JPH04110648A - 集積化感応素子 - 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、例えば湿度センサ等、外的要因により電気
的特性か変化する感応体か設けられた感応部を、その電
気的特性の変化を処理する信号処理回路上に一体的に集
積化した集積化感応素子に関し、例えばエアコン等の空
調機器の制御等に用いられるものである。

（従来の技術） 集積化感応素子は、感応部と信号処理回路とが一体的に
集積されているので、使い勝手かよく、量産性に優れ、
また、特に静電容量型の感応部に対しては、配線引延し
による浮遊容量の低下などに有効である。しかし信号処
理回路を含む周辺回路と感応部とが密接１７ているため
に生じる問題もある。

以下、従来の集積化感応素子を、空調器の湿度感知に用
いられる静電容量型集積化感応素子に例をとり、第３図
の（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。第３図（Ａ）は回
路図を示しており、同図において、１はＭＯＳＦＥＴの
動作点を決める直流バイアスを供給するための直流電圧
源、２は一定の周波数及び振幅をもつ交流電圧を発生す
る交流電圧源、３は直流バイアス印加用の高抵抗、４は
リファレンス用コンデンサ、１１は静電容量型感応部で
あり感応膜上部電極１２と感応膜下部電極１３の１対の
電極の間に外的要因である被検知湿度により誘電率（電
気的特性）が変化する感応体としての感応膜が設けられ
ている。１４は信号処理回路を構成するオペアンプ、１
５は帰還抵抗、１６は整流用ダイオード、１７は平滑用
コンデンサである。

第３図（Ｂ）は、上記の回路構成のうち、静電容量型感
応部１１とオペアンプ１４の入力段に当るＭＯＳＦＥＴ
の部分の構造を示している。ｐ型Ｓｉ基板１８の主面に
ｎウェル１９が形成され、そのｎウェル１９内にｐ型の
ソース領域２１及びドレイン領域２２が離隔して形成さ
れている。ソス領域２１とドレイン領域２２の間におけ
るチャネル領域上にはゲート酸化膜を介してゲート電極
２３が形成されている。２４はソース電極、２５はドレ
イン電極である。このようにしてＳｔ基板１８の主面に
オペアンプ１４の入力段に当るＭＯＳＦＥＴか構成され
ている。２６はシリコン酸化膜、２７はシリコン窒化膜
、２８は信号処理回路の低インピーダンス側、即ちＳｉ
基板］８に接続された低インピーダンス電極である。

また、上述のＭＯＳＦＥＴを含む信号処理回路上には、
静電容量型感応部１１か一体的に形成されている。シリ
コン窒化膜２７上にＴｉ−Ａｕの積層膜からなる感応膜
下部電極１３が形成され、感応膜下部電極１３は信号処
理回路における高インピーダンス側入力端となるゲート
電極２３に接続されている。感応膜下部電極１３上には
感応膜８が設けられ、その上に通気性のある金膜からな
る感応膜上部電極１２が形成されている。感応膜上部電
極１２は上部電極引下し電極２９を介して低インピーダ
ンス電極２８に接続されている。

そして、交流電圧源２から発生した交流電圧がリファレ
ンス用コンデンサ４と静電容量型感応部１１により分圧
される。外的要因である湿度が感応膜上部電極１２を通
して感応膜８に吸収されると、その誘電率が変化し静電
容量が変化して静電容量型感応部１１の分圧が変化する
。静電容量型感応部１１の分圧は、オペアンプ１４に入
力してインピーダンス変換後、ダイオード１６で整流さ
れ平滑用コンデンサ１７で平滑されて直流の電圧値とし
て出力される。この電圧値により湿度が検出される。

第４図には、他の従来例を示す。静電容量型感応部にお
ける静電容量が感応膜上部電極１２と感応膜下部電極１
３による容量と、感応膜上部電極１２と他の感応膜下部
電極３１による容量との直列接続により構成されている
。

（発明が解決しようとする課題） 従来の静電容量型集積化感応素子は、第３図及び第４図
に示した何れのものも、感応部１１における上、下１対
の感応膜電極のうち、信号処理回路における高インピー
ダンス側に接続された感応膜下部電極１３が信号処理回
路に近接して形成されていたため、第３図（Ａ）に示す
ように、浮遊容量Ｃ１、及びＣ２が高インピーダンス側
の感応膜下部電極１３に乗ってしまい、その下側の信号
処理回路からのノイズを入力してしまい易く、精度の高
い検出出力を取出すことが難しいという問題があった。

そこで、この発明は、信号処理回路がらのノイズの混入
を最小限に抑えて精度の高い検出出力を取出すことがで
きる集積化感応素子を提供することを目的する。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は上記課題を解決するために、１対の電極の間
に被検知対象である外的要因により電気的特性が変化す
る感応体が設けられた感応部を、該感応部における電気
的特性の変化を処理して当該電気的特性の変化に対応し
た信号を出力する信号処理回路上に一体的に形成した集
積化感応素子であって、前記感応部の１対の電極のうち
、前記信号処理回路における低インピーダンス側に接続
される電極を前記信号処理回路に近接した側に形成し高
インピーダンス側に接続される電極を前記信号処理回路
から離隔した側に形成してなることを要旨とする。

（作用） 感応部の１対の電極のうち、信号処理回路における高イ
ンピーダンス側に接続される電極か信号処理回路から離
隔した側に形成される。これにより、信号処理回路から
高インピーダンス側に接続される電極へのノイズの混入
が最小限に抑えられ、精度の高い検出出力を取出すこと
が可能となる。

