JP2006300835A - 容量式湿度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】櫛歯電極型の湿度センサ素子を有する容量式湿度センサおよびその製造方法であって、一対の櫛歯状電極を覆う感湿膜を一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能で、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】湿度センサ素子１１が、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと、絶縁膜３を介して櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜４ｒとを有してなり、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む所定の閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の表面高さｈ２が、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上における絶縁膜３の表面高さｈ１に較べて、高く設定されてなり、感湿膜４ｒが、閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の表面高さｈ２以下の高さで、閉じた経路Ａの内側に形成されてなる容量式湿度センサ１０１とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する、容量式湿度センサおよびその製造方法に関するものである。

湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサおよびその製造方法が、例えば、特開２００２−２４３６９０公報（特許文献１）に開示されている。

図４は、特許文献１に開示された容量式湿度センサ９０の模式的な断面図である。

図４の容量式湿度センサ９０では、半導体基板１の一方の面側に、感湿部と回路素子部が形成されている。

感湿部では、半導体基板１上に形成されたシリコン酸化膜２上に、２個の電極９１ａ，９１ｂが、離間して対向するように形成されている。また、これら２個の電極９１ａ，９１ｂを覆うように、シリコン窒化膜３と感湿膜４が形成されている。感湿膜４は、周囲の雰囲気の湿度変化に応じて誘電率が変化する材料からなり、従って、雰囲気の湿度変化に伴って感湿部における電極９１ａ，９１ｂ間の容量値も変化する。

感湿部における湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部は、基準容量部（リファレンス容量部）と、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部とからなる。感湿部における電極９１ａ，９１ｂ間の容量値変化は、基準容量部の容量値と比較され、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部で信号処理される。以上のようにして、図４の容量式湿度センサ９０では、湿度変化に伴う電極９１ａ，９１ｂ間の容量変化を測定し、雰囲気の湿度が測定される。

図５（ａ）〜（ｃ）に、別の容量式湿度センサ１００を示す。

図５（ａ）は、容量式湿度センサ１００の要部を示す模式的な断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す感湿部の模式的な上面図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ−Ｂ断面における詳細図である。尚、図５（ａ）〜（ｃ）に示す容量式湿度センサ１００において、図４に示した容量式湿度センサ９０と同様の部分については同じ符号を付け、その説明は省略する。

図５（ａ）に示す容量式湿度センサ１００も、図４に示す容量式湿度センサ９０と同様に、湿度センサ素子１０が形成された感湿部と、回路素子部とからなる。感湿部と回路素子部は、シリコン（Ｓｉ）からなる同じ半導体基板１の一方の面側に形成されている。また、湿度センサ素子１０を駆動制御する回路素子部は、基準容量素子２０が形成された基準容量部（リファレンス容量部）と、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部とからなる。図５（ａ）の容量式湿度センサ１００と図４の容量式湿度センサ９０は類似の構造を有しているが、感湿部における電極形状が、図５（ａ）〜（ｃ）の容量式湿度センサ１００と図４の容量式湿度センサ９０とで異なっている。

図５（ａ）の容量式湿度センサ１００における湿度センサ素子１０は、図５（ｂ）に示すように、半導体基板１上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを備える、櫛歯電極型の容量素子である。櫛歯状電極１１ａ，１１ｂは、アルミニウム（Ａｌ）等の配線材料からなり、シリコン酸化膜２上に形成されている。図５（ｂ）に示す櫛歯状電極１１ａ，１１ｂは、図４に示す離間して対向形成された２個の電極９１ａ，９１ｂに較べて、湿度センサ素子１０の容量を大きく設定することができる。また、櫛歯電極型の湿度センサ素子１０は、平行平板構造の電極を備える平行平板型の湿度センサ素子に較べて半導体工程での安定した製造が可能になり、安価な容量式湿度センサとすることができる。

櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上には、絶縁保護膜であるシリコン窒化膜３を介して、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆うように、湿度に応じて誘電率の変化する感湿膜４が形成されている。感湿膜４はポリイミド系樹脂からなり、３〜４の比誘電率を持っている。一方、水（Ｈ_２Ｏ）は比誘電率８０の物質である。従って、ポリイミド系樹脂からなる感湿膜４に水分子が吸着されると、感湿膜４の誘電率が大きくなり、湿度センサ素子１０の容量値が増大する。このようにして、感湿膜４は周囲の雰囲気の湿度変化に応じて誘電率が変化し、それに伴って、湿度センサ素子１０の容量値も変化する。

