JP2014167445A - Humidity sensor and method for producing humidity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環境雰囲気の湿度を検出する湿度センサ、およびそのような湿度センサの製造方法に関する。 The present invention relates to a humidity sensor that detects the humidity of an environmental atmosphere and a method for manufacturing such a humidity sensor.
湿度を検出するための湿度センサの一つとして、静電容量式湿度センサが用いられている。静電容量式湿度センサは、通常、複数の電極と、これらの電極間に、空気中の水分を吸湿および脱湿する膜(以下、感湿膜と呼称する)とを備えている。感湿膜が空気中の水分を吸湿および脱湿すると、感湿膜の誘電率は変化する。感湿膜の誘電率の変化に伴い、電極間の静電容量が変化するため、上記の構成を備えた静電容量式湿度センサは、この静電容量の変化に基づいて湿度の変化を検出する。 As one of humidity sensors for detecting humidity, a capacitance type humidity sensor is used. A capacitance humidity sensor usually includes a plurality of electrodes and a film that absorbs and dehumidifies moisture in the air (hereinafter referred to as a moisture sensitive film) between the electrodes. When the moisture sensitive film absorbs and dehumidifies moisture in the air, the dielectric constant of the moisture sensitive film changes. Since the capacitance between the electrodes changes as the dielectric constant of the moisture sensitive film changes, the capacitive humidity sensor with the above configuration detects changes in humidity based on this capacitance change. To do.
例えば、特許文献1には、略平行に対向するように設けられた2枚の平板状の電極と、上記電極間に設けられた感湿膜とを備えた湿度センサが記載されている。また、特許文献2には、対向するように設けられた櫛形の形状を有する2つの電極と、上記2つの電極を覆うように設けられた感湿膜とを備えた湿度センサが記載されている。
For example,
図7は、特許文献1に記載の湿度センサの断面構成を示す概略図である。図7に示すように、特許文献1に記載の湿度センサ4は、感湿膜42を2枚の平板状の電極41によって挟持する構造を有している。そのため、空気中の水分は、感湿膜42と、空気とが接触する側面開口部(図7において、感湿膜42の水平方向)から、感湿膜42の内部に出入りすることにより、感湿膜42に吸湿および脱湿される。空気中の水分を吸湿および脱湿した感湿膜42の誘電率の変化に伴い、2枚の電極41間の静電容量が変化する。ここで、上記の湿度センサ4の検出感度を向上させるには、測定される静電容量の値を大きくすることが必要になる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the humidity sensor described in
湿度センサ4において、測定される静電容量の値を大きくするためには、2枚の平板状の電極間の距離を短くすることが考えられる。しかしながら、電極間の距離を短くすると、測定される静電容量の値を大きくすることはできるが、感湿膜42と、空気とが接触する面積が小さくなる。これにより、湿度センサ4は、感湿膜42に空気中の水分が入り込みにくい構造になってしまうため、結果として効率的に湿度変化を検出することが困難になってしまうという課題がある。
In the
図8は、特許文献2に記載の湿度センサの断面構成を示す概略図である。図8に示すように、特許文献2に記載の湿度センサ5は、複数の電極52を覆うように感湿膜53が設けられているため、空気中の水分が感湿膜53に入り込みやすい構造になっている。しかしながら、保護膜54を介して感湿膜53に入り込む水分の多くは、感湿膜53の表面(図8において上面側)近傍において吸湿される。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional configuration of the humidity sensor described in
図8において、一点鎖線の双方向矢印は、電極間の静電容量に寄与する経路を示す矢印であり、矢印の太さが、電極間の静電容量への寄与の大きさに対応している。図8に示すように、電極間の静電容量への寄与は、電極近傍において最も大きく、電極から遠ざかるにつれて、小さくなる。そのため、空気中の水分が入り込みやすい感湿膜53の表面近傍は、電極間の静電容量の変化への寄与が小さい。したがって、湿度センサ5は、効率的に湿度変化を検出することができないという課題がある。
In FIG. 8, a one-dot chain double-pointed arrow is an arrow indicating a path that contributes to the capacitance between the electrodes, and the thickness of the arrow corresponds to the magnitude of the contribution to the capacitance between the electrodes. Yes. As shown in FIG. 8, the contribution to the capacitance between the electrodes is greatest in the vicinity of the electrodes and decreases as the distance from the electrodes increases. Therefore, the vicinity of the surface of the moisture
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比べてより効率的に湿度変化を検出すること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 problems, and an object of the present invention is to provide a humidity sensor capable of detecting a change in humidity more efficiently than in the prior art.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る湿度センサは、複数の電極間の静電容量に基づいて、環境雰囲気の湿度を検出する湿度センサであって、基板と、上記基板に対向する保護膜と、上記基板に、一端が当接するように設けられた複数の電極と、上記基板と上記保護膜との間に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜とを備え、上記複数の電極の他端は、上記保護膜に当接していることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a humidity sensor according to one embodiment of the present invention is a humidity sensor that detects the humidity of an environmental atmosphere based on capacitance between a plurality of electrodes. A protective film opposite to the substrate, a plurality of electrodes provided so that one end thereof is in contact with the substrate, and a moisture-sensitive film whose dielectric constant changes between the substrate and the protective film due to a change in humidity of an environmental atmosphere The other ends of the plurality of electrodes are in contact with the protective film.
