JPH03118461A - 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） 本発明は、例えばエアコン等の空調機器の制御に際して
用いられる静電容量型湿度センサ等の感応素子に関する
。

（従来の技術） 例えば、静電容量型の感応素子は、２枚の電極の間に、
湿度等の被検知物との相互作用で誘電率等が変化する感
応膜を挟み、コンデンサが形成されている。そして、被
検知物であるその湿度等が感応膜に吸収され、その誘電
率の変化、即ち、２枚の電極間の静電容量の変化が、検
知回路により電気信号の変化として取出され、湿度等が
検出されるようになっている。

このような感応素子において、湿度等の被検知物を感応
膜内に取込むためには、その感応膜が大気中に十分露出
していなければならない。これを効率よく行う最も良い
方法は、２枚の電極の内の一方である上部電極を通気性
のある状態にすることであり、具体的には数十〜数百人
の非常に薄い上部電極を形成することである。

しかし、この上部電極から外部への電気信号の取出しの
ためのボンディング等を行う際には、この上部電極は薄
すぎるため、これとは別に数千式程度の十分に厚いパッ
ド部を、この上部電極に連設する必要がある。また、感
応膜は通常柔かいため、その上面部にパッド部を設ける
には適していない。このため、パッド部は感応膜以外の
絶縁膜等の上に形成することになるが、薄い上部電極は
感応膜上から絶縁膜等の上のパッド部への引回し部分で
段切れを生じるおそれがあり、信頼性に欠ける。

そこで、これに対処すべく、第５図に示すような、感応
素子の製造方法が提案されている。

即ち、下部電極となる導電性基板１１の端部（上部電極
側のパッド形成部）上に絶縁膜１２を形成した後（同図
（ａ））　、この絶縁膜１２と同じ厚みの感応膜１３を
形成しく同図（ｂ））　、この感応膜１３を、その膜厚
と同じかこれよりもやや狭幅程度の間隔の間隙１４で絶
縁膜１２と一旦離間するようにフォトリソグラフィ法に
よりパタニングする（同図（Ｃ））。絶縁膜１２及び感
応膜１３の上層に再び感応膜１５を形成しく同図（ｄ）
）　、これを反応性イオンエツチングによりエッチバッ
クし、絶縁膜１２と感応膜１３との間隙１４を完全に埋
めるようにして両膜１２．１３間の凹凸を少なくした後
（同図（ｅ））　、両膜１２．１３にかかる通気性のあ
る上部電極１６（同図（ｆ））　、上部電極用のパッド
部１７を順次形成するものである（同図（ｇ））。

上述のように、工程（Ｃ）において、感応膜１３と絶縁
膜１２との間隙１４を、感応膜１３の膜厚と同じかこれ
よりもやや狭幅程度の間隔に抑えると、この上に再び感
応膜１５を形成してエッチバックした後、感応膜１３・
絶縁膜１２間が平坦となって、上部電極１６の引回し部
の段切れが回避され、感度の低下が防止される。

（発明が解決しようとする課題） 従来技術では、第５図（ｂ）に示すように、絶縁膜１２
の端面に相当する部分で段部をなす感応膜１３を、その
絶縁膜１２の端面との間に間隙１４が形成されるように
フォトリソグラフィ法を用いてパターニングしていたた
め、間隙１４の部分でオーバーエツチングが生じ易く、
その間隙１４を感応膜１３の膜厚と同じかこれよりもや
や狭幅程度の間隔に抑えることが困難であった。このた
め、その上に再び感応膜１５を形成してエッチバックし
た後、感応膜１３・絶縁膜１２間の平坦化が難しく、上
部電極１６の引回し部の段切れを十分に回避し得ず、歩
留りが低下し、また、信頼性が損われるおそれがあると
いう問題があった。

そこで、本発明は、感応膜・絶縁膜間を適正に平坦化し
て上部電極の段切れを防止し、歩留り及び信頼性を向上
させることのできる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） 本発明は上記課題を解決するために、下部電極となる導
電性基板上に、被検知物との相互作用により電気的特性
が変化する感応膜を介して上部電極を形成し、該上部電
極に電極取出し用のパッド部を連設してなる感応素子で
あって、前記パッド部と導電性基板との間には絶縁膜を
形成し、該絶縁膜と前記感応膜との対接部には当該感応
膜による交差部を形成し且つ前記上部電極及びパッド部
の形成された前記絶縁膜及び感応膜の上面部は面一に形
成してなることを要旨とする。

（作用） 絶縁膜と感応膜との対接部において、感応膜の一部が絶
縁膜上に例えば階段状にパターニングされて当該感応膜
による交差部が形成される。そして、製造工程時におい
て、この交差した交点近傍において絶縁膜の端面とパタ
ーニングされた感応膜の端面との間に必ず所要間隔の間
隙が形成され、その上に再び感応膜を形成してエッチバ
ックを行うことにより、感応膜・絶縁膜間に適正な平坦
面を得ることが可能となる。したがって、上部電極の引
回し部の段切れが防止されて高歩留り及び高信頼性が実
現される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例は静電容量型の半導体湿度センサに適用され
ている。

