやすくなるので、従来に比べて感度を低下させることなく低消費電力化が可能となる。
In the humidity sensor of the present embodiment described above, the
(実施形態4)
本実施形態の湿度センサについて図9を参照しながら説明するが、実施形態1の湿度センサと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 4)
The humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 9, but the same components as those of the humidity sensor of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態の湿度センサの基本構成は実施形態1と略同じであって、図9に示すように、素子形成基板1の上記他表面(図9における下面)に感応部2の厚み方向の上記他面(図9における下面)を露出させる凹所11が形成され、当該凹所11の内底面である感応部2の上記他面にヒータ7が接している点などが相違する。
The basic configuration of the humidity sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 9, the other surface (the lower surface in FIG. 9) of the
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図10を参照しながら説明するが、製造方法に関しても実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 10, but the description of the same steps as those of the first embodiment will be appropriately omitted regarding the manufacturing method.
まず、素子形成基板1の上記一表面側(図9における上面側)に第1の所定膜厚(例えば、0.03μm)のCr膜と第2の所定膜厚(例えば、0.4μm)のAu膜との積層膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記積層膜をパターニングすることで電極3,4、各配線31,41、各パッド32,42を形成することによって、図10(a)に示す構造を得る。
First, a Cr film having a first predetermined film thickness (for example, 0.03 μm) and a second predetermined film thickness (for example, 0.4 μm) are formed on the one surface side (the upper surface side in FIG. 9) of the
次に、素子形成基板1の上記他表面に裏面電極(図示せず)を蒸着法により形成した後、裏面電極を定電流源のプラス側と配線を介して接続し、素子形成基板1において陽極酸化処理を行う部分の表面以外の部位を、陽極酸化処理にて用いる電解液に触れないように耐フッ酸性を有するシール材によりシールしてから素子形成基板1を主構成とする被処理物を処理槽に入れられた電解液に浸漬する。その後、定電流源のマイナス側に配線を介して接続された白金電極を電解液中において素子形成基板1の上記一表面側に対向するように配置し、続いて、裏面電極を陽極、白金電極を陰極として、定電流源から陽極と陰極との間に所定の定電流を所定時間だけ流す陽極酸化処理を行うことにより素子形成基板1の上記一表面側に多孔質シリコン層からなる感応部2を形成し、その後、処理槽から取り出した被処理物の上記シール材を剥がし、裏面電源に接続していた配線を外してから、裏面電極を除去することによって、図10(b)に示す構造を得る。
Next, after forming a back electrode (not shown) on the other surface of the
さらにその後、素子形成基板1の全体を保護膜(例えば、シリコン窒化膜など)で覆ってから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して素子形成基板1の上記他表面における凹所11の形成予定部位が露出するように保護膜をパターニングし、アルカリ系溶液(例えば、70℃に加熱したKOH溶液など)により素子形成基板1を上記他表面から感応部2に達する深さまで異方性エッチングすることで凹所11を形成し、続いて、保護膜を除去する。その後、素子形成基板1の上記他表面側に所定膜厚(例えば、1μm)の金属膜(例えば、Al−Si膜)をスパッタ法によって成膜した後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることでヒータ7および各パッド72,72(図1(b)参照)を形成することによって、図10(c)に示す構造を得る。
Thereafter, the entire
しかして、本実施形態の湿度センサでは、素子形成基板1の上記他表面に感応部2の上記他面を露出させる凹所11が形成され、当該凹所11の内底面である感応部2の上記他面にヒータ7が接しているので、実施形態1のように感応部2の上記他面側にシリコン基板からなる素子形成基板1の一部が存在する場合に比べてヒータ7の熱が感応部2へより一層伝わりやすくなり、消費電力をさらに低減可能となる。
Thus, in the humidity sensor of the present embodiment, the
(実施形態5)
本実施形態の湿度センサについて図11を参照しながら説明するが、実施形態1の湿度センサと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
(Embodiment 5)
Although the humidity sensor of this embodiment is demonstrated referring FIG. 11, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the humidity sensor of
本実施形態の湿度センサは、図11に示すように、シリコン基板からなる素子形成基板1の一表面側(図12(c)における上面側)に多孔質シリコン層からなる感応部2が形成され、素子形成基板1の他表面(図12(c)における下面)に感応部2の厚み方向の一面(図12(c)における下面)を露出させる凹所11が形成され、感応部2の上記一面側に一対の櫛形状の電極3,4が形成され、感応部2の厚み方向の他面(図12(c)における上面)にヒータ7が形成された2つの単位センサ構造体10をヒータ7同士が重なる形で固着してある。ここで、2つの単位センサ構造体10は周知の張り合わせ技術により張り合わせればよい。
In the humidity sensor of the present embodiment, as shown in FIG. 11, a
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図12を参照しながら説明するが、製造方法に関しても実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. 12, but the description of the same steps as those of the first embodiment will be appropriately omitted regarding the manufacturing method.