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る湿度センサの製造方法は、複数の電極間の静電容量に基づいて、環境雰囲気の湿度を計測する湿度センサの製造方法であって、基板上に導電性の配線を形成する配線形成工程と、上記配線上に導電膜を堆積させることによって複数の電極を形成する電極形成工程と、上記複数の電極間の空隙に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜を形成する感湿膜形成工程と、上記複数の電極に当接するように保護膜を形成する保護膜形成工程とを含んでいることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a humidity sensor manufacturing method according to an aspect of the present invention is a humidity sensor manufacturing method that measures the humidity of an environmental atmosphere based on capacitance between a plurality of electrodes. A wiring forming step of forming conductive wiring on the substrate; an electrode forming step of forming a plurality of electrodes by depositing a conductive film on the wiring; and a space between the plurality of electrodes in the environment. It includes a moisture-sensitive film forming step for forming a moisture-sensitive film whose dielectric constant changes due to a change in atmospheric humidity, and a protective film forming step for forming a protective film so as to come into contact with the plurality of electrodes. Yes.
本発明の一態様によれば、従来に比べてより効率的に湿度変化を検出することが可能な湿度センサを提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a humidity sensor that can detect a change in humidity more efficiently than in the past.
〔実施形態1〕
以下、本発明の第1の実施形態について、図1〜4を参照しながら、詳細に説明する。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(湿度センサの構成について)
図1は本実施形態に係る湿度センサの構成を示す断面図である。図1に示すように、湿度センサ1は、基板11と、金属配線12と、シリコン窒化膜13と、導電膜16と、感湿膜17と、保護膜18とを備えている。なお、図1は本実施形態に係る湿度センサ1の構成を模式的に示した図であり、湿度センサ1を構成する各々の部材の数、および部材の寸法を限定するものではない。また、図1に示す座標軸において、z軸正方向側を「上方」として定義し、各部材のz軸正方向側の面を「上面」と呼称する。
(Humidity sensor configuration)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a humidity sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
基板11の上面には図示しない絶縁膜が形成されており、金属配線12は、絶縁膜を介して基板11の上面に設けられている。すなわち、基板11と金属配線12とは、電気的に絶縁されている。金属配線12は、厚さ0.05μm以上、幅0.1μm以上の金属により構成されている。
An insulating film (not shown) is formed on the upper surface of the
シリコン窒化膜13としては、例えば窒化ケイ素(化学式:SiN)が用いられる。シリコン窒化膜13は、厚さが0.01μm以上であり、基板11と、金属配線12を保護するために、基板11と金属配線12とを覆うように形成されている。
As the
導電膜16は、例えば導電性材料であるタングステンにより構成された電極であり、その形状は、短径が0.1μm以上の楕円柱である。ここで、「短径が0.1μm以上の楕円柱」とは、「直径が0.1μm以上の真円柱」を含むものとする。また、「楕円柱」と「真円柱」とを合わせて単に「円柱」とも呼ぶ。なお、以下では、導電膜16を電極16と呼称する場合もある。複数の電極16は、互いの距離が0.1μm以上になるように、金属配線12の上面に当接するように設けられている。図1において、一点鎖線の双方向矢印で示すように、電極16は、複数の電極16間の静電容量を検出する。
The
なお、金属配線12、シリコン窒化膜13、および導電膜16の各々の寸法は、既存の半導体製造装置により加工が可能な寸法である。したがって、本実施形態に係る湿度センサは、既存の半導体製造装置を用いることによって作成することができる。
Each dimension of the
感湿膜17としては、例えばポリイミドなどの高分子膜が用いられる。感湿膜17は、空気中の水分を吸湿および脱湿する。感湿膜17が空気中の水分を吸湿および脱湿すると、感湿膜17の誘電率が変化する。感湿膜17は、複数の導電膜16間の空隙を埋めるように設けられている。そのため、感湿膜17の誘電率が変化する(感湿膜17が水分を吸湿および脱湿する)と、電極16が検出する静電容量の値が変化する。したがって、湿度センサ1は、電極16が検出する静電容量の値に基づいて、環境雰囲気の湿度を検出することができる。
