JP2508143B2 - Thin film moisture sensitive element - Google Patents

Thin film moisture sensitive element

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JP2508143B2
JP2508143B2 JP26622187A JP26622187A JP2508143B2 JP 2508143 B2 JP2508143 B2 JP 2508143B2 JP 26622187 A JP26622187 A JP 26622187A JP 26622187 A JP26622187 A JP 26622187A JP 2508143 B2 JP2508143 B2 JP 2508143B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜感湿素子に関する。更に詳しくは、感
湿特性を向上せしめた薄膜感湿素子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film moisture sensitive element. More specifically, it relates to a thin film moisture sensitive element having improved moisture sensitive characteristics.

〔従来の技術〕 空気中の相対湿度の制御は、精密工業、食品工業、繊
維工業、ビル管理上などで大変重要であり、それを検知
する感湿素子としては、従来次のような材料を用いたも
のが知られている。
[Prior Art] Control of relative humidity in the air is very important in precision industry, food industry, textile industry, building management, etc. The one used is known.

(1)Se、Ge、Siなどの金属あるいは半導体 (2)Sn、Fe、Tiなどの金属の酸化物 (3)Al2O3などの多孔質金属酸化物 (4)LiClなどの電解質塩 (5)有機または無機材料からなる高分子膜 しかしながら、これらの各種材料を用いた感湿素子
は、いずれも保守が大変であったり、あるいは信頼性や
応答性に問題があるなど、満足される状態にはない。
(1) Metals or semiconductors such as Se, Ge, Si (2) Oxides of metals such as Sn, Fe, Ti (3) Porous metal oxides such as Al 2 O 3 (4) Electrolyte salts such as LiCl ( 5) Polymer film made of organic or inorganic material However, the moisture-sensitive elements using these various materials are in a satisfactory condition such as difficult maintenance or problems in reliability and responsiveness. Not in.

例えば、上記(2)の金属酸化物を用いる場合には、
それの成形にプレスや焼結が行われるが、均質なプレス
が困難であったりあるいは焼成時の割れなどの問題がみ
られる。また、工程中では問題なく成形されても、感質
素子が水分の脱吸着に起因する抵抗変化を利用する性質
上、水分の影響で粒界から破壊が生ずるため、耐久性、
換言すれば信頼性にも問題がある。
For example, when the metal oxide of (2) above is used,
Although pressing and sintering are performed to form it, there are problems such as difficulty in uniform pressing and cracking during firing. In addition, even if molded in the process without any problem, because the sensitive element utilizes the resistance change caused by the desorption of moisture, since the fracture occurs from the grain boundary under the influence of moisture, the durability,
In other words, there is also a problem with reliability.

また、上記(5)の高分子膜を用いた場合には、材料
面では廉価であるものの、溶剤などの薬品による劣化や
信頼性の低下などの問題がみられる。
Further, when the polymer film of the above (5) is used, although it is inexpensive in terms of materials, there are problems such as deterioration due to chemicals such as solvents and deterioration of reliability.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

こうした問題点を避け、特に電極材料として耐食性に
すぐれたものを求めて種々検討を重ねた結果、本出願人
は最初に、絶縁性基板上に好ましくはスパッタリング法
により形成させた耐食性被加工金属薄膜にフォトレジス
トパターンを形成させた後、電解エッチングして得られ
る耐食性くし形電極を湿度センサーに用いることが好適
であることを見出している(特開昭61−148,871号公
報)。
As a result of various investigations in order to avoid such problems and particularly to obtain a material having excellent corrosion resistance as an electrode material, the applicant first found that the corrosion-resistant processed metal thin film formed on the insulating substrate, preferably by the sputtering method. It has been found that it is suitable to use a corrosion-resistant comb-shaped electrode obtained by electrolytically etching after forming a photoresist pattern on the humidity sensor for a humidity sensor (JP-A-61-148,871).

その後、本出願人はかかる耐食性くし形電極を用いた
薄膜感質素子のなお一層の改善を図った結果、絶縁性基
板上に形成させた導電性くし形電極の表面を高分子薄
膜、一般には含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜
で覆い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理すること
により、耐環境性にすぐれ、しかも応答性の良好な薄膜
感湿素を得ることに成功した(特開昭61−200,454号公
報)。
After that, the applicant has made further improvement of the thin film sensitive element using such a corrosion-resistant comb-shaped electrode, and as a result, the surface of the conductive comb-shaped electrode formed on the insulating substrate is a polymer thin film, generally By covering it with a plasma-polymerized film of a nitrogen-containing organosilicon compound and further treating it with an alkyl halide, we succeeded in obtaining a thin film moisture-sensitive element having excellent environmental resistance and good responsiveness. 61-200,454).

