JP4229885B2 - 容量式物理量検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、湿度等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関するものである。

従来、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を一対の電極間に介在させてなる容量式湿度センサとして、本出願人は先に特許文献１を開示している。

この容量式湿度センサは、センサ部として、基板の同一平面に櫛歯型に形成した一対の電極と、一対の電極を覆うように形成された感湿膜を有している。また、微小な容量変化を感度良く検出するために、スイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換部を有している。従って、湿度変化に伴って感湿膜の比誘電率が変化し、一対の電極間の容量が変化すると、この容量変化をＣ−Ｖ変換部で電圧に変換し、センサ出力として出力する。これにより湿度が検出される。
特開２００２−２４３６９０号公報

しかしながら、上記構成において、一対の電極間に介在させた感湿膜に、温度による吸放湿特性の違い（すなわち温度特性）がある場合、センサ部の容量変化にも温度特性（感度の温度特性）が現れることとなる。すなわち、温度に応じてセンサ出力に特性の違いが生じる。

この温度特性を補正するには、例えばＣ−Ｖ変換部の後段に、温度に応じて変化する調整電圧を生成する補正回路部を設けることで、上記温度特性によるずれを調整する構成が考えられる。しかしながら、温度特性を有する調整電圧を生成するためには、回路構成の複雑な補正回路部を別途設ける必要があるので、チップ面積が増加し、コストが増加するという問題がある。また、複雑なデジタル信号処理により温度特性を補正することも可能であるが、この場合もコストが増加する。

本発明は上記問題点に鑑み、簡素な構成で、センサ部の温度特性を補正できる容量式物理量検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１〜６に記載の発明は、物理量の変化に応じて容量が変化するセンサ部と、センサ部の容量変化を電圧に変換するスイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換部とを備える容量式物理量検出装置に関するものである。

請求項１に記載の発明では、Ｃ−Ｖ変換部が、演算増幅器と、当該演算増幅器の入出力端子間に設けられた帰還コンデンサと、当該帰還コンデンサに並列に接続されたスイッチ手段を有し、帰還コンデンサは、離間して対向配置された一対の帰還電極間に、所定の温度特性を有する容量調整膜を介在させてなり、センサ部の温度特性（感度の温度特性）を補正するように、帰還コンデンサの帰還容量が温度に応じて変化することを特徴とする。

ここで、センサ部の容量変化を電圧に変換するスイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換部を備える容量式物理量検出装置において、Ｃ−Ｖ変換後の電圧Ｖｓは次式で示すことができる。

（数１） Ｖｓ＝ΔＣ／Ｃｆ×Ｖ＋Ｖｒ
尚、ΔＣ：物理量の変化によるセンサ部の容量変化量、Ｃｆ：帰還コンデンサの帰還容量、Ｖ：センサ部の駆動電圧、Ｖｒ：演算増幅器の非反転入力端子に印加される基準電圧である。

センサ部に温度特性がある場合、物理量に変化が無くとも数式１におけるΔＣが温度に応じて変化することとなる。しかしながら本発明によると、帰還コンデンサの帰還容量Ｃｆが、センサ部の温度特性を補正するように、温度に応じて変化する。従って、Ｃ−Ｖ変換部の後段に複雑な構成の補正回路部を別途設けなくとも良いので、簡素な構成で、センサ部の温度特性を補正することができる。

この場合、容量調整膜としては、センサ部の温度特性を補正するような温度特性を有し、且つ、物理量（湿度）の変化にともなって比誘電率が変化しないか、変化しても変化量が極小のものを適用することができる。

例えば湿度を検出する構成としては、請求項２に記載のように、センサ部は、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、一対の検出電極及び一対の検出電極間を覆うように基板上に設けられ、温度特性を有する感湿膜と、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の参照電極とを備え、帰還コンデンサは、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の帰還電極と、一対の帰還電極及び一対の帰還電極間を覆うように基板上に設けられた容量調整膜とを備える構成としても良い。

