JPH01163648A - 感湿素子とその製造方法 - 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、誘電率または誘電率等の電気的特性が湿度
によって変化する材料を用いて外部雰囲気中における湿
度変化を検出するようにした、感湿素子とその製造方法
に関する。

（従来の技術） 例えば、空調機器などの湿度感知に用いられる従来の感
湿素子として第４図、第５図に示すものがある。

第４図に示す素子は、感湿素子基板１上に下部金電極２
、湿度変化によって誘電率変化を生じる有機材料からな
る感湿膜３、上部金電極４及びこの上部金電極４を外部
回路へ接続するためのボンディングパラ１〜６，６まで
゛引きおろず、引きおろし金電極５から構成されている
。

この感湿素子では、感湿膜３は上部金電極４を通して外
部の湿度変化を感知するものであり、従って上部金電極
４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。また感湿膜３は十分な誘電容量をえて安
定した湿度感知能力を得るために１〜２μｍ程度の厚さ
を有しており、そのため図示するように引きおろし電極
５はかなりの段差を越えてボンディングパッド６まで達
する必要がある。従って引きおろし金電極５が薄いと感
湿膜３の側部でクラックを生じ易く、そのため引きおろ
し電極５は感湿膜３と同等かそれ以上の厚さを有してい
な（プればならない。

第５図に示す素子は、感湿基板１上に２個の独立しＩＣ
下部金金電極１．１２と感湿膜１３を形成し、感湿膜１
３上を第１図に示した素子と同様極薄い上部金電極１４
で被覆した構成である。

この素子では、第４図に示した素子と異なり、上部金電
極１／′ｌは容量取り出し電極として作用ぼ一３＝ ず、上下の電極１１−１４．１４−１２間でそれぞれ静
電容量を形成し、下部金電極１１−１２間で合成容量の
取り出しを行っている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したような従来の感湿素子では、それぞれ次のよう
な問題点を有している。

先ず第４図に示した素子では、引きおろし金電極５をか
なり厚く形成する必要があり、そのため蒸着或はスパッ
タなどによる電極形成時に感湿膜３を長時間高温にさら
すことになる。ところが感湿膜３は比較的熱に弱い有機
材料で形成されているため、高温に長時間さらされるこ
とにより変質を生じ易い。また引きおろし金電極５ど感
湿素子基板１との間の線膨張率の違いにより、高温加熱
中両者の間で応力を生じてクラック等を発生し易く、故
障の原因となる。ざらに、通常の感湿素子では特に湿気
の高い場所での使用を前提とするため、電極には腐食に
強い金が用いられるが、引きおろし金電極５がかなり厚
い為に高価な金を多量に使用し、コスト高の大ぎな要因
となる。

第５図に示す素子の場合は引きおろし金電極が必要では
ないので、上述の問題点の多くは解消できる。ところが
上述したように、この素子は電極１１−１４および電極
１／ｌ−１２間で構成される２個のコンデンサーの直列
つなぎとして感湿質膜１３の容量変化を取り出すもので
あり、従って、第４図のものと比べると感湿膜の同じ面
積にだいし出力効率は半分以下となる。

この発明は、従来の感湿素子にお（プる以上のような問
題点に関してざなれたものであり、製造コストが低く、
感湿能力に優れしかも特性が安定した高出力の感湿素子
およびその有効な製造方法を提供することを目的とする
ものである。

［発明の構成］ く問題点を解決するための手段） この発明の感湿素子は上記問題点を解決するために、絶
縁性の基板と、上記絶縁性基板上に形成された下部金電
極と、上記下部金電極上に比較的厚く形成され、側端部
がテーパ状をなす感湿材料膜と、上記感湿月利膜に外部
からの湿気が透過するに十分な薄ざであってかつ十分な
導電性を保持する厚さを有し、上記感湿材料膜の上面と
テーパ状をなす側面とを覆い更に絶縁性基板上にのびる
上部金電極と、上記下部金電極と上部金電極の絶縁性基
板上に伸びた部分とにそれぞれ形成され外部回路に接続
されるボンディングパッド、を構成要件として有するこ
とを要旨どする。

この発明はさらに、外部の湿度変化に対応してその電気
的特性に変化を生じる感湿素子を形成するための製造方
法であって；絶縁性の基板上に下部金電極を形成する工
程と；上記下部金電極上に外部の湿度変化に対応してそ
の電気的特性に変化を生じる材料を塗布して感湿材料膜
を形成する工程と；上記感湿材料膜上に一側端部がテー
パ状をなす比較的薄い金属膜を形成する工程と；上記金
属膜をバターニングのためのマスクとして用い０２アッ
シト一をかけることにより上記感湿材料膜をエツチング
してその側端部にテーパを形成する工程と：上記エッヂ
フグ工程後上記金属マスクを除去する工程と；上記金属
マスクの除去後上記感湿材料股上に釜を蒸着またはスパ
ッタリングして上記テーパ部分および絶縁性基板上に伸
びる薄い上部金電極を形成する工程と；上記下部金電極
の一部および絶縁性基板上に伸びた上部金電極の一部に
それぞれボンディングパッドを形成する工程と；からな
る製造方法をその要旨とする。

