JPH02150753A

JPH02150753A - 感応素子

Info

Publication number: JPH02150753A
Application number: JP30367488A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎; Koji Murakami; 浩二村上; Satoshi Nishiwaki; 智西脇; Yukinobu Takahashi; 幸伸高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、感応素子に係り、特にエアコン等空調機の制
御に際して用いられる湿度センサ等の感応素子に関する
。

（従来の技術）湿度センサとしては、多種多様のものが提案されている
が、その代表的なものは、次に示すように、１、多孔質セラミックへの水分の吸着による導電率の変
化を利用したもの。

２、高分子への水分子の吸着による導電率または誘電率
の変化を利用したもの。

３、電解質のイオン電導率の変化を利用したもの。

４、熱伝導率の変化を利用したもの。

等である。

このような湿度センサは、雰囲気中の湿度変化に対して
その電気的特性が変化するのを利用し、湿度を電気信号
として取り出すようにしたものである。

例えば、第４図に示すように、センサ基板２１上に、下
部電極２２、湿度変化に対応して電気的特性が変化する
感応膜２３、上部電極２４を順次積層してなるものが提
案されている。

このセンサでは、外部回路との接続のために上部電極２
４は引き下ろし電極２５を介してセンサ基板２１上に形
成されたポンディングパッド２６に接続されている。

ところで、このようなセンサでは、感応膜２３は、上部
電極２４を通して雰囲気の湿度変化を感知するものであ
り、上部電極は、湿気を透過し易いように薄く形成され
ているが、感応膜は、十分な静電容量を得て湿度関知能
力を得るために数千オングストローム乃至数μＩ径程度
厚さを有している。このため、引き下ろし電極２５は、
高い段差を越えてポンディングパッド２６まで到達する
必要がある。従って、この引き下ろし電極は薄いと感応
膜の端部でクラックを生じ易いため、感応膜と同等かそ
れ以上の厚さを有するように形成しなければならない。

また、この構造では、湿度と接する面と同一面から、感
応膜の電気的特性の変化を取り出すことになり、電気的
特性の変化を取り出す面は必然的にむきだしとなる。

また、この池、第５図に示すように、センサ基板２１上
に２個の独立した下部電極２７、−２８上に感応膜２９
を形成し、この感応膜上に上部電極３０を形成した構造
も提案されている。

この構造では、上下電極間（下部電極２７と上部電極３
０との間、下部電極２８と上部電極３０との間）で構成
される２個のコンデンサの直列接続体として容量変化を
取り出すようになっており、引き下ろし電極２５を形成
する必要はないが、第４図に示した構造と比較すると、
同一面積の感応膜に対して出力効率は半分以下となる。

また、素子上面がむきだしになり、湿気やほこりによる
故障あるいは誤動作の原因となりやすい点については、
第４図に示した構造と同様の問題があった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来例の構造では、感応部を外雰囲気にさ
らさねばならないため、湿度やほこりなどの外雰囲気の
影響による動作特性の劣化を免かれることはできず、出
力効率が高く信頼性の高い感応素子を得ることができな
いという問題があった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、検知能力
が高く、特性の安定した感応素子を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）そこで本発明の感応素子では、基板表面に、下部電極、
湿度変化等の外的環境の変化に対応して電気的特性が変
化する感応膜、上部電極を順次積層し感応部を構成する
共に、基板の裏面側から該下部電極に到達するように開
口部を設け、この下部電極が被検知物あるいは被検知雰
囲気に接するようにしている。

（作用）上記構成によれば、基板を裏面側から開口し、下部電極
を被検知物または被検知物を含む雰囲気（以下、被検知
雰囲気）に露出させており、被検知雰囲気中の被検知物
は、下部電極を通して感応膜に到達し、感応膜の電気的
特性を変化させるように構成されているため、上部電極
は従来のように被検知物を透過させる必要はなく、厚く
形成することができ、引き下ろし電極を別に形成する必
要もなく、そのまま基板上の所定位置に至るまで、感応
膜エツジの段差による段切れもなくポンディングパッド
まで伸長せしめることができる。

また、上部電極は従来のように被検知物を透過させる必
要はないため、電気的接続後、素子上面を保護膜で被覆
したり、パッケージ内に封入することにより、雰囲気中
の湿気やほこりなどから素子を保護することができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

本発明実施例の半導体感湿センサは、第１図に断面図を
示すように、シリコン基板１上に窒化シリコン膜からな
るパッシベーション膜２を介してチタン薄膜３および金
薄膜４の２層構造膜からなる下部電極、ポリイミド膜か
らなる感湿膜５および上部電極６が順次積層されて感応
部を構成しており、該シリコン基板１の裏面側から感応
部の金薄膜４まで到達する開口部Ｈを形成すると共に、
下部電極の端部に形成された積み増し電極７と上部電極
６の一部をポンディングパッド９として残し、該感応部
の上表面全体をポリイミド膜からなるパッシベーション
膜８で被覆してなるものである。ここでは、シリコン基
板１の表面に感応部からの信号を増幅して取り出すため
のＭＯＳ集積回路からなる信号処理回路１８が形成され
ており、この信号処理回路の両端子は、この上層のパッ
シベーション膜２に形成されたコンタクトホール１０を
介してそれぞれ積み増し電極７と上部電極６に接続され
ている。

次に、この半導体感湿センサの製造工程について説明す
る。

先ず、第２図（ａ）に示すように、シリコン基板１の表
面に、通常の半導体プロセスによってＭＯＳ集積回路か
らなる信号処理回路１８（図示せず）を形成した後、Ｃ
ＶＤ法により窒化シリコン膜２を形成する。そして、フ
ォトリソ法によりこの窒化シリコン膜２に該信号処理回
路１８と積み増し電極７および上部電極６を該信号処理
回路１８に接続するためのコンタクトホール１０を形成
する。