一方、図５（ａ）の容量式湿度センサ１００における基準容量素子２０は、シリコン酸化膜２を誘電体とし、半導体基板１に形成されたＮ型拡散層２１とポリシリコン層２３を電極とする平行平板型の容量素子である。基準容量素子２０は、感湿膜４が形成されていないため、周囲の雰囲気の湿度変化があっても容量値が変化しない。

周囲の雰囲気の湿度変化に伴う湿度センサ素子１０の容量値変化は、基準容量素子２０の容量と比較され、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部で信号処理される。以上のようにして、図５（ａ）〜（ｃ）に示す容量式湿度センサ１００では、湿度センサ素子１０の周囲における雰囲気の湿度が測定される。
特開２００２−２４３６９０公報

図５（ａ）〜（ｃ）に示す容量式湿度センサ１００の感湿膜４は、スクリーン印刷を用いて容易に形成することができ、安価な容量式湿度センサとすることができる。

一方、図６は、スクリーン印刷により形成した感湿膜４の問題点を説明する図で、スクリーン印刷により形成した感湿膜４の断面を模式的に示した図である。

感湿膜材料は、一般的に、５０Ｐａ・ｓ程度の粘度を有するペースト状態に調整されて、スクリーン印刷に供される。しかしながら、スクリーン印刷により形成された感湿膜４では、ペースト状態に調整された感湿膜材料に粘度のばらつきやペースト刷り込み圧力等のばらつきによって、図６に示すように、所謂、『サドル現象（中央部と周辺部の膜厚が異なる現象）』が発生し易い。櫛歯電極型の湿度センサ素子１０において、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆って形成された感湿膜４に、図６に示すサドル現象が発生すると、容量式湿度センサ１００の特性が安定せず、正確な湿度測定ができなくなる。

そこで本発明は、櫛歯電極型の湿度センサ素子を有する容量式湿度センサおよびその製造方法であって、一対の櫛歯状電極を覆う感湿膜を一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能で、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサおよびその製造方法を提供することを目的としている。

請求項１〜５に記載の発明は、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する、容量式湿度センサに関する。

請求項１に記載の容量式湿度センサは、前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、前記感湿膜が、前記閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さ以下の高さで、前記閉じた経路の内側に形成されてなることを特徴としている。

上記容量式湿度センサにおいては、櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上の絶縁膜の表面高さが、櫛歯状電極上に較べて高く設定されている。従って、上記絶縁膜の構造により、所謂、『ダム構造』が形成される。このため、感湿膜の形成にあたっては、例えば後述する製造方法により、水平にセットされた基準台上において、低粘度に調整した感湿膜の材料を、所定の量だけ閉じた経路の内側に流し込むことにより、一定膜厚の感湿膜を形成することが可能である。これにより得られる感湿膜は、高粘度に調整されたペースト状の感湿膜材料を用いてスクリーン印刷により形成される感湿膜と異なり、所謂、『サドル現象（中央部と周辺部の膜厚が異なる現象）』の発生が抑制される。従って、一対の櫛歯状電極を覆う感湿膜を一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能な容量式湿度センサとすることができる。

請求項２に記載のように、上記容量式湿度センサにおいては、前記一対の櫛歯状電極と同じ材料層からなるリングパターンが、前記閉じた経路上に形成されてなることが好ましい。

これにより、新たな製造工程によらず、櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上と櫛歯状電極上において、絶縁膜の表面高さを同じに設定することができる。このため、前記櫛歯状電極と同じ材料層からなるリングパターンを形成しない場合に較べて、閉じた経路上において絶縁膜の表面高さを櫛歯状電極上より高めるにあたって、閉じた経路上における高さの積み上げが容易になる。従って、これにより、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサとすることができる。

請求項３に記載のように、前記基板が、半導体基板であり、当該半導体基板における前記湿度センサ素子と別位置に、前記湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部が形成される場合には、前記回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層からなるリングパターンが、前記閉じた経路上に形成されてなることが好ましい。