〈作用） この発明の感湿素子では、上下金電極間に設けられる感
湿材料膜の側端部がテーパ状をなすように構成されてい
るため、このテーパ部分に伸びた金電極は、基板と上部
金電極との段差による電極の段切れを生じない。従って
、このテーパ部分をも含めた上部金電極を極り薄くする
ことができ、従来例素子のように厚い引きおろし金電極
は不用となるので、引きおろし電極形成時の熱工程によ
る感湿月利膜の変質は発生しない。従って製造時の素子
間の特性のばらつきが防止され、製造歩溜まりおよび信
頼性の向上が図られる。

またその製造方法にあっては、感湿材料膜上に側端部が
テーパ状の金属マスクを設（プ、金属マスクの厚さによ
る酸素の透過率の違いを利用して０２アッシャ−による
感湿材料膜のエツチングを行うと、金属マスクの厚さに
よってエツチング速度がことなるので、結果として感湿
材料膜は一側端部がテーパ状にエツチングされる。これ
にＪ：って容易にテーパ状の側端部を有する感湿材料膜
が形成される。

（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。

第１図はこの発明の１実施例にかかる感湿素子の断面図
である。図において２１はシリコン基板表面に酸化層２
１ａを形成した感湿素子基板、２２はボンディングパッ
ド２２ａを有する下部金電極、２３は１側面がテーパ上
に形成された感湿膜であり、有機物質である感湿材料を
スピンコードによって基板２１、電極２２上に塗布して
形成したものである。２４ば上部金電極であるが、図示
するＪ：うに感湿膜２３の側部テーパ部分と基板２１−
にとにわたって形成され、いわゆる引きおろし電極を一
体に形成している。なお２４ａは外部回路との接続用の
ボンディングパッドである。

以上の構成において、通常１〜２μｍの膜厚を有する感
湿膜２３に対して、上部金電極２４は湿度等の透過率を
上げるため数百人の後く薄い膜で形成されている。この
電極２３は一般に蒸着あるいはスパッタリングによって
形成され、したがって膜２３の側部テーパ部分に一体形
成される引ぎおろし電極も電極２４の形成と同時に容易
に形成される。

この素子では、外部要因である湿気が上部金電極２４を
透過して感湿膜２３に吸収され、その誘電率に変化を生
じる。この変化は、上部金電極２４および下部金型４＠
２２間にお【プる静電容（イ）の変化としてボンディン
グパッド２２ａ、２４ａを介し電気信号の変化として出
力され、外部の検知回路により湿度が検出される。

第２図、第３図は、この発明の上記１実施例素子の製造
工程を示す図である。次に図面にそって製造工程を説明
しながら、この発明の素子の構成をさらに明らかにする
。

第２図に示す製造過程では、まず図＜ａ　＞に示すＪ：
うにシリコン基板２１の表面に酸化膜２１ａを形成し、
更にその上に下部金電極２２を設（プる。

この後図（ｂ）に示すように下部金電極２２上に有機物
質からなる感湿材料をスピンコートにより塗布する。感
湿材Ｐ３１−膜２５の厚さは１〜２μｍである。次に感
湿材料膜２５上の一部に、Ａ１等の金属を図（Ｃ）に示
すように側端部がテーパをなすように段階状に多層蒸着
する。この金属膜２６の厚さは最大５００人程度であり
、またテーパを形成する位置は感湿膜にテーパを形成す
る位置に相当する。このようにして側端部が階段状の金
属膜２６が形成されると、この金属膜２６をマスクとし
て０２アッシャ−ににる感湿材料膜２５のエツチングを
行なう。このとき金属マスクの酸素（０２）に対する透
過率は膜厚さによって異なり、金属マスクの薄いところ
程エツチング速度が速く、その結果感湿膜２５はパター
ニングされ、図（ｄ　）に示ずように側端部がデーパ状
の感湿膜２３が形成される。この後図（（１）に示でよ
うに金属マスク２６を除去し、感湿膜上部金電極２４を
金の蒸着或はスパッタリングによって形成する（図ｅ）
。

このとき同時に感湿膜２３の側部を覆いボンディングパ
ッド２４　ａが形成される位置まで達する金電極２４ｂ
が形成される。またこの上部金電極２４の厚さは、湿気
等の感湿膜２３への十分な透過度を保持する薄さであっ
て、しかも十分な電導性を保持する厚さ、即ち、数百人
でよい。