このように、応答性のより良好な薄膜感湿素子を得る
ためには、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極
の表面を含窒素有機けい素化合物のプラズマ重合膜で覆
い、更にこれをハロゲン化アルキルで処理するという2
工程を必要としている。
As described above, in order to obtain a thin film moisture-sensitive element having better response, the surface of the conductive comb-shaped electrode formed on the insulating substrate is covered with a plasma-polymerized film of a nitrogen-containing organosilicon compound, and 2 to treat this with an alkyl halide
Needs a process.

そこで、本出願人は、応答性のより良好な薄膜感湿素
子を1工程で得る方法を求めて種々検討した結果、プラ
ズマ重合膜を含窒素有機けい素化合物とハロゲン化炭化
水素またはハロゲン化シランとの混合物から形成させる
ことにより、かかる課題が効果的に解決されることをそ
の後見出したが(特願昭61−74485号(特開昭62−28225
5号および同61−98318号(特開昭62−255860号))、含
窒素有機けい素化合物に代えて有機アミン化合物を用い
ることによっても、同様の結果が得られることをその次
に見出した(特願昭61−104678号(特開昭62−261946
号))。
Therefore, as a result of various investigations by the applicant for a method of obtaining a thin film moisture-sensitive element having better responsiveness in one step, as a result, a plasma-polymerized film was formed using a nitrogen-containing organosilicon compound and a halogenated hydrocarbon or silane. It was subsequently found that such a problem can be effectively solved by forming it from a mixture with (JP-A-62-28225).
5 and 61-98318 (JP-A-62-255860), and it was subsequently found that similar results could be obtained by using an organic amine compound instead of the nitrogen-containing organic silicon compound. (Japanese Patent Application No. 61-104678 (JP-A-62-261946)
issue)).

しかるに、上記の各薄膜感湿素子は、いずれも空気中
の水蒸気量に応じて電気抵抗値が変化するため、この抵
抗値変化を導電性くし形電極より取り出すことで、湿度
を測定する構成となっている。
However, in each of the thin film moisture sensitive elements described above, since the electric resistance value changes in accordance with the amount of water vapor in the air, by taking out the change in the resistance value from the conductive comb-shaped electrode, it is possible to measure the humidity. Has become.

このため、相対湿度(RH)が40%以下では、電気抵抗
値が106Ω以上となり、通常の廉価な測定装置では測定
が困難となる難点がみられた。即ち、上記の各薄膜感湿
素子では、相対湿度の変化を電気抵抗の変化として取り
出すため、低湿度領域での測定を困難としているのであ
る。
For this reason, when the relative humidity (RH) is 40% or less, the electric resistance value becomes 10 6 Ω or more, and it is difficult to measure with a normal inexpensive measuring device. That is, in each of the thin film moisture sensitive elements described above, a change in relative humidity is taken out as a change in electrical resistance, which makes measurement in a low humidity region difficult.

そこで本発明は、相対湿度の変化を電気抵抗としてと
らえるのではなく、広範囲にわたる相対湿度の変化に対
応する静電容量の変化としてとらえ、相対湿度40%以下
の低湿度領域での測定をも可能とさせる薄膜感湿素子を
求めて種々検討の結果、感湿膜として作用するプラズマ
重合膜に下部電極および上部電極をそれぞれ設置し、そ
の上部電極を透湿性のもので形成させることにより、か
かる課題が効果的に解決されることを見出した。
Therefore, the present invention does not catch the change in the relative humidity as an electric resistance, but as the change in the capacitance corresponding to the change in the relative humidity over a wide range, and enables the measurement in the low humidity region of 40% or less of the relative humidity. As a result of various investigations for a thin film moisture sensitive element to be used, a lower electrode and an upper electrode are respectively placed on a plasma polymerized film acting as a moisture sensitive film, and the upper electrode is formed of a moisture permeable material. Has been found to be effectively resolved.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

従って、本発明は感湿特性を向上せしめた薄膜感湿素
子に係り、この薄膜感湿素子は、絶縁性基板上に形成さ
せた下部電極の表面に、好ましくは絶縁性無機薄膜を形
成させた後、有機アミン化合物とハロゲン化炭化水素ま
たはハロゲン化シランとの混合物プラズマ重合膜を形成
させ、該プラズマ重合膜上に透湿性を有する上部電極を
設置してなる。
Therefore, the present invention relates to a thin film moisture sensitive element having improved moisture sensitive characteristics, and this thin film moisture sensitive element preferably has an insulating inorganic thin film formed on the surface of a lower electrode formed on an insulating substrate. After that, a mixture plasma-polymerized film of an organic amine compound and a halogenated hydrocarbon or a silane halide is formed, and a moisture-permeable upper electrode is provided on the plasma-polymerized film.