湿度を検出する構成の場合、容量調整膜としては、請求項３に記載のように、透湿性とともに所定の温度特性を有する透湿膜を適用しても良いし、請求項４に記載のように、所定の温度特性を有する感湿膜と、当該感湿膜上に設けられた非透湿性を有する非透湿膜からなる容量調整膜を適用しても良い。

尚、請求項５に記載のように、一対の検出電極、一対の参照電極、及び一対の帰還電極は、それぞれ櫛歯状に設けられていることが好ましい。このように櫛歯状の電極構成とすると、対向面積を大きくできるので、電極間の容量の変化量を大きくすることができる。

また、請求項６に記載のように、基板は半導体基板であり、検出電極、参照電極、及び帰還電極との間に第１絶縁膜を備え、検出電極と感湿膜との間及び帰還電極と容量調整膜との間に第２絶縁膜を備える構成とすると良い。

基板には、ガラス基板等の絶縁基板を用いることが可能であるが、絶縁膜を備える半導体基板を用いることで、半導体プロセスを活用することができる。従って、製造コストを低減することができる。また、第２の絶縁膜により検出電極及び帰還電極の腐食を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。尚、本実施形態においては、容量式物理量検出装置として、容量式湿度センサを例にとり説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態における容量式湿度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。尚、図１（ａ）においては、便宜上、センサ部において、電極及び配線の一部を透過させて図示し、回路部を省略して図示している。

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

検出電極３１，３２の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、図１（ａ）に示されるように、それぞれの検出電極３１，３２の形状として櫛歯形状を採用している。このように櫛歯形状とすると、検出電極３１，３２の配置面積を小さくしつつ、互いに対向する面積を大きくすることができる。これにより、周囲の湿度変化に伴って変化する検出電極３１，３２間の静電容量の変化量が大きくなり、容量式湿度センサ１００の感度が向上する。

検出電極３１，３２は、例えばアルミ、銅、金、白金、ｐｏｌｙｓｉ等の配線材料を半導体基板１０上に蒸着やスパッタリング等の手法によって付着させ、その後、フォトリソグラフィー処理により、櫛歯状パターンにパターニングすることによって形成される。本実施形態において、検出電極３１，３２はアルミを用いて形成されている。

また、検出電極３１，３２に隣接して、一対の参照電極３３，３４が、酸化シリコン膜２０上の同一平面において、離間して対向配置されている。この参照電極３３，３４は、検出電極３１，３２と同一の材料を用いて、同一パターンに形成されている。

そして、検出電極３１，３２及び参照電極３３，３４を覆うように、半導体基板１０上に保護膜として窒化シリコン膜４０が形成される。この窒化シリコン膜４０は、例えばプラズマＣＶＤ法等により、半導体基板１０上の各部において同じ厚さをもつように堆積形成される。但し、検出電極３１，３２及び参照電極３３，３４に水分に対する耐食性がある場合には、保護膜（窒化シリコン膜４０）を形成しなくとも良い。尚、図１（ａ）においては、便宜上、窒化シリコン膜を省略している。

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

このように構成される容量式湿度センサ１００において、感湿膜５０中に水分が浸透すると、水分は比誘電率が大きいため、その浸透した水分量に応じて、感湿膜５０の比誘電率が変化する。その結果、感湿膜５０を誘電体の一部として検出電極３１，３２によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。それに対し、参照電極３３，３４には感湿膜５０が設けられていないため、参照電極３３，３４によって構成されるコンデンサの静電容量は、変化しないか、変化しても僅かである。感湿膜５０内に含まれる水分量は、容量式湿度センサ１００の周囲の湿度に対応するため、検出電極３１，３２間の静電容量と参照電極３３，３４間の静電容量との容量差から湿度を検出することができる。尚、上述した構成の部位が、特許請求の範囲で示したセンサ部６０であり、検出電極３１，３２及び感湿膜５０を含む部位が検出部６１、参照電極３３，３４を含む部位が参照部６２である。

