JPS59120950A - 容量性湿度センサ及びその製造方法 - 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】 この発明は答螢性湿度センサと、その湿度センサの製造
方法に関する。

第１図と第２Ｍは従来知られているタイプの宕セ性湿Ｉ
Ｗセンサの断面図を示す。第１図に示す容量性湿度セン
サの構成は基板１と絶縁層１５間に２つの底部電極２が
設けられでいる。

第２図に示す容量性湿度センサの構成は上述の第１図に
示す構成に加えて、絶縁層１５の上面に表面電極３ｆ：
さらに備えている。

一般に、容量性湿度センサの電極の構造は以下に示す（
ａ）から（Ｃ）の要件を満足する必要がある。

（ＰＬ）　　湿度が絶縁材料にしみ込むことを防げない
こと。

（ｂ）　　電極は十分に導電性であり、かつ、機械的に
丈夫であること。

（ｃ）　　電極間の電界は電気的に導電性の不純物の存
在するセンサの表面上にしみ込まないこと。

第１図に示す構造の容量性湿度センサは上記（ａ）と（
ｂ）に示す要件を満足するが、（Ｃ）に示す要件を実質
的に満足しない。一方、第２図に示す容量性湿度センサ
は上記（Ｃ）に示す要件を満足するが、（ａ）と（ｂ）
に示す袂件を実質的に満足しない。

先行技術の状態に関しては特に以下（１）〜（３）に示
すものを参照するとよい。

（１）　　Ｋ、Ｅ−Ｂｅａｎ、Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ
　Ｅｔｃｈｉｎｇ　ｏｆＳｉｌｉｃｏｎ” ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃ日ｏｒ＋ｓ　ｏｎ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　ＤｅｖｉｃｅｓＵＥＤ−２５（１９７８）悉
１０．１１８５−！！−ジから１１９３４−ノ （２）米国特￥Ｆ番号３，３９７，２７８　（Ｐｏｍｅ
ｒａｎｔｚ）（３）　　フィンランド特許番号４８．２
２９　（Ｓｕｎｔｏｒａ）この発明の目的は上述した（
ａ）から（ｃ）に示す要件を全て満足する容量性湿度セ
ンサを提供することと及びそのような按量性湿度七ンサ
葡製造する方法を提供することである。

この発明は以下のような考えに基礎全おいている。第１
底部電極は支持ペースから外に向って拡張する導電性の
構成物によりセンサの表面に接続さｆｔでいる。この結
果、これらの構成物の上端（上面）の間に単一の小さい
溝が残シ隣接しているこれらの構成物により形成される
空中の空間に能動層が残る。

特に、この発明の容量性温度センサは、基板と、前記基
板上に互いに接近して設けられた少くとも２つの第１底
部電極及び少くとも１つの第２底部電極と、前記基板上
の前記第２底部電極とその両側の前記第１底部電極間の
領域を満たしかつ前記第２底部電極の上面より上方に延
長する能動層と、前記少くとも２つの第１底部電極の夫
々の上面に接合され、導電材料から成り、断面が上方向
に広が９を有した梁状の構成物であって、前記梁状の構
成物間に設けられている前記能動層の２つの側面を形造
り、前記梁状の構成物の少くとも２つの上面間に幅狭の
溝が設けられるような梁状の構成物と、から構成される
。

他方、この発明の容量性湿度センサの製造方法はシリコ
ン板又はそれと同等の物上にほう素を薄くドーグしたエ
ピタキシャル層を堆積する工程と、前記エピタキシャル
層の表面に表面層を形成するためにほう累を濃くドープ
する工程と、前記表面層に所定の長方形の領域を維、持
するためにノセターンニングする工程と、前記シリコン
板から外部に突出した隣接するりね部を形成するように
前記所定の長方形の領域間の領域を適当なエッチ液を用
いてエツチングして除去する工程と、基板上に、少くと
も１つの第１電極及び少くとも１つの第２電極を薄い金
属膜として配置する工程と、前記うね部と前記第１電極
が相互に接合するために前記基板と前記シリコン板を互
いに対向して接合する工程と、梁状の構成物として前記
うね部のみが残存するように濃くドープされたシリコン
材料をエツチングするエッチ液を用いて前記シリコン板
をエツチングして除去する工程と、上記一連の工程によ
シ得られた構造物を湿度に対して感度のよい能動的絶縁
材料の容赦中に沈め前記梁状構成物間の空間に前記容赦
がしみ込むようにする工程と、前記容赦中に沈めた前記
構造物を前記容赦から引き上げ前記梁状の構成物間の空
間に固体の能動絶縁材料が残存するように前記容赦を消
散させる工程と、よ多構成される。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を詳細に説明す
る。第３図、第４図において、容量性湿度センサはガラ
ス基板１上に電極４，５を有している。これらの電極４
，５は化学的に抵抗力のある金属から成る。例えばこの
金属はＰｔ　＋　Ｐｄ　ｒ　Ｔａ　ｒ　Ａｕである。そ
してこれらは薄い絶縁膜２５により保護される。例えば
この絶縁膜２５はＴａ２０５　ｒ　Ｓｉ３Ｎ４　、５ｉ
０２　ｒ等である。