図面の第1図は、本発明に係る薄膜感湿素子の基本的
な態様を示すそれの斜視図であり、第2図は絶縁性無機
薄膜を設けた態様の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic mode of a thin film moisture sensitive element according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a mode in which an insulating inorganic thin film is provided.

これらの態様にあっては、絶縁性基板1の上面には部
分的にかつ互いに隔離された位置関係で下部電極2およ
び上部電極用取出電極3がそれぞれ形成されており、こ
れらの電極2,3の上面には両者に跨る状態でプラズマ重
合膜4が形成され、このプラズマ重合膜4の上面には上
部電極用取出電極3に延びている透湿性の上部電極5が
形成されている。そして、第2図に示された態様にあつ
ては、プラズマ重合膜4の下面側に絶縁性無機薄膜6が
形成されている。更に、プラズマ重合膜4によって覆わ
れていない下部電極上面および上部電極用取出電極3上
の上部電極上面には、それぞれ半田付けあるいは銀ペー
スト付け7,7′によってリード線8,8′が取り付けられて
いる。
In these modes, the lower electrode 2 and the upper electrode take-out electrode 3 are formed on the upper surface of the insulating substrate 1 so as to be partially and isolated from each other. A plasma-polymerized film 4 is formed on the upper surface of the plasma-polymerized film 4 so as to extend over both of them, and a moisture-permeable upper electrode 5 extending to the upper electrode extraction electrode 3 is formed on the upper surface of the plasma-polymerized film 4. In the embodiment shown in FIG. 2, the insulating inorganic thin film 6 is formed on the lower surface side of the plasma polymerized film 4. Further, lead wires 8 and 8'are attached to the upper surface of the lower electrode not covered with the plasma polymerized film 4 and the upper surface of the upper electrode on the extraction electrode 3 for the upper electrode by soldering or silver paste 7,7 ', respectively. ing.

絶縁性基板としては、一般にガラス,石英、アルミ
ナ、セラミックスなどが用いられるが、感湿素子への温
度追従性が更に良好なことが望まれる場合などには、や
はり本出願人によって提案されているシリコン基板表面
を酸化して形成させた絶縁膜(特開昭61−281,958号公
報)なども用いることができる。
As the insulating substrate, glass, quartz, alumina, ceramics, etc. are generally used, but when the temperature followability to the humidity sensitive element is desired to be further improved, it is also proposed by the present applicant. An insulating film formed by oxidizing the surface of a silicon substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 61-281,958) can also be used.

これらの絶縁性基板上に下部電極および上部電極用取
出電極を形成させるに際しては、まずこれら2つの電極
間間隔に等しい幅の樹脂性粘着テープ、好ましくは耐熱
性粘着テープを、絶縁性基板上の両電極の分離部に相当
する位置に貼り付ける。次に、ステンレススチール、ハ
ステロイC、インコネル、モネル、金などの耐食性金属
や銀、アルミニウムなどの電極形成材料金属をスパッタ
リング法、イオンプレーティング法などにより、約0.1
〜0.5μm程度の厚さの薄膜を形成させる。然る後に、
前記粘着テープを剥離させると、形成された金属薄膜が
下部電極と上部電極用取出電極とに分離される。
In forming the lower electrode and the upper electrode lead-out electrode on these insulating substrates, first, a resin adhesive tape, preferably a heat-resistant adhesive tape, having a width equal to the distance between these two electrodes is formed on the insulating substrate. It is attached to a position corresponding to the separated portion of both electrodes. Next, a corrosion-resistant metal such as stainless steel, Hastelloy C, Inconel, Monel, or gold, or an electrode forming material metal such as silver or aluminum is formed by a sputtering method or an ion plating method to about 0.1.
A thin film having a thickness of about 0.5 μm is formed. After that,
When the adhesive tape is peeled off, the formed metal thin film is separated into a lower electrode and an upper electrode extraction electrode.

これらの電極の形成において、更に素子形状を小型化
し、同一絶縁性基板上に多数の素子を形成せんとする場
合には、これら2つの電極を周知のフォトリソグラフ工
程によって形成させることができる。
In forming these electrodes, when the element shape is further miniaturized and a large number of elements are to be formed on the same insulating substrate, these two electrodes can be formed by a well-known photolithography process.