尚、図１（ａ）に示すように、検出電極３１，３２及び参照電極３３，３４には、その端部に外部接続端子としてのパッド３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａがそれぞれ形成されており、当該パッド３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａを介して、後述するＣ−Ｖ変換回路等を含む回路部７０と電気的に接続されている。回路部７０は、図１（ｂ）で示すように、ＣＭＯＳトランジスタ７１等から構成されており、センサ部６０における容量変化は、この回路部７０で信号処理される。尚、図１（ａ）において、区別するために回路部７０にハッチングを施している。

このように、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、センサ部６０及びＣＭＯＳトランジスタ７１等からなる回路部７０が、同一の半導体基板１０に集積化されており、小型化された容量式湿度センサ１００となっている。また、容量式湿度センサ１００は、通常の半導体製造ラインで製造可能な材料にて構成されており、安価な容量式湿度センサ１００となっている。

次いで、本実施形態における容量式湿度センサ１００の検出回路の一例を図２に示す。本実施形態の容量式湿度センサ１００における回路部７０は、スイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換回路８０を有する。

Ｃ−Ｖ変換回路８０は、演算増幅器８１、容量値Ｃｆを有する帰還コンデンサ８２、及びスイッチ８３から構成される。そして、検出部６１を構成する検出電極３１，３２間に生じる容量値Ｃ１に比例する電荷と、参照部６２を構成する参照電極３３，３４間に生じる容量値Ｃ２に比例する電荷との差の電荷を、帰還コンデンサ８２蓄積し電圧に変換して出力するものである。

演算増幅器８１の反転入力端子は、パッド３１ａ，３４ａを介して検出電極３１及び参照電極３４に接続されており、反転入力端子と出力端子と間には、帰還コンデンサ８２及びスイッチ８３が並列に接続されている。また、非反転入力端子に対して、基準電圧Ｖｒを印加する基準電圧発生回路９０が接続されている。

また、回路部７０は駆動電圧発生回路９１を有しており、この駆動電圧発生回路９１はパッド３２ａから一定振幅（０〜Ｖ）で周期的に変化する搬送波Ｐ１を検出部６１の検出電極３２に入力し、パッド３３ａから、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅である搬送波Ｐ２を参照部６２の参照電極３３に入力する。

また、スイッチ８３は駆動電圧発生回路９１からのクロック信号に同期して生成されるトリガ信号によりオン／オフされ、例えば図３に示すように、搬送波Ｐ１の立ち上がりタイミング（搬送波Ｐ２の立ち下がりタイミング）で一定時間（搬送波Ｐ１の１／２周期より短い時間）だけオンするように設定される。

図３に示すように、検出期間Ｔ１において、スイッチ８３がオンされると帰還コンデンサ８２が放電され、基準電圧Ｖｒにリセットされる。続いてスイッチ８３をオフし、リセット動作を完了させる。次に、搬送波Ｐ１，Ｐ２を反転させると検出電極３１，３２間と参照電極３３，３４間から電荷（Ｃ１−Ｃ２）×Ｖが放出され、この電荷が帰還コンデンサ８２に蓄積される。尚、図３は、検出回路に対するタイミングチャートの一例を示す図である。従って、演算増幅器８１の出力端子に、基準電圧Ｖｒを基準として、センサ部６０の容量差（Ｃ１−Ｃ２）と振幅Ｖに応じた電圧Ｖｓが生じる。この電圧Ｖｓは次式で示される。

（数２） Ｖｓ＝（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃｆ×Ｖ＋Ｖｒ
このとき、周囲の湿度変化に応じて、参照部６２の容量値Ｃ２は変化しないか、変化しても僅かであり、検出部６１の容量値Ｃ１は変化する。従って、数式２に示される電圧Ｖｓを検出することにより、湿度を検出することができる。尚、この電圧Ｖｓは、この後、増幅回路やローパスフィルタ等を備えた図示されない信号処理回路にて信号処理され、湿度検出信号として検出される。