As the moisture
保護膜18は、導電膜16および感湿膜17を保護するための膜である。保護膜18は、導電膜16および感湿膜17に当接するように設けられている。保護膜18は水分を透過する性質を有しているため、空気中の水分は、保護膜18を介して感湿膜17に入り込み、吸湿および脱湿される。
The
上述のように、本実施形態に係る湿度センサ1において、電極16は、一端が金属配線12に当接し、かつ他端が保護膜18に当接するように設けられている。上記の構成により、保護膜18を介して感湿膜17に入り込む環境雰囲気中の水分の多くは、電極16の近傍において吸湿される。一般に、検出される静電容量の値は、電極近傍における誘電率の変化に敏感に依存する。そのため、上記のように構成された湿度センサ1は、環境雰囲気の湿度変化による感湿膜17の誘電率の変化を鋭敏に検出することが可能になる。
As described above, in the
したがって、本実施形態に係る湿度センサ1は、従来に比べてより効率的に環境雰囲気の湿度変化を検出することができる。
Therefore, the
(湿度センサの製造方法)
以下では、図2および図3を参照しながら、本実施形態に係る湿度センサ1の製造工程について説明する。湿度センサ1は、例えば、湿度センサ製造装置(図示せず)によって製造される。図2は本実施形態に係る湿度センサ1の製造工程を示す概略図である。なお、図1と同様に、図2は本実施形態に係る湿度センサ1の構成を模式的に示した図であり、湿度センサ1を構成する各々の部材の数、および部材の寸法を限定するものではない。また、図2に示す座標軸において、z軸正方向側を「上方」として定義し、各部材のz軸正方向側の面を「上面」と呼称する。
また、図3は本実施形態に係る湿度センサ1の製造工程を示すフローチャートである。
(Method for manufacturing humidity sensor)
Below, the manufacturing process of the
FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the
図3に示すステップS1において、湿度センサ製造装置は、基板11の上面に、厚さ0.05μm以上、幅0.1μm以上の金属配線12を形成する(配線形成工程)。
In step S1 shown in FIG. 3, the humidity sensor manufacturing apparatus forms a
続いて、ステップS2において、湿度センサ製造装置は、ステップS1にて形成された金属配線12と、基板11とを覆うように、膜厚0.01μm以上のシリコン窒化膜13を積層する。
Subsequently, in step S2, the humidity sensor manufacturing apparatus laminates a
続いて、ステップS3において、湿度センサ製造装置は、ステップS2にて積層されたシリコン窒化膜13の上面に、膜厚0.1μm以上のシリコン酸化膜14をさらに積層する。シリコン酸化膜14としては、例えば二酸化ケイ素(化学式:SiO2)が用いられる。ステップS3にて積層されるシリコン酸化膜14は、後の工程において最終的には除去されるため、犠牲膜とも呼称する。シリコン酸化膜14を積層する手法としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)法が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
Subsequently, in step S3, the humidity sensor manufacturing apparatus further stacks a
図2の(a)は、ステップS1〜S3までの処理が行われた湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(a)に示すように、ステップS1〜S3までの処理により、基板11には、金属配線12と、シリコン窒化膜13と、シリコン酸化膜14が積層される。
(A) of FIG. 2 is a figure which shows the cross section of the
続いて、ステップS4において、湿度センサ製造装置は、ステップS3にて積層されたシリコン酸化膜14の上面から、金属配線12の上面まで到達する複数の開口15を形成する。ここで形成される開口15の断面形状(シリコン酸化膜14の上面側から見た形状)は、短径が0.1μm以上の楕円形であることが好ましい。ステップS4における開口15の形成方法は、例えば、半導体製造技術におけるコンタクトホールを形成する手法を用いてもよい。
Subsequently, in step S4, the humidity sensor manufacturing apparatus forms a plurality of
図2の(b)は、ステップS4にて、複数の開口15を形成された湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(b)に示すように、シリコン酸化膜14は、シリコン酸化膜14の上面からシリコン窒化膜13を貫通し、金属配線12の上面に到達するように、複数の開口15が形成される。
FIG. 2B is a diagram showing a cross section of the
続いて、ステップS5において、湿度センサ製造装置は、ステップS4にて形成された複数の開口15の内部に導電膜16を堆積し、さらに、シリコン酸化膜14と開口15とを覆うように導電膜16を堆積する。
Subsequently, in step S5, the humidity sensor manufacturing apparatus deposits the