これにより、新たな製造工程によらず、櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上において、絶縁膜の表面高さを、回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層の厚さだけ、高く設定することができる。従って、これにより、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサとすることができる。尚、回路素子部を有する容量式湿度センサにおいては、閉じた経路上の絶縁膜の基板からの表面高さを利用して、回路素子部を保護する保護用ゲルの閉じた経路上の内側に形成された感湿膜への流れ込みを防止することができる。

例えば、請求項４に記載のように、前記回路素子部が、湿度による容量値の変化が前記湿度センサ素子よりも小さい基準容量素子を有してなり、前記基準容量素子の少なくとも一方の電極が、多結晶シリコン層を用いて形成されてなる場合には、前記リングパターンが、前記多結晶シリコン層を用いて形成されてなるように構成することができる。

請求項５に記載の発明は、上記『ダム構造』が形成されてなる、より一般的な容量式湿度センサに関する。

請求項５に記載の容量式湿度センサは、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサであって、前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、前記感湿膜が、前記閉じた経路上における基板からの表面高さ以下の高さで、前記閉じた経路の内側に形成されてなることを特徴としている。

任意の材料を用いて、一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における基板からの表面高さを、一対の櫛歯状電極上における絶縁膜の基板からの表面高さに較べて高く設定し、『ダム構造』を形成することが可能である。このため、上記容量式湿度センサは、請求項１に記載の容量式湿度センサと同様に、低粘度に調整した感湿膜の材料を、所定の量だけ閉じた経路の内側に流し込むことにより、一定膜厚の感湿膜を形成することが可能である。これにより得られる感湿膜は、スクリーン印刷により形成される感湿膜と異なり、サドル現象の発生が抑制される。従って、上記容量式湿度センサにおいても、一対の櫛歯状電極を覆う感湿膜を一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能な容量式湿度センサとすることができる。

請求項６〜１１に記載の発明は、請求項１〜５に記載した容量式湿度センサの製造方法に関する。

請求項６に記載の発明は、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサの製造方法であって、前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、前記感湿膜の材料を、前記閉じた経路の内側に流し込むことにより、前記感湿膜を、前記閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さ以下の高さで形成することを特徴としている。

これにより、請求項１に記載の容量式湿度センサを製造することができる。

請求項７に記載のように、上記容量式湿度センサの製造方法においては、前記閉じた経路の内側に流し込む感湿膜の材料の粘度を、１０Ｐａ・ｓ以下に調整することが好ましい。

感湿膜の材料を上記のように低粘度に調整することにより、閉じた経路の内側に上記感湿膜の材料を流し込んだ後、水平にセットされた基準台上において溶媒を除去することで、一定膜厚の感湿膜が得られやすくなる。

請求項８に記載の発明は、前記一対の櫛歯状電極の形成工程を用いて、前記一対の櫛歯状電極と同じ材料層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴としている。

これにより、請求項２に記載の容量式湿度センサを製造することができる。

請求項９に記載の発明は、前記基板が、半導体基板であり、前記容量式湿度センサが、前記半導体基板における前記湿度センサ素子と別位置に、前記湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部が形成されてなる容量式湿度センサである場合において、前記回路素子部における電極および／または配線の形成工程を用いて、前記回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴としている。

これにより、請求項３に記載の容量式湿度センサを製造することができる。

請求項１０に記載の発明は、前記回路素子部が、湿度による容量値の変化が前記湿度センサ素子よりも小さい基準容量素子を有してなる場合において、前記基準容量素子の少なくとも一方の電極を、多結晶シリコン層を用いて形成し、前記基準容量素子における少なくとも一方の電極の形成工程を用いて、前記多結晶シリコン層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴としている。

これにより、請求項４に記載の容量式湿度センサを製造することができる。

尚、上記した請求項６〜１０に記載の製造方法により製造される容量式湿度センサの効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載した容量式湿度センサの製造方法に関する。

請求項１１に記載の発明は、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサの製造方法であって、前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、前記感湿膜の材料を、前記閉じた経路の内側に流し込むことにより、前記感湿膜を、前記閉じた経路上における基板からの表面高さ以下の高さで形成することを特徴としている。