ここで、容量式湿度センサ１００のように、検出電極３１，３２間に感湿膜５０を介在させることで容量を形成しており、感湿膜５０の比誘電率の変化による容量変化を検出している。従って、感湿膜５０に温度による吸放湿特性の違い（すなわち温度特性）がある場合、検出部６１の容量変化、すなわち、センサ部６０の容量変化にも温度特性（感度の温度特性）が現れることとなる。この場合、温度に応じてセンサ出力に特性の違いが生じる。

例えば、図４に示すように、センサ部６０は２５℃において、０％ＲＨから１００％ＲＨへの変化で１ｐＦの容量変化があり、５０００ｐｐｍ／℃（すなわち０．１ｐＦ／２０℃）の温度特性があるものとする。このとき、Ｃｆ＝５．０ｐＦ、Ｖｒ＝２．５Ｖ、Ｖ＝５．０Ｖとすると、例えば５℃及び４５℃における容量変化は、２５℃に対して１００％ＲＨで０．１ｐＦのずれが生じる。図４は、センサ部６０の温度特性を示す図である。

そこで、本実施形態においては、センサ部６０の温度特性を、Ｃ−Ｖ変換回路８０を構成する帰還コンデンサ８２の帰還容量Ｃｆで補正するように構成している。例えば、図４に示すセンサ部６０の温度特性を補正するためには、数式２に示す関係から、図５に示すように、０．５ｐＦ／２０℃の温度特性を帰還容量Ｃｆに持たせれば良い。図５は、センサ部６０の温度特性を補正する、帰還容量Ｃｆの温度特性を示す図である。

具体的には、帰還容量Ｃｆに所定の温度特性を持たせるために、帰還コンデンサ８２を、離間して対向配置された一対の帰還電極に、所定の温度特性を有する容量調整膜を介在させる構成としている。尚、容量調整膜としては、センサ部６０の温度特性を補正するような温度特性を有し、且つ、湿度の変化にともなって容量調整膜自体の比誘電率が変化しないか、変化しても変化量が極小のものを適用することが好ましい。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態における帰還電極８２ａ，８２ｂは、酸化シリコン膜２０上の同一平面において、離間して対向配置されている。図６は帰還コンデンサ８２の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。この帰還電極８２ａ，８２ｂは、検出電極３１，３２と同一の材料を用いて、同一パターンに形成されている。また、帰還電極８２ａ，８２ｂを覆うように、半導体基板１０上に保護膜として窒化シリコン膜４０が形成されており、窒化シリコン膜４０上に、帰還電極８２ａ，８２ｂ及び帰還電極８２ａ，８２ｂ間を覆うように、容量調整膜として、例えばシリコンゲルからなる透湿膜８２ｃが形成されている。

この透湿膜８２ｃは、透湿性を有しつつ、所定の温度特性を有するように調整されており、これにより、帰還容量Ｃｆはセンサ部６０の温度特性を打ち消すように、温度に応じてその容量値が変化する。

従って、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００は、センサ１００を形成する半導体プロセスにより、Ｃ−Ｖ変換回路８０を構成する帰還コンデンサ８２に温度特性を有する透湿膜８２ｃを設けるだけであるので、簡素なアナログ構成でありながら、センサ部６０の温度特性（感度の温度特性）を補正することができる。