まず、素子形成基板1の上記一表面側に第1の所定膜厚(例えば、0.03μm)のCr膜と第2の所定膜厚(例えば、0.4μm)のAu膜との積層膜をスパッタ法により成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記積層膜をパターニングすることでヒータ7および各パッド72,72(図1(b)参照)を形成することによって、図12(a)に示す構造を得る。
First, a laminated film of a Cr film having a first predetermined film thickness (for example, 0.03 μm) and an Au film having a second predetermined film thickness (for example, 0.4 μm) is formed on the one surface side of the
次に、素子形成基板1の上記他表面に裏面電極(図示せず)を蒸着法により形成した後、裏面電極を定電流源のプラス側と配線を介して接続し、素子形成基板1において陽極酸化処理を行う部分の表面以外の部位を、陽極酸化処理にて用いる電解液に触れないように耐フッ酸性を有するシール材によりシールしてから素子形成基板1を主構成とする被処理物を処理槽に入れられた電解液に浸漬する。その後、定電流源のマイナス側に配線を介して接続された白金電極を電解液中において素子形成基板1の上記一表面側に対向するように配置し、続いて、裏面電極を陽極、白金電極を陰極として、定電流源から陽極と陰極との間に所定の定電流を所定時間だけ流す陽極酸化処理を行うことにより素子形成基板1の上記一表面側に多孔質シリコン層からなる感応部2を形成し、その後、処理槽から取り出した被処理物の上記シール材を剥がし、裏面電源に接続していた配線を外してから、裏面電極を除去することによって、図12(b)に示す構造を得る。
Next, after forming a back electrode (not shown) on the other surface of the
さらにその後、素子形成基板1の全体を保護膜(例えば、シリコン窒化膜など)で覆ってから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して素子形成基板1の上記他表面における凹所11の形成予定部位が露出するように保護膜をパターニングし、アルカリ系溶液(例えば、70℃に加熱したKOH溶液など)により素子形成基板1を上記他表面から感応部2に達する深さまで異方性エッチングすることで凹所11を形成し、続いて、保護膜を除去する。その後、素子形成基板1の上記他表面側に所定膜厚(例えば、1μm)の金属膜(例えば、Al−Si膜)をスパッタ法によって成膜した後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記金属膜をパターニングすることで一対の櫛形状の電極3,4および各配線31,41(図1(a)参照)および各パッド32,42(図1(a)参照)を形成することによって、図12(c)に示す構造の単位センサ構造体10を得る。
Thereafter, the entire
続いて、2つの単位センサ構造体10をヒータ7同士が重なる形で重ねて単位センサ構造体10の表面同士を接合することで2つの単位センサ構造体10を固着することによって、図12(d)に示す構造を得る。
Subsequently, the two
以上説明した本実施形態の湿度センサでは、各単位センサ構造体10それぞれにおいて感応部2に対して一対の櫛形状の電極3,4とつづら折れ状のヒータ7とが互いに異なる面に接しているので、一対の櫛形状の電極3,4の櫛歯部3b,4b間にヒータを設けることなく、従来の素子形成基板1の一表面上で感応部2の周囲にヒータ7,7が形成されている構成に比べてヒータ7の熱が感応部2の全体に均一に伝わりやすくなり、しかも、素子形成基板1の平面サイズを大きくすることなく感応部2のセンシング面積を増加させることができ、従来に比べて高感度化が図れ且つ低消費電力化が可能となる。
In the humidity sensor of the present embodiment described above, the pair of comb-shaped
(実施形態6)
本実施形態の湿度センサの基本構成は実施形態5と略同じであって、図13に示すように、2つの単位センサ構造体10をヒータ7同士が重なる形で固着した積層構造体(図11参照)が複数個積層され、積層された2つの積層構造体の感応部2,2間に形成される空間を外部と連通させる連通部(図示せず)が積層構造体の要所に設けられている点に特徴がある。
(Embodiment 6)
The basic configuration of the humidity sensor of the present embodiment is substantially the same as that of the fifth embodiment, and as shown in FIG. 13, a laminated structure in which two
以下、本実施形態の湿度センサの製造方法について図14を参照しながら説明するが、製造方法に関しても実施形態5と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the humidity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 14, but the description of the steps similar to those of the fifth embodiment will be appropriately omitted regarding the manufacturing method.