これにより、請求項１０に記載の容量式湿度センサを製造することができる。尚、上記した請求項Ｙに記載の製造方法により製造される容量式湿度センサの効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。

図１は、本発明による容量式湿度センサの一例で、図１（ａ）は、容量式湿度センサ１０１の要部を示す模式的な断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す感湿部の模式的な上面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）において点線で囲った部分を拡大して示した詳細図である。尚、図１（ａ）〜（ｃ）に示す容量式湿度センサ１０１において、図５（ａ）〜（ｃ）に示した容量式湿度センサ１００と同様の部分については、同じ符号を付けた。

図１（ａ）に示す容量式湿度センサ１０１は、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子１１を有する容量式湿度センサである。図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１は、図５（ａ）の容量式湿度センサ１００と同様に、湿度センサ素子１１が形成された感湿部と、湿度センサ素子１１を駆動制御する回路素子部とを有している。感湿部と回路素子部は、シリコン（Ｓｉ）からなる同じ半導体基板１の一方の面側に形成されている。図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１における回路素子部は、図５（ａ）の容量式湿度センサ１００における回路素子部と同じ構造で、基準容量素子２０が形成された基準容量部（リファレンス容量部）と、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部とからなる。

一方、図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１における感湿部は、図５（ａ）の容量式湿度センサ１００における感湿部と異なる構造を有している。

図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１における湿度センサ素子１１も、図５（ａ）の容量式湿度センサ１００における湿度センサ素子１０と同様に、櫛歯電極型の容量素子である。すなわち、湿度センサ素子１１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体基板１上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと、絶縁膜３を介して一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜４ｒとを有している。櫛歯状電極１１ａ，１１ｂは、アルミニウム（Ａｌ）等の配線材料からなり、シリコン酸化膜２上に形成されている。絶縁膜３は、シリコン窒化膜からなり、感湿膜４ｒは、ポリイミド系樹脂からなる。

一方、図１（ａ）〜（ｃ）に示す湿度センサ素子１１は、図５（ａ）〜（ｃ）に示す湿度センサ素子１０と、以下の点で異なっている。すなわち、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む、図１（ｂ）において二点鎖線で示した閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の基板１からの表面高さｈ２が、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上における絶縁膜３の基板１からの表面高さｈ１に較べて、高く設定されている。また、感湿膜４ｒは、閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の基板１からの表面高さｈ２以下の高さで、閉じた経路Ａの内側に形成されている。

図１（ａ）〜（ｃ）に示す容量式湿度センサ１０１においては、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む所定の閉じた経路Ａ上の絶縁膜３の表面高さｈ２が、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上の表面高さｈ１に較べて高く設定されている。従って、この絶縁膜３の構造により、所謂、『ダム構造』が形成される。このため、感湿膜４ｒの形成にあたっては、例えば、水平にセットされた基準台上において、低粘度に調整した感湿膜４ｒの材料を、所定の量だけ閉じた経路Ａの内側に流し込むことにより、一定膜厚の感湿膜４ｒを、閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の表面高さｈ２以下の高さで形成することが可能である。

上記感湿膜４ｒの形成方法においては、閉じた経路Ａの内側に流し込む感湿膜４ｒの材料の粘度を、１０Ｐａ・ｓ以下に調整することが好ましい。感湿膜４ｒの材料を１０Ｐａ・ｓ以下の低粘度に調整することにより、閉じた経路Ａの内側に感湿膜４ｒの材料を流し込んだ後、水平にセットされた基準台上において溶媒を除去することで、一定膜厚の感湿膜４ｒが得られやすくなる。

上記材料の流し込み形成により得られる図１（ａ）〜（ｃ）の感湿膜４ｒは、高粘度に調整されたペースト状の感湿膜材料を用いてスクリーン印刷により形成される図５（ａ）〜（ｃ）および図６の感湿膜４と異なり、所謂、『サドル現象（中央部と周辺部の膜厚が異なる現象）』の発生が抑制される。従って、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆う感湿膜４ｒを一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能な容量式湿度センサとすることができる。