本実施形態においては、特に、検出部６１の構成において、感湿膜５０を透湿膜８２ｃに置き換えただけであるので、構成を簡素化できる。

尚、容量調整膜としては、透湿膜８２ｃに限定されるものではない。例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、容量調整膜を、帰還電極８２ａ，８２ｂ及び帰還電極８２ａ，８２ｂ間を覆うように設けられる感湿膜５０と、当該感湿膜５０上に設けられる非透湿性を有する非透湿膜８２ｄとにより構成しても良い。この場合、センサ部６０が温度特性を有する原因である感湿膜５０を適用し、湿度によって帰還容量Ｃｆが変化しないように、例えば酸化シリコン膜や窒化シリコン膜（本実施形態においては窒化シリコン膜）からなる非透湿膜８２ｄで被覆している。従って、より精度良く温度特性を補正することができる。尚、帰還コンデンサ８２を構成する感湿膜として、検出部６１の感湿膜５０と異なるものを適用しても良いが、同一のものを適用すると、温度特性も同一であり、構成が簡素化されるのでより好ましい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図８，９に基づいて説明する。図８は、図４に示すセンサ部６０の温度特性を補正する、基準電圧の温度特性を示す図である。図９は、基準電圧Ｖｒに所定の温度特性を持たせるための、基準電圧発生回路９０の構成例を示す図である。

第２の実施形態における容量式湿度センサ１００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、基準電圧Ｖｒによって、センサ部６０の温度特性を補正するよう構成した点である。

本実施形態においては、センサ部６０の温度特性を、Ｃ−Ｖ変換回路８０を構成する演算増幅器８１の非反転入力端子に印加される基準電圧Ｖｒによって補正するよう構成している。例えば、第１の実施形態で示した図４に示すセンサ部６０の温度特性を補正するためには、数式２に示す関係から、図８に示すように、０．１Ｖ／２０℃の温度特性を基準電圧Ｖｒに持たせれば良い。

具体的には、図９に示すように、基準電圧Ｖｒを生成する基準電圧発生回路９０を、所定の温度係数を有する可変抵抗９０ａと温度依存性の無い抵抗９０ｂとを直列に接続し、両抵抗９０ａ，９０ｂ間に電源電圧Ｖｄｄを印加することにより、中点電位として温度に応じて変化する基準電圧Ｖｒが生成されるよう構成した。

このように、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００も、簡素なアナログ構成でありながら、センサ部６０の温度特性（感度の温度特性）を補正することができる。

尚、抵抗９０ｂは、温度依存性のないものに限定されるものではない。抵抗９０ｂとして、抵抗９０ａと異なる温度依存性を有する抵抗であっても、抵抗９０ａ，９０ｂ間に温度係数差を作ることができ、中点電位に温度依存性を持たせることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を、図１０，１１に示す容量式湿度センサ１０の断面図に基づいて説明する。図１０は、図４に示すセンサ部６０の温度特性を補正する、駆動電圧の温度特性を示す図である。図１１は、駆動電圧Ｖに所定の温度特性を持たせるための、駆動電圧発生回路９１の構成例を示す図である。

第３の実施形態における容量式湿度センサ１００は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

第３の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、駆動電圧Ｖによって、センサ部６０の温度特性を補正するよう構成した点である。

本実施形態においては、センサ部６０の温度特性を、センサ部６０に印加される駆動電圧Ｖ（搬送波Ｐ１，Ｐ２）によって補正するよう構成する。しかしながら、数式２に示す関係から、駆動電圧Ｖは、センサ部６０の温度特性、すなわち、容量変化ΔＣ（Ｃ１−Ｃ２）の温度特性に対して反比例の関係（Ｖ＝ａ／ΔＣ（ａ：定数））にある。従って、帰還容量Ｃｆ、基準電圧Ｖｒとは異なり、駆動電圧Ｖの温度特性は、図１０に示すような曲線（破線で図示）となる。

しかしながら、曲線で補正しようとすると、駆動電圧発生回路９１の回路構成が複雑となる。そこで本実施形態においては、図１０に示すように、所望の温度特性曲線を傾きの異なる直線（実線で図示）を繋げて近似することにより、センサ部６０の温度特性を、簡素な構成で補正するよう構成する。

