JPH02227648A - 感応素子およびその製造方法 - Google Patents

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） この発明は、外的環境の変化に応じて制御を行う電気機
器、例えば、エアコン等の空調機器に用いられる湿度セ
ンサ等の感応素子およびその製造方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 例えば、空調機器等の湿度感知に用いられる従来の感応
素子として第６図、第７図に示すような湿度センサがあ
る。これらの湿度センサは、いずれも湿度の変化を静電
容量の変化として検知する方式である。これらの感応素
子では、本来、目的とする環境の変化に対してのみ感応
することが望ましいが、実際には、温度等の環境変化に
対しても感度を示し、感応素子の特性を悪化させている
。例えば、このような感応素子を用いた第８図に示す検
出回路においては、交流信号源３１の信号を、感応素子
である湿度センサ３２と固定コンデンサ３４によって分
圧し、増幅器３５によって湿度変化を検出している。通
常、温度等の環境変化に対しては、湿度センサ３２と固
定コンデンサ３４はそれぞれ異なった特性を示す。この
ため、検出回路の出力特性が悪化してしまう。

第６図に示す湿度センサは、センサ基板２１上に下部電
極２２、雰囲気中の湿度の変化に対応してその電気的特
性が変化する感応膜２３、上部電極２４およびこの上部
電極２４を外部回路へ接続するためのポンディングパッ
ド２６ａまで引下ろす引下ろし電極２５から構成されて
いる。この湿度センサでは、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、従つ
て上部電極２４はなるべく湿気を透過し易いように数百
Ａ程度まで薄くされている。また感応膜２３は十分な静
電容量を得て湿度感知能力を得るために数千Ａ〜数μｍ
程度の厚さを有しており、そのため図示するように引下
ろし電極２５はかなりの段差を越えてポンディングパッ
ド２６ａまで達する必要がある。従って、引下ろし電極
２５が薄いと感応膜２３の端部でクラックを生じ易く、
そのため引下ろし電極２５は感応膜２３と同等かそれ以
上の厚さを有していなければならない。

第７図に示す湿度センサは、センサ基板２１上に独立し
た２個の下部電極２７．２８およびこの画電極２７．２
８にまたがる感応膜２９を形成し、感応膜２９上を前記
第６図に示した湿度センサと同様に薄い上部電極３０で
覆った構成である。この湿度センサでは前記第６図に示
した湿度センサと異なり、上部電極３０は静電容量取出
し電極として作用せず、上下電極間でそれぞれ静電容量
を形成し、２個の下部電極２７．２８間で合成容量を取
り出している。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の感応素子は、次のような問題点を有して
いる。

即ち、これらの感応素子は、温度変化等の本来目的とし
ない環境の変化に対しても感度を示し、本来の感応特性
が悪化してしまう、このため、場合によっては、ダイオ
ード、サーミスタ等によって温度補償を行い、感応素子
の温度特性を改善する必要がある。

また、第６図に示した感応素子では、上部電極２４はな
るべく湿気を透過し易いように数百式程度まで薄く形成
されるので、クラック等を防止するために引下ろし電極
２５を形成する必要がある。

第７図に示した感応素子では引下ろし電極２５を形成す
る必要はないが、２個のコンデンサの直列接続として容
量変化を取り出すもので、第６図のものと比べると感応
膜の同じ面積に対して、出力効率は１／４程度となって
しまう。

この発明は、従来の感応素子における以上のような問題
点に関してなされものであり、検出対象としない温度等
の特性を打消すことができて温度補償等の手段を別途に
設ける必要がなく、また、段切れを防ぐための補強用電
極等の形成処理を不要とし、これらにより特性が安定し
て信頼性が高く、さらには高出力特性を有する感応素子
およびその製造方法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） 上記課題を解決するために、第１の発明は、基板上に隣
接して形成された２個の下部電極と、該２個の下部電極
上にそれぞれ形成され外的環境に対して等しい電気的特
性を有する一方および他方の感応膜と、外雰囲気に対し
透過性を有し前記一方の感応膜に被着されて当該一方の
感応膜側を感応部とする第１の上部電極と、該第１の上
部電極よりも厚く外雰囲気に対し非透過性を有し前記他
方の感応膜の全面および前記一方の感応膜の一部に被着
されるとともに前記第１の上部電極に電気的に接続され
前記他方の感応膜側を補償用感応部とする第２の上部電
極とを有することを要旨とする。