容量式湿度センサ１０１においては、閉じた経路Ａ上の絶縁膜３の表面高さｈ２を、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上の表面高さｈ１に較べて高く設定するにあたって、図１（ｃ）に示すように、２つのリングパターン２２ｒと１１ｒが、閉じた経路Ａ上に形成されている。リングパターン２２ｒは、図１（ａ）おける基準容量素子２０の一方の電極２２と同じ多結晶シリコン層からなり、電極２２の形成工程を用いて同時に形成される。リングパターン１１ｒは、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと同じアルミニウム（Ａｌ）等の材料層からなり、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂの形成工程を用いて同時に形成される。

リングパターン１１ｒを形成することにより、閉じた経路Ａ上と櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上において、絶縁膜３の表面高さを同じに設定することができる。このため、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと同じ材料層からなるリングパターン１１ｒを形成しない場合に較べて、閉じた経路Ａ上において絶縁膜３の表面高さを櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上より高めるにあたって、閉じた経路Ａ上における高さの積み上げが容易になる。容量式湿度センサ１０１においては、図１（ｃ）に示すように、リングパターン２２ｒを形成することにより、閉じた経路Ａ上の絶縁膜３の表面高さｈ２を櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上の表面高さｈ１に較べて、電極２２と同じ多結晶シリコン層の厚さだけ高く設定している。これらは、いずれも新たな製造工程を必要とせず、パターン変更のみで可能である。従って、これにより、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサとすることができる。

尚、図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１のように、回路素子部を有する容量式湿度センサにおいては、一般的に、回路素子部上に回路素子部を保護する保護用ゲル（図示省略）が塗布される。図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１においては、閉じた経路Ａ上の絶縁膜３の基板１からの表面高さを利用して、上記保護用ゲルの閉じた経路Ａ上の内側に形成された感湿膜４ｒへの流れ込みを防止することができる。

図２は、別の容量式湿度センサの例である。図２（ａ）は、容量式湿度センサ１０２の要部を示す模式的な断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）において点線で囲った部分を拡大して示した詳細図である。尚、図２（ａ），（ｂ）に示す容量式湿度センサ１０２において、図１（ａ）〜（ｃ）に示した容量式湿度センサ１０１と同様の部分については、同じ符号を付けた。

図２（ａ）に示す容量式湿度センサ１０２も、湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子１２を有する容量式湿度センサで、湿度センサ素子１２が形成された感湿部と、湿度センサ素子１２を駆動制御する回路素子部とを有している。感湿部と回路素子部は、シリコン（Ｓｉ）からなる同じ半導体基板１の一方の面側に形成されている。図２（ａ）の容量式湿度センサ１０２における回路素子部は、基準容量素子２３が形成された基準容量部（リファレンス容量部）と、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部とからなる。

図１（ａ）の容量式湿度センサ１０１における基準容量素子２０は、下部電極２１がＮ型不純物層からなり、上部電極２２が多結晶シリコン層からなっていた。これに対して、図２（ａ）の容量式湿度センサ１０２における基準容量素子２３は、下部電極２４と上部電極２５が、どちらも多結晶シリコン層からなる。これを利用して、容量式湿度センサ１０２においては、図２（ｂ）に示すように、２つの多結晶シリコン層からなるリングパターン２４ｒ，２５ｒと櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと同じ材料層からなる１１ｒが、閉じた経路Ａ上に形成されている。２つの多結晶シリコン層からなるリングパターン２４ｒ，２５ｒは、図２（ａ）おける基準容量素子２３の両電極２４，２５の形成工程を用いて同時に形成されることはいうまでもない。

２つの多結晶シリコン層からなるリングパターン２４ｒ，２５ｒを形成することにより、図２（ｂ）の閉じた経路Ａ上における絶縁膜３の表面高さｈ３を、図１（ｃ）の表面高さｈ２に較べて、高く設定することができる。これにより、閉じた経路Ａの内側に流し込み形成する感湿膜４ｒの膜厚の設定自由度を高めることができる。尚、図２の容量式湿度センサ１０２の製造においても、新たな製造工程を必要とせず、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサとすることができる。