図2の(c)は、ステップS5にて導電膜16を堆積された湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(c)に示すように、シリコン酸化膜14と開口15とを覆うように、導電膜16が堆積される。
(C) of FIG. 2 is a figure which shows the cross section of the
続いて、ステップS6において、湿度センサ製造装置は、ステップS5にて堆積された導電膜16の上面をドライエッチングにより除去する。湿度センサ製造装置は、堆積された導電膜16の上面側から、シリコン酸化膜14の上面が露出するまで、導電膜16をエッチングする。シリコン酸化膜14の上面が露出するまで、導電膜16をエッチングすることにより、複数の導電膜16のz軸方向の長さは均一になる。
Subsequently, in step S6, the humidity sensor manufacturing apparatus removes the upper surface of the
なお、本実施形態においては、導電膜16をエッチングする方法として、ドライエッチング手法を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)手法などにより、導電膜16をエッチングしてもよい。また、ステップS5にて、複数の開口15の各々の内部に堆積する導電膜16のz軸方向の長さが、それぞれ均一になるように堆積することができれば、ステップS6の処理は省略してもよい。
In this embodiment, the case where the dry etching method is used as the method of etching the
図2の(d)は、ステップS6にて導電膜16の上面が除去された湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(d)に示すように、シリコン酸化膜14の上面が露出するまで、導電膜16をエッチングすることにより、複数の導電膜16のz軸方向の長さは、均一になっている。
(D) of FIG. 2 is a figure which shows the cross section of the
続いて、ステップS7において、湿度センサ製造装置は、フッ酸(化学式:HF)を用いてシリコン酸化膜14を除去する。フッ酸は、二酸化ケイ素と反応して、二酸化ケイ素を溶かす性質を有しているため、シリコン酸化膜14を除去することが可能である。また、基板11および金属配線12は、シリコン窒化膜13に覆われているため、フッ酸により除去されることはなく、シリコン酸化膜14のみが選択的に除去される。シリコン酸化膜14が選択的に除去されることにより、複数の開口15の各々の内部に堆積された導電膜16のみが残存することになる。この残存した導電膜16は、湿度センサ1における電極の役割を果たす。すなわち、ステップS2〜S7の工程は、湿度センサ1の備える電極を形成する工程(電極形成工程)である。なお、以降の工程においては、導電膜16を電極16と呼称することもある。
Subsequently, in step S7, the humidity sensor manufacturing apparatus removes the
図2の(e)は、ステップS7にてシリコン酸化膜14が選択的に除去された湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(e)に示すように、湿度センサ1は、シリコン酸化膜14のみが選択的に除去されている。したがって、ステップS7までの処理が行われた湿度センサ1は、基板11と金属配線12と、シリコン窒化膜13と、電極16とを備えている。
FIG. 2E is a diagram showing a cross section of the
最後に、ステップS8において、湿度センサ製造装置は、複数の電極16間の空隙を埋めるように感湿膜17を形成する(感湿膜形成工程)。さらに、湿度センサ製造装置は、感湿膜17と電極16とに当接するように保護膜18を形成する(保護膜形成工程)。
Finally, in step S8, the humidity sensor manufacturing apparatus forms the moisture
以上のステップS1〜S8の手順により、湿度センサ製造装置は、本実施形態に係る湿度センサ1を製造することができる。
The humidity sensor manufacturing apparatus can manufacture the
図2の(f)は、ステップS8にて感湿膜17および保護膜18が形成された湿度センサ1の断面を示す図である。図2の(f)に示すように、電極16の一端は金属配線12に当接しており、他端は保護膜18に当接している。上記の手順により形成された湿度センサ1は、従来に比べてより効率的に湿度変化を検出することができる。
(F) of FIG. 2 is a figure which shows the cross section of the
以上、本実施形態に係る湿度センサ1の製造工程について説明した。なお、上述した製造工程の一部(ステップS1〜S7)が、半導体チップの製造工程とほぼ同様であることは、当業者にとって容易に理解されるであろう。したがって、湿度センサ1を製造するために、半導体チップの製造装置を用いることもできるので、本実施形態に係る湿度センサ1は、比較的安価に製造することができる。
The manufacturing process of the
(電極の配列について)
以下では、図4を参照しながら、本実施形態に係る湿度センサ1における、複数の電極の配列の一例について説明する。図4は、本実施形態に係る湿度センサ1における、複数の電極の配列の一例を示す立体斜視図である。なお、図4においては、説明の簡略化のために、シリコン窒化膜13、感湿膜17、および保護膜18の図示を省略している。
(About electrode arrangement)
Hereinafter, an example of the arrangement of a plurality of electrodes in the