例えばアルミニウムの場合は、その薄膜上にフォトレ
ジストコーティングを行ない、そこに電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式
化学エッチングが行われるが、エッチング液としては、
リン酸−硫酸−無水クロム酸−水(重量比65:15:5:15)
混合液、BHF(フッ酸系)、塩化第2鉄水溶液、硝酸、
リン酸−硝酸混合液などが用いられる。
In the case of aluminum, for example, a photoresist coating is applied onto the thin film, a glass plate having a negative or positive image of the electrode pattern baked thereon is placed thereon, and baking and development by light irradiation are carried out. After this, wet chemical etching is performed.
Phosphoric acid-sulfuric acid-chromic anhydride-water (weight ratio 65: 15: 5: 15)
Mixed solution, BHF (hydrofluoric acid type), ferric chloride aqueous solution, nitric acid,
A phosphoric acid-nitric acid mixed solution or the like is used.

このようにして、例えばガラス基板上にフォトリソグ
ラフ法を適用することによりあるいはセラミックス基板
上に金ペーストを用いるスクリーン印刷法を適用するこ
とにより、絶縁性基板上に形成された両電極は、更にそ
の表面が感湿特性にすぐれた有機アミン化合物とハロゲ
ン化炭化水素またはハロゲン化シラン混合物のプラズマ
重合膜によって覆われる。
Thus, for example, by applying a photolithographic method on a glass substrate or by applying a screen printing method using a gold paste on a ceramic substrate, both electrodes formed on the insulating substrate are The surface is covered with a plasma polymerized film of a mixture of an organic amine compound and a halogenated hydrocarbon or a silane halide having excellent moisture-sensitive properties.

有機アミン化合物としては、第1〜3アミノ化合物を
用いることができるが、好ましくはアルキル基で置換さ
れた第2〜3アミノ化合物、例えばn−ブチルアミン、
第2ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジメチルエチ
ルアミン、ジエチルアミン、ジメチルアリルアミンなど
の置換モノアミノ化合物、N,N−ジメチル−1,3−プロパ
ンジアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジア
ミンなどの置換ジアミノ化合物、更にはペンタメチレン
イミン、ヘキサメチレンイミンなどのシクロアルキル置
換モノアミノ化合物、N,N′−ジメチルピペラジンなど
のシクロアルキル置換ジアミノ化合物などが用いられ、
これら以外にもジメチルピラゾールなどを用いることが
できる。
As the organic amine compound, primary to tertiary amino compounds can be used, preferably secondary to tertiary amino compounds substituted with an alkyl group, such as n-butylamine,
Substituted monoamino compounds such as secondary butylamine, isopropylamine, dimethylethylamine, diethylamine and dimethylallylamine, substituted diamino such as N, N-dimethyl-1,3-propanediamine and N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine Compounds, further, cycloalkyl-substituted monoamino compounds such as pentamethyleneimine and hexamethyleneimine, cycloalkyl-substituted diamino compounds such as N, N'-dimethylpiperazine are used,
Other than these, dimethylpyrazole and the like can be used.

ハロゲン化炭化水素としては、好ましくはハロゲン化
アルキルが用いられ、ハロゲン置換基は1個またはそれ
以上であり得る。具体的には、臭化メチレン、臭化メタ
ン、トリ臭化メタン、臭化エチレン、ジ臭化エチレン、
臭化プロパン、ジ臭化プロパン、臭化ブタン、ジ臭化ブ
タン、塩化メチレン、臭化塩化メチレン、ヨウ化エチル
などが用いられる。また、ハロゲン化される炭化水素基
は、鎖状不飽和結合あるいは芳香核であってもよい。
As halogenated hydrocarbons preferably alkyl halides are used, the halogen substituents may be one or more. Specifically, methylene bromide, methane bromide, tribromide methane, ethylene bromide, ethylene dibromide,
Propane bromide, propane dibromide, butane bromide, butane dibromide, methylene chloride, methylene bromide chloride, ethyl iodide and the like are used. Further, the halogenated hydrocarbon group may be a chain unsaturated bond or an aromatic nucleus.

ハロゲン化シランとしては、一般式SiX1X2X3X4(ここ
で、X1〜X4はハロゲン原子、水素原子、低級アルキル
基、低級アルケニル基または低級アルキニル基であり、
これらの内の1〜3個はハロゲン原子である)で表わさ
れるものが用いられ、好ましくは低級アルキル置換ハロ
ゲン化シランが用いられる。かかるハロゲン化シランの
いくつかの例を挙げると、次の如くである。
The halogenated silane, the general formula SiX 1 X 2 X 3 X 4 (wherein X 1 to X 4 is a halogen atom, a hydrogen atom, a lower alkyl group, a lower alkenyl group or a lower alkynyl group,
Those in which 1 to 3 of these are halogen atoms) are used, and lower alkyl-substituted halogenated silanes are preferably used. Some examples of such halogenated silanes are as follows.