また、図１（ａ）や図２（ａ）に示す容量式湿度センサ１０１，１０２のように、基板１が半導体基板であり、湿度センサ素子１１，１２と別位置にそれらを駆動制御する回路素子部が形成される場合には、基準容量素子２０，２３の電極に限らず、回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層からなるリングパターンを、閉じた経路Ａ上に形成することができる。これらは、回路素子部における電極および／または配線の形成工程を用いて、回路素子部における電極および／または配線と同時に形成することができる。これにより、新たな製造工程によらず、櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む閉じた経路Ａ上において、絶縁膜３の表面高さを、回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層の厚さだけ、高く設定することができる。従って、これにより、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサとすることができる。

図３は、別の容量式湿度センサにおける、湿度センサ素子１３の断面を拡大して示した詳細図である。尚、湿度センサ素子１３が形成された容量式湿度センサの全体構造は、図１（ａ）もしくは図２（ａ）と同様であり、図示を省略した。また、図３に示す湿度センサ素子１３において、図１（ｃ）もしくは図２（ｂ）に示した湿度センサ素子１１，１２と同様の部分については、同じ符号を付けた。

図３に示す湿度センサ素子１３は、『ダム構造』が形成されてなる、より一般的な湿度センサ素子となっている。

すなわち、図３に示す湿度センサ素子１３は、基板１上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂと、絶縁膜３を介して一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜４ｒとを有している。一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む閉じた経路Ａ上における基板１からの表面高さｈ４は、閉じた経路Ａ上に形成されたリングパターン５を用いて、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上における絶縁膜３の基板からの表面高さｈ１に較べて、高く設定されている。また、感湿膜４ｒは、閉じた経路Ａ上における基板１からの表面高さｈ４以下の高さで、閉じた経路Ａの内側に形成されている。

このように、任意の材料からなるリングパターン５を用いて、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを取り囲む所定の閉じた経路Ａ上における基板１からの表面高さｈ４を、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂ上における絶縁膜３の基板１からの表面高さｈ１に較べて高く設定し、『ダム構造』を形成することが可能である。このため、図３に示す湿度センサ素子１３が形成された容量式湿度センサは、図１（ａ）もしくは図２（ａ）の容量式湿度センサ１０１，１０２と同様に、低粘度に調整した感湿膜４ｒの材料を、所定の量だけ閉じた経路Ａの内側に流し込むことにより、一定膜厚の感湿膜４ｒを形成することが可能である。これにより得られる感湿膜４ｒは、スクリーン印刷により形成される図５（ａ）〜（ｃ）および図６の感湿膜４と異なり、サドル現象の発生が抑制される。従って、上記容量式湿度センサにおいても、一対の櫛歯状電極１１ａ，１１ｂを覆う感湿膜４ｒを一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能な容量式湿度センサとすることができる。

以上のようにして、図１〜３に示した容量式湿度センサおよびその製造方法は、櫛歯電極型の湿度センサ素子を有する容量式湿度センサおよびその製造方法であって、一対の櫛歯状電極を覆う感湿膜を一定膜厚で均一に形成することができ、安定した正確な湿度測定が可能で、製造コストを抑制した安価な容量式湿度センサおよびその製造方法となっている。尚、図１〜３に示した容量式湿度センサは、湿度センサ素子が形成された感湿部と湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部が、同じ半導体基板に形成されてなる容量式湿度センサであった。しかしながら、本発明はこれに限らず、上記『ダム構造』を有する湿度センサ素子のみが基板に形成された容量式湿度センサについても、同様に、安定した正確な湿度測定が可能な容量式湿度センサとすることができる。

本発明による容量式湿度センサの一例で、（ａ）は、容量式湿度センサ１０１の要部を示す模式的な断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す感湿部の模式的な上面図であり、（ｃ）は、（ａ）において点線で囲った部分を拡大して示した詳細図である。 別の容量式湿度センサの例で、（ａ）は、容量式湿度センサ１０２の要部を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は、（ａ）において点線で囲った部分を拡大して示した詳細図である。 別の容量式湿度センサにおける、湿度センサ素子１３の断面を拡大して示した詳細図である。 特許文献１に開示された従来の容量式湿度センサ９０の模式的な断面図である。 従来の別の容量式湿度センサで、（ａ）は、容量式湿度センサ１００の要部を示す模式的な断面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す感湿部の模式的な上面図であり、（ｃ）は、（ｂ）のＢ−Ｂ断面における詳細図である。 スクリーン印刷により形成した感湿膜４の問題点を説明する図で、スクリーン印刷により形成した感湿膜４の断面を模式的に示した図である。