なお、図4は本実施形態に係る湿度センサ1を模式的に示した図であり、湿度センサ1を構成する各々の部材の数、および部材の寸法を限定するものではない。また、図4に示す座標軸において、z軸正方向側を「上方」として定義し、各部材のz軸正方向側の面を「上面」と呼称する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the
図4に示すように、本実施形態に係る湿度センサ1は、基板11と、基板11の上面に形成された金属配線12と、金属配線12の上面に設けられた電極16とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、金属配線12は、長手方向がy軸方向に一致するように基板11の上面に設けられている。また、複数の金属配線12は、x軸方向の距離が互いに略一定を保つようにそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、複数の電極16は、y軸方向の距離が互いに略一定の距離を保つように、それぞれ金属配線12の上面に設けられている。また、金属配線12が互いに略一定の距離を保つように設けられているため、複数の電極16のx軸方向の距離も、互いに略一定の距離が保たれている。
The plurality of
なお、本実施形態においては、複数の電極16間の距離は、0.1μm以上であることが好ましい。上記のように、本実施形態に係る湿度センサ1は、複数の電極16間の距離を略一定に保ちつつ、複数の電極16を配置する密度を高めることができる。これにより、複数の電極16と感湿膜17との接触面積を大きくすることが可能になる。
In the present embodiment, the distance between the plurality of
したがって、上記の構成によれば、電極16の近傍において感湿膜17に吸湿および脱湿される水分の割合を向上させることができる。すなわち、上記の構成によれば、湿度センサの検出感度の向上に資する。
Therefore, according to the above configuration, the ratio of moisture absorbed and dehumidified by the moisture
なお、本実施形態においては、電極16をx軸およびy軸に沿うような格子状、すなわち正方格子状に配列する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、各々の電極間の距離が互いに略一定の距離を保つように配列されていればよく、例えば、斜方格子状および正三角格子状に配列されていてもよい。
In the present embodiment, the case where the
以上、第1の実施形態に係る湿度センサ1の構成および製造方法について説明した。
The configuration and manufacturing method of the
なお、上述したように、ステップS4にて形成する開口15の形状が、本実施形態に係る湿度センサ1の電極16の形状に対応する。したがって、ステップS4にて形成する開口15の形状を変更することにより、湿度センサ1の備える導電膜16の形状を様々に変更することも可能である。
As described above, the shape of the
以下では、電極16の形状を変化させた場合の、他の実施形態に係る湿度センサについて説明する。
Below, the humidity sensor which concerns on other embodiment at the time of changing the shape of the
〔実施形態2〕
以下では、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る湿度センサは、電極16の形状が多角柱である点において、第1の実施形態に係る湿度センサ1と異なる。したがって、電極16以外の構成要素は、第1の実施形態に係る湿度センサ1と同一であるため、適宜、図1〜4を参照しながら、本実施形態に係る湿度センサについて説明する。
[Embodiment 2]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. The humidity sensor according to the present embodiment is different from the
図4に示すように、本実施形態に係る湿度センサ1は、基板11と、基板11の上面に形成された金属配線12と、金属配線12の上面に設けられた電極16とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、金属配線12は、長手方向がy軸方向に一致するように基板11の上面に設けられている。また、複数の金属配線12は、x軸方向の距離が互いに略一定を保つようにそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 4, the
また、複数の電極16は、y軸方向の距離が互いに略一定の距離を保つように、それぞれ金属配線12の上面に設けられている。また、金属配線12が互いに略一定の距離を保つように設けられているため、複数の電極16のx軸方向の距離も、互いに略一定の距離が保たれている。
The plurality of
なお、本実施形態においては、複数の電極16の形状は、一辺が0.1μm以上の多角柱(N角柱、Nは3以上の自然数)であり、複数の電極16間の距離は、0.1μm以上であることが好ましい。上記のように、本実施形態に係る湿度センサ1は、複数の電極16間の距離を略一定に保ちつつ、複数の電極16を配置する密度を高めることができる。これにより、複数の電極16と感湿膜17との接触面積を大きくすることが可能になる。
In the present embodiment, the shape of the plurality of
したがって、上記の構成によれば、電極16の近傍において感湿膜17に吸湿および脱湿される水分の割合を向上させることができる。すなわち、上記の構成によれば、湿度センサの検出感度の向上に資する。