具体的には、図１１に示すように、駆動電圧Ｖを生成する駆動電圧発生回路９１を、温度係数の異なる複数の可変抵抗９１ａ，９１ｂと、温度センサ９１ｃからのセンサ信号に基づいて、複数の可変抵抗９１ａ，９１ｂの中から電源電圧Ｖｄｄに接続される可変抵抗９１ａ，９１ｂを選択する選択手段９１ｄ〜９１ｆとを有し、選択手段９１ｄ〜９１ｆにより選択された可変抵抗９１ａ（９１ｂ）と温度依存性の無い抵抗９１ｇとの中点電位として、温度に応じて変化する駆動電圧Ｖが生成されるよう構成した。

より具体的には、２つの可変抵抗９１ａ，９１ｂと抵抗９１ｇとの接続が、所定の温度を境にして切り替わるように、温度センサ９１ｃは選択手段９１ｄ〜９１ｆに対して、上記所定の温度より低い場合にはＬＯＷ信号を出力し、高い場合にはＨＩ信号を出力する。
選択手段は、２つのトランジスタ９１ｄ，９１ｅと、インバータ９１ｆを有し、可変抵抗９１ａに接続されるトランジスタ９１ｅには直接センサ信号が伝達され、可変抵抗９１ｂに接続されるトランジスタ９１ｆには、インバータ９１ｄにて反転された信号（例えばＬＯＷ信号を受けた場合にはＨＩ信号を出力）が伝達されるように構成されている。従って、温度センサ９１ｃによるセンサ信号がＬＯＷ信号の場合、トランジスタ９１ｄはオフとなり、トランジスタ９１ｅはオンとなる。すなわち、可変抵抗９１ｂと抵抗９１ｇとの間に電源電圧Ｖｄｄが印加され、その中点電位が駆動電圧Ｖとして出力される。また、温度センサ９１ｃによるセンサ信号がＨＩ信号の場合、トランジスタ９１ｄはオンとなり、トランジスタ９１ｅはオフとなる。すなわち、可変抵抗９１ａと抵抗９１ｇとの間に電源電圧Ｖｄｄが印加され、その中点電位が駆動電圧Ｖとして出力される。従って、所定の温度を境にして、所望の温度特性曲線を傾きの異なる直線を繋げて近似することができる。

このように、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００も、簡素なアナログ構成でありながら、センサ部６０の温度特性（感度の温度特性）を補正することができる。

また、本実施形態においては、２つの可変抵抗９１ａ，９１ｂを切り替えることにより、直線近似する例を示した。しかしながら、可変抵抗は２個に限定されるものではない。

また、本実施形態においても、第２の実施形態で示した抵抗９０ｂ同様、抵抗９１ｇがして、可変抵抗９１ａ，９１ｂと異なる温度依存性を有する抵抗であっても、抵抗９１ａ，９１ｇ間（或いは抵抗９１ｂ，９１ｇ間）に温度係数差を作ることができ、中点電位に温度依存性を持たせることができる。

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

本実施形態においては、容量式物理量検出装置として、容量変化に基づいて湿度を検出する容量式湿度センサ１００の例を示した。しかしながら、それ以外にも、加速度、角速度、圧力等の物理量を、容量変化に基づいて検出する構成であって、容量変化を電圧に変換するスイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換回路８０を備え、温度に応じてセンサ出力が変化するものであれば、本発明の適用が可能である。

また、本実施形態において、シリコンからなる半導体基板１０を基板として採用し、酸化シリコン膜２０を介して、半導体基板１０上に検出電極３１，３２、参照電極３３，３４、及び帰還電極８２ａ，８２ｂが形成される例を示した。このように基板として半導体基板１０を用いると、一般的な半導体プロセスにより、容量式湿度センサ１００を形成することができるので、製造コストを低減することができる。しかしながら、基板としては、ガラス基板等の絶縁基板を適用することも可能である。