CH3SiCl3 CH3SiH2Br、CH3SiHBr2 (CH32SiBr2 プラズマ重合は、プラズマ重合装置の形状およびプラ
ズマ発生方式などに応じて、有機アミン化合物を数m〜
数Torrの圧力で、またハロゲン化炭化水素またはハロゲ
ン化シランをやはり数m〜数Torrの圧力で用い、これら
の混合物に放電出力数〜数100Wの電力を供給することに
より行われる。
CH 3 SiCl 3 CH 3 SiH 2 Br, CH 3 SiHBr 2 (CH 3 ) 2 SiBr 2 plasma polymerization is performed by adding an organic amine compound of several meters to several meters depending on the shape of the plasma polymerization apparatus and the plasma generation method.
It is carried out at a pressure of a few Torr, and also using a halogenated hydrocarbon or a halogenated silane at a pressure of a few m to a few Torr, and supplying the mixture with electric power having a discharge output of several 100 W.

具体的には、例えば放電出力が20Wの場合、有機アミ
ン化合物が約0.04〜0.2Torrに対してハロゲン化炭化水
素またはハロゲン化シランが約0.01〜0.1Torrの割合で
用いられる。ハロゲン化炭化水素またはハロゲン化シラ
ンの割合が少なすぎると、プラズマ重合膜中のハロゲン
含有量が減少して感湿特性が悪くなり、一方この割合が
多すぎると、相対的にプラズマ重合膜中の窒素含有量が
少なくなりまた重合膜も硬化するため、やはり感湿特性
が低下する。
Specifically, for example, when the discharge output is 20 W, the halogenated hydrocarbon or silane is used at a ratio of about 0.01 to 0.1 Torr with respect to the organic amine compound of about 0.04 to 0.2 Torr. If the proportion of the halogenated hydrocarbon or the silane halide is too small, the halogen content in the plasma polymerized film decreases and the moisture-sensitive property deteriorates. On the other hand, if the proportion is too large, the relative content in the plasma polymerized film becomes relatively small. Since the nitrogen content decreases and the polymerized film also hardens, the moisture-sensitive property also deteriorates.

このようにして約500〜20000Åの厚さに形成されたプ
ラズマ重合膜の上面には、上部電極用取出電極迄延長さ
れた状態で、上部電極が形成される。上部電極は、耐食
性にすぐれた金または白金から形成されることが好まし
いが、それはプラズマ重合膜に空気中の水蒸気が到達で
きるように透湿性を有することが要求される。
The upper electrode is formed on the upper surface of the plasma polymerized film thus formed to a thickness of about 500 to 20000Å in a state of being extended to the extraction electrode for the upper electrode. The upper electrode is preferably formed of gold or platinum having excellent corrosion resistance, but it is required to have moisture permeability so that water vapor in the air can reach the plasma polymerized film.

このため、上部電極は真空蒸着法によって形成され、
その膜厚も約250Åより薄くなるとポーラスな状態を示
すようになるので、約50〜250Åの範囲に設定すること
が望ましい。なおこのようなポーラスな電極を形成させ
る場合、真空蒸雰囲気中にアルゴン、窒素などの不活性
ガスを微量導入する方法も有効な手段として採られる。
Therefore, the upper electrode is formed by the vacuum evaporation method,
If the film thickness becomes thinner than about 250Å, it becomes porous, so it is desirable to set it in the range of about 50 to 250Å. When forming such a porous electrode, a method of introducing a small amount of an inert gas such as argon or nitrogen into the vacuum vapor atmosphere is also effective means.

また、プラズマ重合膜の下面側に絶縁性無機薄膜を形
成させる場合には、プラズマ重合膜の形成に先立って、
絶縁性、化学的安定性などにすぐれた窒素ケイ素などの
窒化物あるいは酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化タ
ンタルなどの酸化物による薄膜の形成が行われる。
Further, when forming an insulating inorganic thin film on the lower surface side of the plasma polymerized film, prior to the formation of the plasma polymerized film,
A thin film is formed from a nitride such as silicon nitride or an oxide such as silicon oxide, aluminum oxide, and tantalum oxide, which have excellent insulating properties and chemical stability.

これらの薄膜の形成は、従来から用いられている各種
CVD法、スパッタリング法などいずれの方法を用いても
行なうことができるが、基板や電極に与える影響を考慮
した場合、比較的低温で実施されるプラズマCVD法、ス
パッタリング法が適当である。プラズマCVD法の場合の
処理条件の一例を挙げると、次の如くである。
These thin films can be formed by using various conventional
Although any method such as the CVD method and the sputtering method can be used, the plasma CVD method and the sputtering method, which are carried out at a relatively low temperature, are suitable in consideration of the influence on the substrate and the electrodes. An example of processing conditions in the case of the plasma CVD method is as follows.