また、第２の発明は、基板上に２個の下部電極を隣接し
て形成する第１の工程と、前記２個の下部電極上に外的
環境に対して等しい電気的特性を有する一方および他方
の感応膜をそれぞれ形成する第２の工程と、前記一方の
感応膜には外雰囲気に対し透過性を有する第１の金属膜
を被着して第１の上部電極を形成し、前記他方の感応膜
の全面および前記一方の感応膜の一部には前記第１の金
属膜よりも厚く外雰囲気に対し非透過性を有する第２の
金属膜を被着して前記第１の上部電極に電気的に接続さ
れた第２の上部電極を形成する第３の工程とを有するこ
とを要旨とする。

（作用） 第１の発明では、補償用感応部によって、感応素子が検
出対象としない温度等の特性を打ち消すことができ、温
度補償等の手段を別途に設ける必要がない。また、感応
部側の容量変化のみを検出出力として取出すので従来例
と比べると高出力特性が得られる。さらに、一方の感応
膜と他方の感応膜とは補償用感応部槽成用の厚い第２の
電極で接続されるので段切れが防止されて高信頼性が得
られる。

また、第２の発明では、補償用感応部槽成用の第２の電
極を形成するための厚さの厚い第２の金属膜の被着工程
で、一方の感応膜を有する感応部と他方の感応膜を有す
る補償用感応部との接続が同時に行われるので、段切れ
を防止するための補強用電極等の形成処理を別に行うこ
とが不要となる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。こ
の発明の実施例に係る感応素子として、第１図に感応素
子の断面図を示す。第１図において１は基板、２．３は
２個の下部電極、４．５は外的環境に対して等しい電気
的特性を有する感応膜、６は第１の上部電極、７は第１
の上部電極６よりも十分に厚い第２の上部電極である。

この感応素子は、湿度に対して感度を有する感応部１０
と、湿度に対して感度を示さない補償用感応部２０とで
構成されている。

以上の構成において、通常、上部電極は外雰囲気の湿度
を透過させるために十分な数百Ａ程度の薄さで形成され
るため、感応膜の端部において基板に引下ろす際に切れ
やすく、上部電極の導電性を保持することが困難であっ
た。そのため、補強用の電極が必要となる。

これに対し、この実施例の感応素子では、補償用感応部
が湿度に対して感度を示さないように、第２の上部電極
７が外雰囲気に対し非透過性を有するいわゆるガスタイ
トで、導電性を保持するのに十分な厚さで形成されてお
り、この場合、２つの感応部１０．２０が隣接して形成
しであるので、第２の上部電極７が他方の感応膜４の上
部電極となるだけでなく、一方の感応膜５の上部電極の
一部ともなるので、両感応膜４．５の端部においても十
分な導電性を保持することができ、第１の上部電極６が
外雰囲気に対して透過性を有するように数百Ａ程度の薄
さで形成されていても、補強用の電極は不要となる。

第２図はこの実施例に係る感応素子の等価回路である。

補償用感応部２０の上部電極７が共用されてい°るので
、この上部電極６．７と下部電極２．３との間で、２つ
のコンデンサ構造の感応部１０．２０は並列接続構造と
することができる。したがって、感応部１０側の容量変
化のみが検出出力として取出されて前記第７図の従来例
と比べると高出力特性が得られる。

第３図は、この実施例に係る感応素子の１応用回路例で
ある。第３図において１１は交流信号源、１２はバイア
ス抵抗、１３はオペアンプ、ＦＥＴ等の増幅回路である
。この検出回路は、交流信号源の信号を３→５→６（７
）からなるコンデンサ構造の感応部１０と２→４→７か
らなるコンデンサ構造の補償用感応部２０によって分圧
し、増幅回路１３で検出するものである。

湿度変化に対しては３→５→６（７）の感応部１０のみ
感応して湿度を検出し、温度変化等に対しては２つの感
応部１０．２０が同一特性を示すので、感応部１０の温
度特性が打ち消されて出力に現れない。従って、温度補
償回路等を別途に設けることは不要となる。また、第３
図において、３と２の下部電極を入れ替えて検出回路を
構成しても、出力特性が反転するが、同様な効果を得る
ことができるのは明らかである。

第４図は、この実施例に係る感応素子の他の応用回路例
である。第４図において、１４は直流電圧源、１５ａ、
１５ｂはアナログスイッチ、１６ａ、１６ｂはコンデン
サ、１７ａ、１７ｂはバイアス抵抗、１８はオペアンプ
である。この検出回路は、感応素子とアナログスイッチ
によってスイッチトキャパシタを構成しており、２→４
→７からなる補償用感応部２０と３→５→６（７）から
なる感応部１０の静電容量の比を検出するものである。