電極パターン５は梁状の構成物６との電気的接触を行う
。梁状の構成物６は第３図において台形の断面である。

この構成物６はシリコン、金属、又は他の導電性材料か
ら構成され、基板１に固定されている。この構成物６の
上部間には狭い（例えば約１μｍ）の溝２６が設けられ
ている。この構成物６間には湿度に対して感度の良い絶
縁材料７が存在する。例えばこの絶縁材料７は適当に選
択されたポリマーでよい。湿度に対して感度の良いキャ
ノＲシタンスは電極ノ４ターン４と梁状の構成物６の側
壁８によシ形成される。

上述したような構成の容量性湿度センサは製造可能であ
る。例えば、この容量性湿度センサは第６図から第１２
図を用いて説明される以下のような工程により製造され
る。まず、はう素によシ薄くドーグされたエピタキシャ
ル層１０がほう素によシ儂＜ドープされた結晶方位が（
１００）の方向であるシリコン層９上に堆積される。こ
こで薄くドープされた、とは例えばＮ形不純物濃度が１
０１７／Ｃｒｎ３より小さいということであり、濃くド
ープされたとは例えばＮ形不純物濃度が１０”／ｃｍ’
より太きいということである。次に前記エピタキシャル
層１０がほう素を用いて濃く、例えばＮ形不純物濃度が
１Ｏ２０／ｃｒｎ３よシ大きく、ドーグされる。ここで
エピタキシャル層１０の濃くドーグされた表面層１０ｂ
の厚さは約１μｍである。この表面層１０ｂに、光蝕刻
法的に領域１ノがノやターンニングされる。表面層１０
ｂのこの領域１ノは維持される。つまシ、残るべき領域
１１からエッチ液によシ表面層はエツチングして除去さ
れる。

このエッチ液は譲くドープされたシリコンに関して選択
される。前記エピタキシャル層１０が適当なエッチ液（
例えば水酸化カリウム、　ＫＯＨ）でエツチングされる
際に、斜めの縁部を有し、エピタキシャル層１０の厚さ
と同じ厚さの梁状の構成物１２がｍＪ記領領域１ノ得ら
れる。この梁状の構成物１２の側面１３は結晶方位（１
１１）の結晶面に対し平行であり、前記シリコン板９の
面と５４７４°の角度を有する。

ガラス基板１４上に、従来知られている方法で薄い金属
膜が配置される。この金属膜は領域１６．１７を形成す
るために、光蝕刻法的にパターンニングされる。この金
属膜の領域１７上に、絶縁膜１８が例えばこの金属膜を
陽極酸化することにより形成される。同様に、接触領域
１９．２０が異った金属で形成される。これらの領域は
、もし、金属膜のろう付けの品質が良く、カつ、Ｐ＋シ
リコンつまりほう素で濃くドープされたシリコンとの接
触が良好であるならば除去可能である。

基板１４とシリコン板９は互いに向い合わせに置かれる
。その結果、第９図及び第１０図に示す金属膜の領域１
６の指状部２ノはシリコン４煽 それらと接触することなく配置される。この位置で、米
国特許番号３．３９７；２７　ｓに開示されている周知
の方法によシ、基板１４とシリコン板９は結合される。

前記梁状の構成物１２の表面は基板１４と化学的結合を
する。その後シリコン板９はエッチ液によりエツチング
して除去される。このエッチ液は濃くド−プされた領域
をエツチングするが薄くＰ−プされた梁状の構成物１２
をエツチングしない。