また、保護膜としての窒化シリコン膜４０上に感湿膜５０を形成する例を示した。しかしながら、窒化シリコン膜４０を形成しない場合には、酸化シリコン膜２０上に感湿膜５０を形成することも可能である。また、基板がガラス基板等の無機絶縁基板の場合には、絶縁基板上に直接感湿膜５０を形成することも可能である。

また、本実施形態においては、検出電極３１，３２、参照電極３３，３４、及び帰還電極８２ａ，８２ｂが櫛歯構造の電極である例を示した。しかしながら、容量を形成する電極の構造は上記例に限定されるものではない。例えば所謂並行平板型の構造としても良い。

また、基準電圧発生回路９０及び駆動電圧発生回路９１の構成は、上記例に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態における容量式湿度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。 検出回路を示すブロック図である。 検出回路に対するタイミングチャートの一例を示す図である。 センサ部の温度特性を示す図である。 センサ部の温度特性を補正する、帰還容量の温度特性を示す図である。 帰還コンデンサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。 帰還コンデンサの変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における断面図である。 第２実施形態においてセンサ部の温度特性を補正する、基準電圧の温度特性を示す図である。 基準電圧発生回路の構成例を示す図である。 第３実施形態においてセンサ部の温度特性を補正する、駆動電圧の温度特性を示す図である。 駆動電圧発生回路の構成例を示す図である。

符号の説明

１０・・・半導体基板
３１，３２・・・検出電極
３３，３４・・・参照電極
５０・・・感湿膜
６０・・・センサ部
６１・・・検出部
６２・・・参照部
７０・・・回路部
８０・・・Ｃ−Ｖ変換回路（Ｃ−Ｖ変換部）
８１・・・演算増幅器
８２・・・帰還コンデンサ
８２ａ，８２ｂ・・・帰還電極
８２ｃ・・・透湿膜（容量調整膜）
８２ｄ・・・非透湿膜（感湿膜５０とともに容量調整膜）
９０・・・基準電圧発生回路
９１・・・駆動電圧発生回路
１００・・・容量式湿度センサ（容量式物理量検出装置）

Claims (6)

1. 物理量の変化に応じて容量が変化するセンサ部と、
   前記センサ部の容量変化を電圧に変換するスイッチトキャパシタ構成のＣ−Ｖ変換部とを備える容量式物理量検出装置において、
   前記Ｃ−Ｖ変換部は、演算増幅器と、当該演算増幅器の入出力端子間に設けられた帰還コンデンサと、当該帰還コンデンサに並列に接続されたスイッチ手段とを有し、
   前記帰還コンデンサは、離間して対向配置された一対の帰還電極間に、所定の温度特性を有する容量調整膜を介在させてなり、前記センサ部の温度特性を補正するように、前記帰還コンデンサの帰還容量が温度に応じて変化することを特徴とする容量式物理量検出装置。
2. 前記センサ部は、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、前記一対の検出電極及び前記一対の検出電極間を覆うように前記基板上に設けられ、温度特性を有する感湿膜と、前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の参照電極とを備え、
   前記帰還コンデンサは、前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の前記帰還電極と、前記一対の帰還電極及び前記一対の帰還電極間を覆うように前記基板上に設けられた前記容量調整膜とを備えることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
3. 前記容量調整膜は、所定の温度特性を有する透湿膜であることを特徴とする請求項２に記載の容量式物理量検出装置。
4. 前記容量調整膜は、前記感湿膜と当該感湿膜上に設けられた非透湿膜からなることを特徴とする請求項２に記載の容量式物理量検出装置。
5. 前記一対の検出電極、前記一対の参照電極、及び前記一対の帰還電極は、それぞれ櫛歯状に設けられていることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
6. 前記基板は半導体基板であり、前記検出電極、前記参照電極、及び前記帰還電極との間に第１絶縁膜を備え、前記検出電極と前記感湿膜との間及び前記帰還電極と前記容量調整膜との間に第２絶縁膜を備えることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。

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