第３図に示す製造方法にあっては、図（ａ　）、（ｂ）
に示す、下部金電極２２上に感湿材料膜２５を形成する
までの経過、および図（ｄ　）、（ｅ　）に示すエツチ
ングされた感湿膜２３上に上部金電極を形成する過程は
、第２図に示した製造方法と同じである。一方この製造
方法では、図（Ｃ）に示す金属マスク２６の形成過程で
金属マスク蒸着用マスク２７の一端を図示するようにく
さび型にして、蒸着金属の回り込みを意図的に生じざぜ
、感湿膜パターニング用金属マスク２Ｃの側端部にテー
パを形成した点が第２図に示す製造方法と異なった点で
ある。

なお上述の例では、感湿素子の基板としてシリコン基板
上に酸化膜を形成したものを用いているが、あるいはガ
ラス等の絶縁性の基板であっても良いこと勿論である。

また上記感湿材料膜は、外部の湿気に反応してその誘電
率に変化を生じるものであったが、或は導電率に変化を
生じるものであっても良い。

［発明の効果１ 以上実施例を挙げて説明したように、この発明の感湿素
子では、上下の金電極に挾まれた感湿膜に８３いてその
側部端面がテーパ状であるため、側面において電極の段
切れの恐れがなくな、す、製造歩留まりおよび信頼性の
向上を図ることが出来る。

さらにこのテーパ部分にかかる電極は上部金電極と同時
に形成され、極めて薄く（上部金電極と同じ厚さ）する
ことが出来る。従って従来素子の場合のように極めて厚
い引きおろし電極を形成することによる感湿材料の熱的
変質がなく、各素子間で電気的特性のばらつき等は発生
せず、製造の歩留まりが向上する。また、厚い金引きお
ろし電極を形成することによるコストの増加もなく、更
に感湿膜の面積−杯に誘電容量が取れるため、高い出力
の素子を得ることが出来る。

またこの発明の素子の製造方法にあっては、金属膜の厚
さによって酸素の透過率が違うことを利用して、側端部
がテーパ状の金属マスクを用いて０２アッシャ−による
エツチングを行っているので、−側端部がテーパ状をな
ん感湿材料膜を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る感湿素子の１実施例を示す断面
図、第２図は第１図に示す素子の製造工程の１例を示す
工程図、第３図は第１図に示す素子の製造工程の他の例
を示す工程図、第４図、第５図は感湿素子の従来例を示
す断面図である。 ２１・・・シリコン基板　２１ａ・・・酸素膜２２・・
・下部金電極　　２３・・・＠湿材料膜２４・・・上部
金型４＃Ａ　　２５・・・感湿材料層２６・・・金属マ
スク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性の基板と、 上記絶縁性基板上に形成された下部金電極と、外部の湿
   度変化に対応してその電気的特性に変化を生じる物質を
   材料とし、上記下部金電極上に比較的厚く形成され、側
   端部がテーパ状をなす感湿材料膜と、 上記感湿材料膜に外部からの湿気が透過するに十分な薄
   さであってかつ十分な導電性を保持する厚さを有し、上
   記感湿材料膜の上面とテーパ状をなす側面とを覆い更に
   絶縁性基板上にのびて形成された上部金電極と、 上記下部金電極上と上部金電極の絶縁性基板上に伸びた
   部分上とにそれぞれ形成され外部回路に接続されるボン
   ディングパッド、 からなり、外部の湿度変化に対応する上記感湿材料膜の
   電気的特性の変化を上記各電極に設けたボンディングパ
   ッドを介して出力することを特徴とする感湿素子。
2. （２）外部の湿度変化に対応してその電気的特性に変化
   を生じる感湿素子を形成するための製造方法であって、 絶縁性の基板上に下部金電極を形成する工程と、上記下
   部金電極上に外部の湿度変化に対応してその電気的特性
   に変化を生じる材料を塗布して感湿材料膜を形成する工
   程と、 上記感湿材料膜上に一側端部がテーパ状をなす比較的薄
   い金属膜を形成する工程と、 上記金属膜をパターニングのためのマスクとして用いＯ
   ＿２アッシャーをかけることにより上記感湿材料膜をエ
   ッチングしてその側端部にテーパを形成する工程と、 上記エッチング工程後上記金属マスクを除去する工程と
   、 上記金属マスクの除去後上記感湿材料膜上に金を蒸着ま
   たはスパッタリングして上記テーパ部分および絶縁性基
   板上に伸びる薄い上部金電極を形成する工程と、 上記下部金電極の一部および絶縁性基板上に伸びた上部
   金電極の一部にそれぞれボンディングパッドを形成する
   工程と、 からなることを特徴とする感湿素子の製造方法。