Therefore, according to the above configuration, the ratio of moisture absorbed and dehumidified by the moisture
なお、本実施形態においても、電極16をx軸およびy軸に沿うような格子状、すなわち正方格子状に配列する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、各々の電極間の距離が互いに略一定の距離を保つように配列されていればよく、例えば、斜方格子状および正三角格子状に配列されていてもよい。
In the present embodiment, the case where the
〔実施形態3〕
以下では、図5を参照しながら、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る湿度センサ2は、電極16の形状が板状である点において他の実施形態に係る湿度センサと異なる。図5は、本実施形態に係る湿度センサ2における、複数の電極の配列の一例を示す立体斜視図である。なお、図5においては、説明の簡略化のために、シリコン窒化膜、感湿膜、および保護膜の図示を省略している。
[Embodiment 3]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
なお、図5は本実施形態に係る湿度センサ2の構成を模式的に示した図であり、各々の部材の数および、部材の寸法を限定するものではない。また、図5に示す座標軸において、z軸正方向側を「上方」として定義し、各部材のz軸正方向側の面を「上面」と呼称する。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the
図5に示すように、本実施形態に係る湿度センサ2は、基板21と、基板21の上面に形成された金属配線22と、金属配線22の上面に設けられた導電膜(電極とも呼称する)26とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、金属配線22は、長手方向がy軸方向に一致するように基板21の上面に設けられている。また、複数の金属配線22は、x軸方向の距離が互いに略一定を保つようにそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 5, the
また、複数の電極26は、長手方向がy軸方向に一致するように、それぞれ金属配線22の上面に設けられている。また、金属配線22が互いに略一定の距離を保つように設けられているため、複数の電極26は、x軸方向の距離が互いに略一定の距離を保たれている。なお、本実施形態においては、複数の電極26間の距離は、0.1μm以上であることが好ましい。
The plurality of
なお、本実施形態に係る湿度センサ2の製造方法は、第1の実施形態に係る湿度センサ1の製造方法と、ほぼ同様である。すなわち、図3におけるステップS4の工程において、シリコン酸化膜14に形成する開口の形状を、図5に示す電極26のように、厚さ0.1μm以上の板状になるように形成すればよい。
In addition, the manufacturing method of the
〔柱状電極と板状電極との比較〕
以下では、図6を参照しながら、円柱状の電極を用いることによる利点について説明する。図6は、本発明に係る湿度センサ1および湿度センサ2における、複数の電極の配列の一例について説明するための上面図である。なお、図6は本発明に係る湿度センサ1および湿度センサ2の構成を模式的に示した図であり、各々の部材の数、および部材の寸法を限定するものではない。
[Comparison between columnar electrode and plate electrode]
Below, the advantage by using a cylindrical electrode is demonstrated, referring FIG. FIG. 6 is a top view for explaining an example of an arrangement of a plurality of electrodes in the
図6の(a)は、直径1μmの円柱状の電極16を、斜方格子状に配列した場合の湿度センサ1の上面図である。図6の(a)に示すように、電極16は、100μm×100μmの範囲において電極間の距離が互いに1μmになるように配列されている。複数の電極16を上記のように配列した場合、約2900個の電極16を配列することができる。
FIG. 6A is a top view of the
図6の(b)は、厚さ1μmの板状の電極26を、100μm×100μmの範囲において電極間の距離が互いに1μmになるように配列した場合の湿度センサ2の上面図である。複数の電極26を上記のように配列した場合、約50個の電極26を配列することができる。
FIG. 6B is a top view of the
ここで、湿度センサの感湿膜の内部において、何らかの理由により偶発的に異物が発生(または混入)した場合について考える。発生した異物が、電極間の距離(すなわち0.1μm)と同等か、またはそれ以上のサイズを有している場合、発生した異物を挟み込むように異物の両側に配列されている1対の電極は、異物の影響により静電容量の測定が不能となる場合が生じ得る。図6の(a)に示すような円柱状の電極16を斜方格子状に配列する場合においては、約2900個の電極16のうち1対(2個)の電極16が測定不能になる。すなわち、全ての電極16のうち約0.069%の電極が測定不能になる。