第１１図、第１２図に示す構成において、梁状の構成物
１２はガラス基板１４に固着されるそして金属膜の領域
１６の指状部２ノと電気的接触を行う。この第１１図、
第１２図に示す構成の物は湿度に対して感度の良いポリ
マーの容赦中に浸される。ポリマーの容赦は梁状の構成
物１２間の空間２４にしみ込む。そして、この構成の物
は容赦から引き上げられ、ポリマーの容量が蒸発、消散
される。その結果、空間２４であった部分に固体の、ｊ
ｐ　ＩＪママ−残る。以上のような工程により容量性湿
度センサが得られる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
他の実施例も可能である。例えば梁状の構成物６は第４
図に示すように１字形の断面を有するものでもよい。必
要不可欠の特徴点は隣接する前記梁状の構成物６の上面
間に幅狭の溝が存続することである。

この発明の容量性湿度センサは上述したような構成であ
り、１だ上述したような方法により製造される。よって
、この容量性湿度センサは上述した３つの要件を全て満
足する。つまシ、この容量性湿度センサの電極の構造は
、湿度が絶縁材料にしみ込むことを防げない。また、こ
の容量性湿度センサの電極は十分に導電性であり、かつ
機械的に丈夫である。また、この容量性湿度センサの電
極間の電界は電気的に導電性の不純物の存在するセンサ
の表面上にしみ込まな−い。以上の要件を満足するため
この湿度センサは正確で感度が良い。さらに、この発明
の容量−性湿度センサは接触に対して敏感でなく、操作
が容易であるという効果をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来の湿度センサの構成を示す断面図
、第３図はこの発明に係る容量性湿度センサの断面図、
ＷＪ４図は第３図に示す容量性湿にセンサの上面図、第
５図はこの発明の他の実施例に係る容量性湿度センサの
断面図、第６図から第１２図は第３図及び第４図に示す
容１７．１８．１９・・・電極、６．１２・・梁状の構
成物、７・・・ポリマー、８，１３・・・梁状の構成物
の側壁、９・・・シリコン板、１０・・・エピタキシャ
ル層、２１．２２・・・指状部、２４・・・空間、２５
・・・絶縁膜、２６・・・溝 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦Ｆｉｇ、３　
　　Ｆｉｇ、５

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、ＫＪ記基板上に互いに接近して設けられ
   た少くとも２つの第１底部電極及び少くとも１つの第２
   底部電極と、前記基板上のｎＩＩ記第２底部電極とその
   両側の前記第１底部７ｄ極間の領域を満たしかつ前記第
   ２底部電極の上面よシ上方に延長する能動層と、前記少
   くとも２つの第１底部電極の夫々の上面に接合され、導
   電材料から成り、断面が上方向に広が９を有した梁状の
   構成物であって、前記梁状の構成物間に設けられている
   前記能動層の２つの側面を形造り、前記梁状の構成物の
   少くとも２つの上面間に幅狭の溝が設けられるような梁
   状の構成物と、から構成されることを特徴とする容量性
   湿度センサ。
2. （２）前記梁状の構成物は、少くとも実質的に台形の断
   面形状であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の容量性湿度セッサ。
3. （３）　　前記梁状の構成物は、少くとも実質的に丁字
   形の断面形状であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の容量性湿度センサ。
4. （４）　　ＫｒＩ記梁状の構成物は、シリコンで構成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の容箪
   性湿度センサ。
5. （５）　　前記梁状の構成物ケｊ１、金属で構成さね、
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の容量性
   湿度上／す。
6. （６）　　ンリコン板又はそれと等価な物上にほう素を
   薄くドープしたエピタキシャル層を堆積する工程と、前
   記エピタキシャル層の表面に表面層を形成するためにほ
   う素を濃くドープする工程と、前記表面層に所定の長方
   形の領域を維持するためにパターンニングする工程と、
   前り己シリコン板から外部に突出して隣接するうね部を
   形成するように前記所定の長方形の領域間の領域を適当
   なエッチｇ、を用いてエツチングして除去する工程と、
   基板上に、少くとも２つの第工電極及び少くとも１つの
   第２電極を薄い金都膜として配置する工程と、前記うね
   部と前記第１電極が相互に夫々接合するために前記基板
   と前記シリコン板を互いに対向して接合する工程と、梁
   状の構成物として前記うね部のみが残存するように濃く
   ドープされたシリコン利料をエツチングするエッチ液を
   用いて前記シリコン板をエツチングして除去する工程と
   、上記一連の工程により得られた構造物を湿度に対して
   感度のよい能動的絶縁材料の茶液中に沈め前記梁状の構
   成物間の空間に前記茶液がしみ込むようにする工程と、
   前記茶液中に沈めた前記構造物を前記茶液から引き上げ
   前記梁状の構成物間の空間に固体の能動的絶縁材料が残
   存するように前記茶液を消散させる工程と、より構成さ
   れることを特徴とする容量性湿度センサの製造方法。