これらの膜の生成速度は、以上のファクター以外に
も、放電出力やガスの混合比によっても異なるが、一般
的には約20〜200nm/分である。
The production rate of these films is generally about 20 to 200 nm / min, although it varies depending on the discharge output and the gas mixing ratio in addition to the above factors.

このようにして約500〜10000Åの厚さに形成される絶
縁性無機薄膜は、基板上の下部電極面全体を覆うように
一旦は形成されるが、外部リード線との接続部分を露出
させるためには、通常のフォトリソグラフ法によりその
部分の絶縁膜を除去する。
The insulating inorganic thin film thus formed to a thickness of about 500 to 10000Å is once formed so as to cover the entire lower electrode surface on the substrate, but to expose the connection part with the external lead wire. Then, the insulating film in that portion is removed by a normal photolithography method.

即ち、基板面にフォトレジストをコーティングし、上
記接続部分のみが露出するような陽画または陰画を重ね
て密着露光を行ない、現像処理した後、接続部分の絶縁
膜をエッチング除去する。エッチングは、湿式、乾式の
いずれの方法によっても行なうことができるが、電極面
が基板を汚染したり、腐食したりすることのない乾式エ
ッチングによることが好ましい。乾式エッチングとして
は、一般的に用いられているプラズマエッチング法、反
応性イオンエッチング法などが用いられる。プラズマエ
ッチングの場合には、例えば約5〜10%の酸素を含有す
るCF4をエッチングガスとして用い、圧力約0.1〜10Tor
r、電力約50〜400Wの高周波(13.56MHz)を用いて行わ
れ、そのエッチング速度は相手材によっても異なるが、
相手材がSiNやSiOの場合には、一般に約50〜400Å/分
である。
That is, a photoresist is coated on the surface of the substrate, a positive image or a negative image is exposed so that only the connecting portion is exposed, contact exposure is performed, and after development processing, the insulating film at the connecting portion is removed by etching. The etching may be performed by either a wet method or a dry method, but it is preferable that the dry etching is performed so that the electrode surface does not contaminate or corrode the substrate. As the dry etching, a commonly used plasma etching method, reactive ion etching method, or the like is used. In the case of plasma etching, for example, CF 4 containing about 5 to 10% oxygen is used as an etching gas, and the pressure is about 0.1 to 10 Torr.
r, high frequency (13.56MHz) with power of about 50-400W, the etching rate varies depending on the mating material,
When the mating material is SiN or SiO, it is generally about 50 to 400Å / min.

〔作用〕および〔発明の効果〕 本発明に係る薄膜感湿素子にあっては、プラズマ重合
膜から形成される感湿膜を対抗電極として作用する上部
および下部電極が挟み込み、感湿膜を誘電体とするコン
デンサがそこに形成されるので、相対湿度によって変化
するプラズマ重合膜の誘電率を静電容量の変化として検
出することができるようになる。
[Operation] and [Effect of the Invention] In the thin film moisture-sensitive element according to the present invention, the moisture-sensitive film formed of the plasma-polymerized film is sandwiched by the upper and lower electrodes that act as counter electrodes, and Since the body capacitor is formed there, it becomes possible to detect the dielectric constant of the plasma polymerized film, which changes depending on the relative humidity, as a change in capacitance.

このため、広い湿度領域にわたり相対湿度の変化に対
応して静電容量値が変化するため、低湿度領域から高湿
度領域迄広範囲での湿度の測定を可能とする。また、こ
の際、プラズマ重合モノマーの種類および混合比、供給
電力などを種々変更することにより、静電容量値を制御
することもできる。
For this reason, the capacitance value changes in response to changes in relative humidity over a wide humidity range, so that it is possible to measure humidity in a wide range from a low humidity range to a high humidity range. Further, at this time, the capacitance value can be controlled by variously changing the type and mixing ratio of the plasma-polymerized monomer, the supplied power, and the like.

更に、下部電極上に絶縁性無機薄膜を形成させた場合
には、上部および下部電極間に絶縁不良が生じ難く、相
対湿度に対する静電容量値の関係を示すグラフの直線性
が著しく改善されるという効果を奏する。
Furthermore, when an insulating inorganic thin film is formed on the lower electrode, insulation failure is less likely to occur between the upper and lower electrodes, and the linearity of the graph showing the relationship of the capacitance value with respect to relative humidity is significantly improved. Has the effect.

〔実施例〕〔Example〕

次に、実施例について本発明を説明する。 Next, the present invention will be described with reference to examples.