符号の説明

９０，１００〜１０２ 容量式湿度センサ
１０〜１３ 湿度センサ素子
２０，２３ 基準容量素子
１ （半導体）基板
２ シリコン酸化膜
３ 絶縁膜（シリコン窒化膜）
１１ａ，１１ｂ 櫛歯状電極
４，４ｒ 感湿膜
Ａ 閉じた経路
１１ｒ，２２ｒ，２４ｒ，２５ｒ，５ リングパターン

Claims (11)

1. 湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサであって、
   前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、
   前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、
   前記感湿膜が、前記閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さ以下の高さで、前記閉じた経路の内側に形成されてなることを特徴とする容量式湿度センサ。
2. 前記一対の櫛歯状電極と同じ材料層からなるリングパターンが、前記閉じた経路上に形成されてな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. 前記基板が、半導体基板であり、
   当該半導体基板における前記湿度センサ素子と別位置に、前記湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部が形成され、
   前記回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層からなるリングパターンが、前記閉じた経路上に形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の容量式湿度センサ。
4. 前記回路素子部が、湿度による容量値の変化が前記湿度センサ素子よりも小さい基準容量素子を有してなり、
   前記基準容量素子の少なくとも一方の電極が、多結晶シリコン層を用いて形成され、
   前記リングパターンが、前記多結晶シリコン層を用いて形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の容量式湿度センサ。
5. 湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサであって、
   前記湿度センサ素子が、基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、
   前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、
   前記感湿膜が、前記閉じた経路上における基板からの表面高さ以下の高さで、前記閉じた経路の内側に形成されてなることを特徴とする容量式湿度センサ。
6. 湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサの製造方法であって、
   前記湿度センサ素子が、
   基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、
   絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、
   前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの表面高さに較べて、高く設定されてなり、
   前記感湿膜の材料を、前記閉じた経路の内側に流し込むことにより、
   前記感湿膜を、前記閉じた経路上における前記絶縁膜の基板からの表面高さ以下の高さで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. 前記閉じた経路の内側に流し込む感湿膜の材料の粘度を、１０Ｐａ・ｓ以下に調整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. 前記一対の櫛歯状電極の形成工程を用いて、
   前記一対の櫛歯状電極と同じ材料層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴とする請求項６または７に記載の容量式湿度センサの製造方法。
9. 前記基板が、半導体基板であり、
   前記容量式湿度センサが、前記半導体基板における前記湿度センサ素子と別位置に、前記湿度センサ素子を駆動制御する回路素子部が形成されてなる容量式湿度センサであって、
   前記回路素子部における電極および／または配線の形成工程を用いて、
   前記回路素子部における電極および／または配線と同じ材料層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の容量式湿度センサの製造方法。
10. 前記回路素子部が、湿度による容量値の変化が前記湿度センサ素子よりも小さい基準容量素子を有してなり、
    前記基準容量素子の少なくとも一方の電極を、多結晶シリコン層を用いて形成し、
    前記基準容量素子における少なくとも一方の電極の形成工程を用いて、
    前記多結晶シリコン層からなるリングパターンを、前記閉じた経路上に形成することを特徴とする請求項９に記載の容量式湿度センサの製造方法。
11. 湿度によってその容量値が変化する湿度センサ素子を有する容量式湿度センサの製造方法であって、
    前記湿度センサ素子が、
    基板上の同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された一対の櫛歯状電極と、
    絶縁膜を介して前記一対の櫛歯状電極を覆って形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを有してなり、
    前記一対の櫛歯状電極を取り囲む所定の閉じた経路上における基板からの表面高さが、前記一対の櫛歯状電極上における前記絶縁膜の基板からの高さに較べて、高く設定されてなり、
    前記感湿膜の材料を、前記閉じた経路の内側に流し込むことにより、
    前記感湿膜を、前記閉じた経路上における基板からの表面高さ以下の高さで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。

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