Here, consider a case where foreign matter is accidentally generated (or mixed) for some reason inside the humidity sensitive film of the humidity sensor. A pair of electrodes arranged on both sides of the foreign object so that the generated foreign object is sandwiched when the generated foreign object has a size equal to or larger than the distance between the electrodes (ie, 0.1 μm). In some cases, the capacitance cannot be measured due to the influence of foreign matter. In the case where the
一方、図6の(b)に示すような板状の電極26を並べて配列する場合においては、約50個の電極26のうち1対(2個)の電極26が測定不能となる。すなわち、全ての電極26のうち約4%の電極が測定不能になる。
On the other hand, when the plate-
上記のように、本発明に係る湿度センサにおける複数の電極の形状を円柱状にすることにより、感湿膜の内部において偶発的に異物が発生した場合に、全ての電極のうち、異物の影響により測定不能になる電極の割合を低減することができる。したがって、本発明に係る湿度センサにおいては、複数の電極の形状は、円柱状であることが好ましい。 As described above, by making the shape of the plurality of electrodes in the humidity sensor according to the present invention cylindrical, when foreign matter occurs accidentally inside the moisture sensitive film, the influence of foreign matter among all the electrodes As a result, the ratio of electrodes that cannot be measured can be reduced. Therefore, in the humidity sensor according to the present invention, it is preferable that the plurality of electrodes have a cylindrical shape.
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る湿度センサ1は、複数の電極間の静電容量に基づいて、環境雰囲気の湿度を検出する湿度センサであって、基板11と、上記基板11に対向する保護膜18と、上記基板11に、一端が当接するように設けられた複数の電極(導電膜16)と、上記基板11と上記保護膜18との間に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜17とを備え、上記複数の電極の他端は、上記保護膜18に当接していることを特徴としている。
[Summary]
The
上記の構成によれば、上記複数の電極が上記保護膜18に当接しているため、上記保護膜18を介して上記感湿膜17に入り込む環境雰囲気中の水分の多くは、上記複数の電極近傍において吸湿される。一般に、電極間の静電容量への寄与は、電極近傍において最も大きいため、上記複数の電極は、環境雰囲気の湿度変化による上記感湿膜17の誘電率の変化を鋭敏に検出することが可能になる。
According to the above configuration, since the plurality of electrodes are in contact with the
したがって、上記の構成によれば、従来に比べてより効率的に湿度変化を検出することが可能な湿度センサを提供することができる。 Therefore, according to said structure, the humidity sensor which can detect a humidity change more efficiently compared with the past can be provided.
本発明の態様2に係る湿度センサは、上記態様1において、上記複数の電極の形状は、柱状であることが好ましい。
In the humidity sensor according to
本発明の態様3に係る湿度センサは、上記態様2において、上記複数の電極は、短径が0.1μm以上の楕円柱であり、上記複数の電極間の距離が互いに0.1μm以上になるように設けられていることが好ましい。
In the humidity sensor according to
上記の構成によれば、感湿膜の内部において偶発的に異物が発生した場合に、異物の影響により測定不能になる電極の割合を低減することができる。 According to said structure, when a foreign material occurs accidentally inside a moisture sensitive film, the ratio of the electrode which becomes impossible to measure by the influence of a foreign material can be reduced.
したがって、上記の構成によれば、偶発的に発生するような異物に対しても製品性能に影響を与えることが少ない湿度センサを提供することができる。 Therefore, according to the above configuration, it is possible to provide a humidity sensor that hardly affects the product performance even with respect to foreign matters that occur accidentally.