まず、実施形態5にて説明した製造方法と同様に、素子形成基板1の上記一表面側にヒータ7および各パッド72,72(図1(b)参照)を形成することによって、図14(a)に示す構造を得て、その後、実施形態5にて説明した製造方法と同様に、素子形成基板1の上記一表面側に多孔質シリコン層からなる感応部2を形成することによって、図14(b)に示す構造を得る。さらにその後、実施形態5にて説明した製造方法と同様に、素子形成基板1の上記他表面に凹所11を形成してから、一対の櫛形状の電極3,4および各配線31,41(図1(a)参照)および各パッド32,42(図1(a)参照)を形成することによって、図14(c)に示す構造の単位センサ構造体10を得る。続いて、実施形態5にて説明した製造方法と同様に、2つの単位センサ構造体10をヒータ7同士が重なる形で重ねて単位センサ構造体10の表面同士を接合する(2つの単位センサ構造体10を固着する)ことによって、図14(d)に示す積層構造体を得る。
First, similarly to the manufacturing method described in the fifth embodiment, the
その後、複数個(ここでは、3つ)の積層構造体を積層することによって、図14(e)に示す構造を得る。 Then, a structure shown in FIG. 14E is obtained by laminating a plurality of (here, three) laminated structures.
以上説明した本実施形態の湿度センサでは、実施形態5の湿度センサに比べて素子形成基板1の平面サイズを大きくすることなくセンシング面積を大きくすることができ、より一層の高感度化を図れる(要するに、センサ全体の平面サイズを大きくすることなくセンシング面積を大きくすることができ、より一層の高感度化を図れる)。
In the humidity sensor of the present embodiment described above, the sensing area can be increased without increasing the planar size of the
ところで、上記各実施形態では、素子形成基板1の材料としてSiを採用しているが、素子形成基板1の材料はSiに限らず、例えば、Ge,SiC,GaP,GaAs,InPなどの陽極酸化処理による多孔質化が可能な他の半導体材料でもよい。要するに、上記各実施形態では、多孔質シリコン層が多孔質層を構成しているが、多孔質層は多孔質シリコン層に限定されるものではない。また、上記各実施形態では、素子形成基板1として、単結晶のシリコン基板や、単結晶のシリコン基板と当該シリコン基板上にエピタキシャル成長させたものを採用しているが、素子形成基板1としては、単結晶のシリコン基板上に多結晶シリコン層を形成したものを採用してもよい。
By the way, in each said embodiment, although Si is employ | adopted as a material of the element formation board |
1 素子形成基板
2 感応部
3,4 電極
3a,4a 櫛骨部
3b,4b 櫛歯部
3c,4c 櫛溝部
7 ヒータ
31,41 配線
32,42,72 パッド
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004341075A JP2006153511A (en) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | Humidity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004341075A JP2006153511A (en) | 2004-11-25 | 2004-11-25 | Humidity sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010002335A (en) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | New Cosmos Electric Corp | Gas detection element |
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CN105674603A (en) * | 2016-01-13 | 2016-06-15 | 邱林新 | Solar heat collector with automatic gas detecting function |
CN114858874A (en) * | 2022-07-07 | 2022-08-05 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | Humidity sensing structure, humidity sensor and manufacturing method of humidity sensing structure |
-
2004
- 2004-11-25 JP JP2004341075A patent/JP2006153511A/en not_active Withdrawn
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