実施例1 絶縁性基板としてガラスプレートを用い、その面上で
下部電極と上部電極用取出電極との分離部に相当する個
所に、幅2mmの耐熱粘着テープを貼り付けた。次に、こ
の面にクロムおよび金をそれぞれ300Åおよび700Åの膜
厚で真空蒸着させた後、粘着テープを剥すことにより、
蒸着膜を下部電極と上部電極用取出電極とに分離形成さ
せた。
Example 1 A glass plate was used as an insulating substrate, and a heat-resistant adhesive tape having a width of 2 mm was attached to the surface of the glass plate at a position corresponding to a separation portion between the lower electrode and the upper electrode extraction electrode. Next, after vacuum-depositing chromium and gold on this surface with a film thickness of 300 Å and 700 Å respectively, by peeling the adhesive tape,
The vapor-deposited film was separately formed on the lower electrode and the extraction electrode for the upper electrode.

このようにして形成されたガラスプレート面上の電極
上に、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン
(0.07Torr)と臭化メチレン(0.01Torr)とのモノマー
混合物を用い、放電出力40W、時間30分間、温度30℃の
条件下でプラズマ重合を行なった。
On the electrode thus formed on the surface of the glass plate, using a monomer mixture of N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (0.07 Torr) and methylene bromide (0.01 Torr), discharge output Plasma polymerization was carried out under the conditions of 40 W, 30 minutes and 30 ° C. temperature.

形成された厚さ約5000Åのプラズマ重合膜上に、上部
電極寸法に相当する窓を開けたステンレス鋼板製蒸着マ
スク(厚さ0.4mm)を重ね、そこに金をマスクごしに真
空蒸着して上部電極を形成させた。このときの金蒸着膜
の厚さは、上部電極に透湿性を持たせるためその厚さを
200Åとした。
On the formed plasma polymerized film with a thickness of about 5000 Å, a stainless steel plate evaporation mask (0.4 mm thick) with a window corresponding to the upper electrode size was overlaid, and gold was vacuum evaporated through the mask there. The upper electrode was formed. At this time, the thickness of the gold vapor-deposited film should be adjusted to give the upper electrode moisture permeability.
It was 200Å.

下部電極面および上部電極用取出電極面のプラズマ重
合膜を形成させなかった面に、それぞれ銀ペースト付け
によりリード線を接続させて湿度センサを構成させ、こ
れを温湿度試験器に入れ、電圧1V、温度30℃、周波数12
0〜10KHzの測定条件下で、LCRメーターによる勝湿特性
の評価を行なった。相対湿度に対する静電容量値として
示される測定結果は、第3図のグラフに示される。
Humidity sensors are constructed by connecting lead wires to the surfaces of the lower electrode surface and the surface of the extraction electrode for the upper electrode where the plasma polymerized film was not formed, by connecting silver paste to each, and put this in a temperature / humidity tester and apply a voltage of 1V. , Temperature 30 ℃, frequency 12
Under the measurement condition of 0 to 10 KHz, the LCR meter was used to evaluate the winning humidity characteristics. The measurement result shown as a capacitance value with respect to relative humidity is shown in the graph of FIG.

実施例2 実施例1において、プラズマ重合膜の形成に先立っ
て、下部電極および上部電極用取出電極の両電極上に、
下記条件に従ってプラズマCVD法を適用し、絶縁性SiN薄
膜(膜厚約5000〜6000Å)を形成させた。
Example 2 In Example 1, prior to the formation of the plasma polymerized film, on both electrodes of the lower electrode and the extraction electrode for the upper electrode,
The plasma CVD method was applied according to the following conditions to form an insulating SiN thin film (film thickness of about 5000 to 6000Å).

ガ ス:SiH4 15SCCM NH3 30SCCM N2 150SCCM 圧 力:0.5Torr 基板温度:250℃ 放電出力:150W 時 間:20分間 その後、上記絶縁膜によって覆われた電極の内、外部
リード線との接合部となる部分の絶縁膜を選択的に除去
するため、乾式エッチング法の一種であるプラズマエッ
チングを下記のようにして行なった。
Gas: SiH 4 15SCCM NH 3 30SCCM N 2 150SCCM Pressure: 0.5Torr Substrate temperature: 250 ° C Discharge output: 150W Time: 20 minutes After that, the electrode covered with the above insulating film is connected to an external lead wire. In order to selectively remove the insulating film in the portion to be a portion, plasma etching, which is a kind of dry etching method, was performed as follows.

まず、基板上にポジタイプのフォトレジストをコーテ
ンィグし、リード線接合部分の絶縁膜が露出するような
陽画を有するフォトマスクを重ね、紫外線による密着露
光を行ない、絶縁膜を下記プラズマエッチング条件でエ
ッチングし、その後レジストを溶解除去した。
First, coat a positive type photoresist on the substrate, overlay a photomask with a positive image so that the insulating film at the lead wire junction is exposed, perform contact exposure with ultraviolet light, and etch the insulating film under the following plasma etching conditions. Then, the resist was dissolved and removed.