この後、第２図（ｂ）に示すように、この上層に、スパ
ッタリング法により、膜厚数百人〜数μ種のチタン薄膜
３および膜厚数百人の金薄膜４の２層構造膜パターンか
らなる下部電極を形成する。

ここで、チタン薄膜は窒化シリコン膜２と金薄膜４との
密着性を向上させるもので、クロム薄膜などでもよい。

この下部電極は、ポリイミド感湿膜５が外界囲気にさら
される必要があるため、通気性のよい材料で構成する必
要がある。

続いて、第２図（Ｃ）に示すように、スピンコード法に
よりこの上層に膜厚１〜２μ會のポリイミド膜５を塗布
し、フォトリソ法によりバターニングした後、ボストベ
ークを経てポリイミド感湿膜パターンを形成する。

そして、第２図（ｄ）に示すように、この上層に、膜厚
１０００Å以下の金薄膜をスパッタリング法により形成
し、フォトリソ法によりこれをパターニングし、上部電
極６および積み増し電極７を形成する。この上部電極６
は、下部電極と導通しないようにシリコン基板１の表面
まで引き下ろすようにし、端部がボンディングパラ・ド
として用いられる。また、同様に、この工程で、下部電
極上には、積み増し電極７が積層され、端部がポンディ
ングパッドとして用いられる。

この後、第２図（ｅ）に示すように、シリコン基板１の
裏面側にフォトリソ法によりレジストパターンを形成し
、このレジストパターンを介して、水酸化カリウムなど
のアルカリ系の溶剤でエツチングし、開口部を形成する
。

さらに、第２図（ｆ）に示すように、このレジストパタ
ーンを残したまま、フッ化アンモニウム等のフッ酸系の
溶剤でエツチングし、パッシベーション膜と、チタンを
選択的に除去し、下部電極のうち金薄膜４を露呈せしめ
る。ここでは、エツチング液としてフッ酸系の溶剤を用
いているため、チタンのみが選択的にエツチングされ、
金薄膜は非常に薄い状態で残る。

この後、ポンディングパッドとなる上部電極および積み
まし電極の端部を残して、表面をポリイミド膜等のパッ
シベーション膜８で被覆し、第１図に示したような半導
体感湿センサが完成する。

このように本発明実施例の半導体湿度センサでは、上部
電極は厚く形成することができ、引き下ろし電極を別に
形成する必要もなく、そのまま基板上の所定位置に至る
まで、感応膜エツジの段差による段切れもなくポンディ
ングパッドまで伸長せしめることができる。

また、上部電極は被検知物を透過させる必要はないため
、第３図に示すように、電気的接続後、素子上面をポリ
イミド樹脂からなる保護膜８で被覆したり、パッケージ
内に封入することにより、雰囲気中の湿気やほこりなど
から素子を保護することができる。

すなわち、この実装構造は、前述のように形成された半
導体湿度センサ１１を、充填剤１２が充填され、遮光性
のキャップ１３を有すると共に開口部りを有する外囲器
１４内に収納してなるものである。そして、半導体湿度
センサ１１の上部電極および下部電極から導出された金
線１５はそれぞれ外囲器１４の底面から取り出され、ガ
ラス等の絶縁材１６を介して取り出し部から導出された
リード線１７とから構成されている。

このように上記構造によれば、素子はプラスチックパッ
ケージにより外部雰囲気に直接さらされることなく保護
されており、長寿命を維持し信頼性の高いものとなる。

また、上面を遮光性のキャップ１３で覆っているため、
光の入射による誤動作をも防止することができる。

なお、前記実施例では、湿度センサについて説明したが
湿度センサに限定されるものではなく、他の感応素子に
も適用可能であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の感応素子によれば、
基板の裏面側から下部電極に到達するように開口部を設
け、この下部電極が被検知物あるいは被検知雰囲気に接
するようにしているため、感応部が直接外部雰囲気に接
することもなく、信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の湿度センサを示す図、第２図（
ａ）乃至第２図Ｃｆ）は、同湿度センサの感湿部の製造
工程図、第３図は本発明実施例の湿度センサの実装例を
示す図、第４図および第５図はそれぞれ従来例の湿度セ
ンサを示す図である。１・・・シリコン基板、２・・・パッシベーション膜、
３・・・チタン薄膜（下部電極）、４・・・金薄膜（下
部電極）、５・・・感湿膜、６・・・上部電極、７・・
・積みおろし電極、８・・・パッシベーション膜、９・
・・ポンディングパッド、１０・・・コンタクトホール
、１１・・・感湿センサ、１２・・・充填剤、１３・・
・キャップ、１４・・・外囲器、１５・・・金線、１６
・・・絶縁剤、１７・・・リード線、２１・・・センサ
基板、２２・・・下部電極、２３・・・感応膜、２４・
・・上部電極、２５・・・引き下ろし電極、２６・・・
ポンディングパッド、２７．２８・・・下部電極、２９
・・・感応膜、３０・・・上部電極。

Claims

【特許請求の範囲】　外的環境に応じて変化する電気的特性の変化を検出す
る感応素子において、基板表面に、下部電極、湿度変化等の外的環境の変化に
対応して電気的特性が変化する感応膜、上部電極を順次
積層し感応部を構成する共に、該基板の裏面側から該下
部電極に到達するように開口部を設け、この下部電極が
被検知物あるいは被検知雰囲気に接するように構成した
ことを特徴とする感応素子。