本発明の態様4に係る湿度センサは、上記態様2において、上記複数の電極は、一辺が0.1μm以上の多角柱であり、上記複数の電極間の距離が互いに0.1μm以上になるように設けられていてもよい。
In the humidity sensor according to
上記の構成によれば、上記態様3に係る湿度センサと同様に、湿度センサの検出感度の向上に資する。
According to said structure, it contributes to the improvement of the detection sensitivity of a humidity sensor similarly to the humidity sensor which concerns on the said
本発明の態様5に係る湿度センサ2は、上記態様1において、上記複数の電極(導電膜26)の形状が板状であってもよい。
In the
本発明の態様6に係る湿度センサ2は、上記態様5において、上記複数の電極の厚さが0.1μm以上であり、上記複数の電極間の距離が互いに0.1μm以上になるように設けられていることが好ましい。
The
本発明の態様7に係る湿度センサの製造方法は、複数の電極間の静電容量に基づいて、環境雰囲気の湿度を計測する湿度センサの製造方法であって、基板11上に導電性の配線(金属配線12)を形成する配線形成工程と、上記配線上に導電膜16を堆積させることによって複数の電極を形成する電極形成工程と、上記複数の電極間の空隙に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜17を形成する感湿膜形成工程と、上記複数の電極に当接するように保護膜18を形成する保護膜形成工程とを含んでいることを特徴としている。
A humidity sensor manufacturing method according to aspect 7 of the present invention is a humidity sensor manufacturing method for measuring the humidity of an environmental atmosphere based on the capacitance between a plurality of electrodes, and includes a conductive wiring on a
上記の製造方法によれば、従来に比べてより効率的に湿度変化を検出することが可能な湿度センサを提供することができる。 According to said manufacturing method, the humidity sensor which can detect a humidity change more efficiently compared with the past can be provided.
また、上記の製造方法の一部は、半導体チップの製造工程とほぼ同様の工程によって実現される。したがって、上記の製造方法によれば、湿度センサを製造するために、半導体チップの製造装置を用いることもできるので、本実施形態に係る湿度センサは、比較的安価に製造することができる。 Moreover, a part of the manufacturing method is realized by almost the same process as the manufacturing process of the semiconductor chip. Therefore, according to the manufacturing method described above, since the semiconductor chip manufacturing apparatus can be used to manufacture the humidity sensor, the humidity sensor according to the present embodiment can be manufactured at a relatively low cost.
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
[Additional Notes]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
本発明は、湿度センサに好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for a humidity sensor.
1、2 湿度センサ
11、21 基板
12、22 金属配線(配線)
13 シリコン窒化膜
14 シリコン酸化膜(犠牲膜)
15 開口
16、26 導電膜(電極、複数の電極)
17 感湿膜
18 保護膜
1, 2
13
15
17 Moisture
Claims (5)
基板と、
上記基板に対向する保護膜と、
上記基板に、一端が当接するように設けられた複数の電極と、
上記基板と上記保護膜との間に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜とを備え、
上記複数の電極の他端は、上記保護膜に当接していることを特徴とする湿度センサ。 A humidity sensor that detects the humidity of the environmental atmosphere based on capacitance between a plurality of electrodes,
A substrate,
A protective film facing the substrate;
A plurality of electrodes provided so that one end abuts the substrate;
Between the substrate and the protective film, provided with a moisture sensitive film whose dielectric constant changes due to the humidity change of the environmental atmosphere,
A humidity sensor, wherein the other ends of the plurality of electrodes are in contact with the protective film.
ことを特徴とする請求項1に記載の湿度センサ。 The shape of the plurality of electrodes is a columnar shape,
The humidity sensor according to claim 1.
上記複数の電極間の距離が互いに0.1μm以上になるように設けられていることを特徴とする請求項2に記載の湿度センサ。 The plurality of electrodes are elliptic cylinders having a minor axis of 0.1 μm or more,
The humidity sensor according to claim 2, wherein the distance between the plurality of electrodes is set to be 0.1 μm or more.
上記複数の電極間の距離が互いに0.1μm以上になるように設けられていることを特徴とする請求項2に記載の湿度センサ。 The plurality of electrodes are polygonal columns having a side of 0.1 μm or more,
The humidity sensor according to claim 2, wherein the distance between the plurality of electrodes is set to be 0.1 μm or more.
基板上に導電性の配線を形成する配線形成工程と、
上記配線上に導電膜を堆積させることによって複数の電極を形成する電極形成工程と、
上記複数の電極間の空隙に、環境雰囲気の湿度変化により誘電率が変化する感湿膜を形成する感湿膜形成工程と、
上記複数の電極に当接するように保護膜を形成する保護膜形成工程とを含んでいることを特徴とする湿度センサの製造方法。 A method of manufacturing a humidity sensor that measures the humidity of an environmental atmosphere based on capacitance between a plurality of electrodes,
A wiring forming step of forming conductive wiring on the substrate;
An electrode forming step of forming a plurality of electrodes by depositing a conductive film on the wiring;
A moisture-sensitive film forming step of forming a moisture-sensitive film having a dielectric constant that changes due to a change in humidity of the environmental atmosphere in the gap between the plurality of electrodes;
And a protective film forming step of forming a protective film so as to contact the plurality of electrodes.
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