（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
の実施例は、湿度検出用の静電容量型集積化感応素子に
適用されている。

第１図は、この発明の一実施例を示す図である。

なお、第１図及び後述の第２図において前記第３図にお
ける素子及び部材等と同一ないし均等のものは、前記と
同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。

この実施例では、信号処理回路に近接した側、即ちシリ
コン窒化膜２７上に形成されたＴｉ−Ａｕ膜からなる感
応膜下部電極７が低インピーダンス電極２８に接続され
ている。一方、通気性のある金膜からなる感応膜上部電
極６は、上部電極引下し電極９を介して信号処理回路に
おける高インピーダンス側入力端となるゲート電極２３
に接続されている。

次いで、静電容量型集積化感応素子の製造方法の一例を
説明する。

Ｓｉ基板１８の主面に、ＭＯＳＦＥＴを含む信号処理回
路を形成した後、シリコン窒化膜２７をパッシベーショ
ン膜として所要厚さに堆積する。

シリコン窒化膜２７の所定のパッド部分にフォトリソグ
ラフィ法によりコンタクトホールを開け、低インピーダ
ンス電極２８に接続されるように、Ｔｉ、Ａｕの順に各
々数千大の厚みにスパッタリング法で堆積し、フォトリ
ソグラフィ法によりバターニングしてＴｉ−Ａｕの積層
膜からなる感応膜下部電極７を形成する。次に、感湿性
のポリイミド膜（イミド化前ゲル状）をスピンコード法
で１〜数μｍの厚みとなるよう塗布し、２００〜３００
℃でイミド化する。これをフォトリソグラフィ法でバタ
ーニングして感応膜下部電極７上に感応膜８を形成する
。感応膜８上に、厚みが数百Ａで通気性のある金膜から
なる感応膜上部電極６をメタルマスクを用いたスパッタ
リング法で形成する。その後、感応膜上部電極６とゲー
ト電極２３とを接続する上部電極引下し電極９をメタル
マスクを用いたスパッタリング法で数μｍ程度の厚さに
形成する。

この実施例の集積化感応素子は上述のように構成されて
おり、交流電圧源２から発生した交流電圧がリファレン
ス用コンデンサ４と静電容量型感応部５により分圧され
る。外的要因である湿度が感応膜上部電極６を通して感
応膜８に吸収されると、その誘電率が変化し静電容量が
変化して静電容量型感応部５の分圧が変化する。静電容
量型感応部５の分圧は、オペアンプ１４に入力してイン
ピーダンス変換後、ダイオード１６で整流され平滑用コ
ンデンサ１７で平滑されて直流の電圧値ととして出力さ
れる。この電圧値により湿度が検出される。このとき、
信号処理回路における高インピーダンス側に接続される
感応膜上部電極６か信号処理回路から離隔した上部側に
形成されているので、信号処理回路からこの高インピー
ダンス側に接続された感応膜上部電極６へのノイズの混
入が最小限に抑えられ、精度の高い検出出力が取出され
る。

第２図には、この発明の他の実施例を示す。この実施例
は、上記一実施例に示した信号処理回路、即ち内部回路
からのノイズの混入を最小限に抑えるとともに外部から
のノイズ混入の低下も考慮にいれた構成がとられている
。第１の感応膜上部電極６ａの構成までは、第１図のそ
れと同様であるが、さらに第１の感応膜上部電極６ａの
上に先と同じ方法でポリイミド膜が塗布されてイミド化
され、バターニングされて第２の感応膜８ｂが形成され
ている。その上に通気性のある金膜からなる第２の感応
膜上部電極６ｂがメタルマスクを用いたスパッタリング
法で形成されている。第２の感応膜上部電極６ｂは、メ
タルマスクを用いたＴｉ１Ａｕのスパッタリングで形成
された引下し電極１０により低インピーダンス電極２８
に接続されている。このような構成により信号処理回路
の高インピーダンス入力端に対する周辺回路及び外部か
らのノイズ混入を最小限に抑えた構造となっている。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、感応部の１対
の電極のうち、信号処理回路における低インピーダンス
側に接続される電極を信号処理回路に近接した側に形成
し高インピーダンス側に接続される電極を信号処理回路
から離隔した側に形成したため、信号処理回路から高イ
ンピーダンス側に接続される電極へのノイズの混入が最
小限に抑えられて精度の高い検出出力を取出すことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る集積化感応素子の一実施例を示
す回路図及び部分縦断面図、第２図はこの発明の他の実
施例を示す部分縦断面図、第３図は従来の集積化感応素
子を示す回路図及び部分縦断面図、第４図は他の従来例
を示す部分縦断面図である。 ５：感応部、 ６二倍号処理回路の高インピーダンス側に接続される感
応膜上部電極、 ７：信号処理回路の低インピーダンス側に接続される感
応膜下部電極、 ８：感応膜（感応体）、 １４：信号処理回路を構成するオペアンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １対の電極の間に被検知対象である外的要因により電気
   的特性が変化する感応体が設けられた感応部を、該感応
   部における電気的特性の変化を処理して当該電気的特性
   の変化に対応した信号を出力する信号処理回路上に一体
   的に形成した集積化感応素子であって、 前記感応部の１対の電極のうち、前記信号処理回路にお
   ける低インピーダンス側に接続される電極を前記信号処
   理回路に近接した側に形成し高インピーダンス側に接続
   される電極を前記信号処理回路から離隔した側に形成し
   てなることを特徴とする集積化感応素子。