ガ ス:5%の酸素を含むCF4 90SCCM 圧 力:0.5Torr 放電出力:200W 時 間:12分間 このようにして形成された絶縁性無機薄膜上へのプラ
ズマ重合膜の形成以降の工程は、実施例1と同様に行わ
れた得られた湿度センサについての感湿特性の評価(周
波数120Hz)が実施例1と同様に行われ、その結果は第
4図のグラフに示されている。
Gas: CF 4 90SCCM containing 5% oxygen Pressure: 0.5 Torr Discharge output: 200 W Time: 12 minutes The steps after the formation of the plasma polymerized film on the insulating inorganic thin film thus formed are Evaluation of the humidity sensitivity characteristics (frequency: 120 Hz) of the obtained humidity sensor, which was performed in the same manner as in Example 1, was performed in the same manner as in Example 1, and the result is shown in the graph of FIG.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1〜2図は、それぞれ本発明に係る薄膜感湿素子の一
態様の斜視図である。また、第3〜4図は、それぞれ実
施例1〜2で得られた湿度センサの感湿特性を示すグラ
フである。 (符号の説明) 1……絶縁性基板 2……下部電極 3……上部電極用取出電極 4……プラズマ重合膜 5……上部電極 6……絶縁性無機薄膜
1 and 2 are perspective views of an embodiment of the thin film moisture sensitive element according to the present invention. Further, FIGS. 3 to 4 are graphs showing the moisture sensitivity characteristics of the humidity sensors obtained in Examples 1 and 2, respectively. (Explanation of symbols) 1 ... Insulating substrate 2 ... Lower electrode 3 ... Extraction electrode for upper electrode 4 ... Plasma polymerized film 5 ... Upper electrode 6 ... Insulating inorganic thin film

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁性基板上に形成させた下部電極の表面
に有機アミン化合物とハロゲン化炭化水素またはハロゲ
ン化シランとの混合物プラズマ重合膜を形成し、該プラ
ズマ重合膜上面に透湿性を有する上部電極を設置してな
る薄膜感湿素子。
1. A plasma polymerized film of a mixture of an organic amine compound and a halogenated hydrocarbon or a silane halide is formed on the surface of a lower electrode formed on an insulating substrate, and the upper surface of the plasma polymerized film has moisture permeability. A thin film moisture sensitive element with an upper electrode installed.
【請求項2】有機アミン化合物がアルキル置換アミノ化
合物である特許請求の範囲第1項記載の薄膜感湿素子。
2. The thin film moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the organic amine compound is an alkyl-substituted amino compound.
【請求項3】ハロゲン化炭化水素がハロゲン化低級アル
キルまたはハロゲン化低級アルケニルである特許請求の
範囲第1項記載の薄膜感湿素子。
3. The thin film moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the halogenated hydrocarbon is a lower alkyl halide or a lower alkenyl halide.
【請求項4】ハロゲン化シランが低級アルキル置換ハロ
ゲン化シランである特許請求の範囲第1項記載の薄膜感
湿素子。
4. The thin film moisture-sensitive element according to claim 1, wherein the halogenated silane is a lower alkyl-substituted halogenated silane.
【請求項5】透湿性を有する上部電極が、厚さ約250Å
以下の貴金属真空蒸着膜によって形成されている特許請
求の範囲第1項記載の薄膜感湿素子。
5. The moisture permeable upper electrode has a thickness of about 250Å
The thin film moisture sensitive element according to claim 1, which is formed of the following noble metal vacuum deposited film.
【請求項6】絶縁性基板上に形成させた下部電極の表面
に、絶縁性無機薄膜および有機アミン化合物とハロゲン
化炭化水素またはハロゲン化シランとの混合物プラズマ
重合膜を順次形成させ、該プラズマ重合膜上面に透湿性
を有する上部電極を設置してなる薄膜感湿素子。
6. A plasma-polymerized film of a mixture of an insulating inorganic thin film and an organic amine compound and a halogenated hydrocarbon or a halogenated silane is sequentially formed on the surface of a lower electrode formed on an insulating substrate, and the plasma polymerization is performed. A thin film moisture sensitive element having a moisture permeable upper electrode provided on the upper surface of the film.
【請求項7】絶縁性無機薄膜がプラズマCVD法またはス
パッタリング法により形成された窒化物膜または酸化物
膜である特許請求の範囲第6項記載の薄膜感湿素子。
7. The thin film moisture sensitive element according to claim 6, wherein the insulating inorganic thin film is a nitride film or an oxide film formed by a plasma CVD method or a sputtering method.
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