この検出回路においても、第３図の構成と同様な効果が
得られることは明らかである。

次に、第５図を用いて、この実施例の感応素子の製造工
程について説明する。

まず、第５図（ａ）に示すような半導体あるいは絶縁性
の基板１の上に、第５図（ｂ）に示すように、スパッタ
リング法により、チタン−金の膜厚数千人〜数μｍの下
部電極２．３を隣接して形成する。

次に、第５図（Ｃ）に示すようにスピンコード法により
膜厚１〜２μｍの感応膜を塗布し、フォトリソ法により
パターニングした後、ボストベークを経て２個の下部電
極２．３上にそれぞれ感応膜４．５を形成する。

次いで、第５図■→（ｆ）に示すように、第１の上部電
極６、第２の上部電極７を順次形成するか、あるいは、
第５図（ｅ）　−（ｆ）に示すように、第２の上部電極
７、第１の上部電極６を順次スパッタリング法により形
成する。第１の上部電極６は感応膜５に外雰囲気が透過
する必要があるので、数百Ａ程度の厚さの金薄膜で形成
する。一方、第２の上部電極７は、感応膜４に外雰囲気
が透過しないように、また、感応膜４の端部で切断しな
いように膜厚１〜２μｍ程度の金属膜で形成する。

上述の製造工程によれば、補償用感応部２０構成用の厚
さの厚い第２の電極７の形成工程で、−方の感応膜５を
有する感応部１０と他方の感応膜４を有する補償用感応
部２０との接続が同時に行われるので、段切れを防止す
るための補強用電極等の形成処理を別に行うことが不要
となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、第１や発明によれば、補償用感応
部によって感応素子が検出対象としない温度等の特性を
打ち消すことができるため、特性が安定するとともに温
度補償等の手段を別途に設ける必要がない。また、感応
部側の容量変化のみを検出出力として取出すため、従来
例と比べると高出力特性を得ることができる。さらに、
一方の感応膜を有する感応部と他方の感応膜を有する補
償用感応部とは補償用感応部槽成用の厚い第２の電極で
接続されるため、段切れが防止されて信頼性の高い感応
素子を実現することができる。

また、第２の発明によれば、補償用感応部槽成用の厚さ
の厚い第２の電極の形成工程で、一方の感応膜を有する
感応部と他方の感応膜を有する補償用感応部との接続を
行うことができるので、段切れを防止するための補強用
電極等の形成処理を別途に行うことを不要とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る感応素子の実施例を示す縦断面
図、第２図は同上実施例の等価回路図、第３図は第１図
に示す感応素子の一応用例を示す回路図、第４図は第１
図に示す感応素子の他の応用例を示す回路図、第５図は
この発明に係る感応素子の製造方法の実施例を説明する
ための工程図、第６図は感応素子の従来例を示す縦断面
図、第７図は感応素子の他の従来例を示す縦断面図、第
８図は従来の感応素子の応用例を示す回路図である。 １：基板、　　２．３：下部電極、 ４．５：感応膜、　　６：第１の上部電極、７：第２の
上部電極、　　１０：感応部、２０：補償用感応部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に隣接して形成された２個の下部電極と、
   該２個の下部電極上にそれぞれ形成され外的環境に対し
   て等しい電気的特性を有する一方および他方の感応膜と
   、外雰囲気に対し透過性を有し前記一方の感応膜に被着
   されて当該一方の感応膜側を感応部とする第１の上部電
   極と、該第１の上部電極よりも厚く外雰囲気に対し非透
   過性を有し前記他方の感応膜の全面および前記一方の感
   応膜の一部に被着されるとともに前記第１の上部電極に
   電気的に接続され前記他方の感応膜側を補償用感応部と
   する第２の上部電極とを有することを特徴とする感応素
   子。
2. （２）基板上に２個の下部電極を隣接して形成する第１
   の工程と、前記２個の下部電極上に外的環境に対して等
   しい電気的特性を有する一方および他方の感応膜をそれ
   ぞれ形成する第２の工程と、前記一方の感応膜には外雰
   囲気に対し透過性を有する第１の金属膜を被着して第１
   の上部電極を形成し、前記他方の感応膜の全面および前
   記一方の感応膜の一部には前記第１の金属膜よりも厚く
   外雰囲気に対し非透過性を有する第２の金属膜を被着し
   て前記第１の上部電極に電気的に接続された第２の上部
   電極を形成する第３の工程とを有することを特徴とする
   感応素子の製造方法。