第１図及び第２図は、本発明の第１実施例を示す図であ
る。

まず、第１図を用いて感応素子の構成を説明すると、同
図中、１は下部電極となる導電性基板としてのｎ型シリ
コン基板であり、高濃度にｎ型不純物がドープされて抵
抗率が数Ωｃｍ程度に形成されている。シリコン基板１
上の一端側（上部電極のパッド形成部側）には、膜厚１
μｍ程度の酸化シリコン膜からなる絶縁膜２が形成され
、他端側には感応膜として絶縁膜２と同じ厚さのポリイ
ミド膜からなる感湿膜３が形成されている。

絶縁膜２と感湿膜３との対接部において、感湿膜３の一
部が絶縁膜２上に階段状にパターニングされ、この階段
状部３ａにより、絶縁膜２の端面部との交差部４ａが形
成されている。絶縁膜２と感湿膜３とは、この階段状部
３ａを除いたその上面が次に述べる上部電極の引回し部
も含めて面一に形成されている。そして感湿膜３上には
、厚さが数十〜数百入の金膜からなる上部電極７が形成
されて感応部としてのコンデンサが形成されている。

上部電極７は引回し部７ａの部分で絶縁膜２上に延在し
、その延在部の部分にＴ　ｉ　／　Ａ　ｕ膜からなるパ
ッド部８が形成されている。また、シリコン基板１上に
も図示省略の部位に下部電極としての電極取出し用のパ
ッド部が形成されている。

次に、第２図を用いて、上述の半導体湿度センサの製造
方法の一例を説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、高濃度にｎ型不純物
がドープされて抵抗率が数Ωｃｍ程度とされたｎ型シリ
コン基板１の表面に、熱酸化法又はＣＶＤ法によって、
膜厚的１μｍの酸化シリコン膜からなる絶縁膜２を形成
し、これを通常のフォトリソグラフィ法により所要形状
にパターニングする。続いて同図（ｂ）に示すように、
スピンコード法によりその表面全体に、絶縁膜２と同程
度の厚さの膜厚的１μｍのポリイミド膜からなる感湿膜
３を塗布する。

そして、同図（Ｃ）に示すように、１５０〜３００℃で
、３０分程度キュアした後、フォトリソグラフィ法によ
り感湿膜３をパターニングして絶縁膜２と感湿膜３との
対接部に所要幅の間隙５を形成し、且つ感湿膜３の一部
により、絶縁膜２上に階段状部３ａを形成する。階段状
部３ａの寸法は、絶縁膜２の端面と平行な方向には、例
えば数十〜数百μｍ１直交方向には感湿膜３の膜厚の半
分程度、即ち０．５μｍ程度の値とする。

この階段状部３ａを設けることにより、感湿膜３と絶縁
膜２の端面部との交差部４ａが形成され、その交点近傍
の間隙５の間隔は、感湿膜３の膜厚と同じかこれよりも
やや狭幅程度の間隔、即ち、０．５〜１μｍの間隔が実
現される。

さらに、同図（ｄ）に示すように、スピンコード法によ
り再び表面全体に膜厚１〜１０μｍのポリイミドからな
る感湿膜６を塗布し、その上面に先に塗布した感湿膜３
と絶縁膜２との凹凸が出ないようにする。そして、同図
（ｅ）に示すように１５０〜３００℃で、３０分間程度
キュアした後、反応性イオンエツチング（ＲＩ　Ｅ）法
により、感湿膜表面をエッチバック、即ち均一にエツチ
ングし、先の絶縁膜２の表面を露出せしめる。このとき
、前述の間隙５の間隔が所要の間隔に形成されているの
で、感湿膜６の再塗布及びエッチバックにより、その間
隙５上で絶縁膜２と感湿膜３とは平坦につながり、階段
状部３ａを除いたその他の部分においても両膜２．３の
上面は面一となる。

次いで、顕微鏡などを用いて、絶縁膜２と感湿膜３とが
平坦面でつながった位置を確認し、同図（ｆ）に示すよ
うに、感湿膜３上のほぼ全面と引回し部となる部分に、
スパッタ装置により数十〜数百への厚さからなる金膜を
堆積して引回し部７ａを含む上部電極７を形成する。最
後に、同図（ｇ）に示すように、絶縁膜２上の引き回し
部７ａの上に、上部電極取出し用のＴｉ４０００人／　
Ａ　ｕ　３０００　Ａからなるパッド部８を形成する。

上述したように、この実施例の感応素子は、絶縁膜２と
感湿膜３との対接部に、感湿膜３の一部により絶縁膜２
上に階段状部３ａが形成され、感湿膜３による絶縁膜２
の端面との交差部４ａが形成されているので、この交点
近傍の間隙５の間隔は、感湿膜３の膜厚と同じかこれよ
りもやや狭幅程度にすることが可能となる。このため、
その表面全体に再び感湿膜６を塗布し、これをエッチバ
ックすることにより、感湿膜３・絶縁膜２間に適正な平
坦面が得られる。したがって、通気性を有するように薄
く形成された上部電極７の引回し部７ａの段切れが防止
されて高歩留り及び高信頼性が実現される。

次に、第３図には、本発明の第２実施例を示す。

なお、第３図及び後述の第４図において前記第１図及び
第２図における部材及び部位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。

この実施例は、金膜からなる上部電極７を感湿膜３及び
絶縁膜２の全面に形成することで、前記第１実施例にお
ける絶縁膜２・感湿膜３間の平坦箇所の確認の手間を省
くようにしたものである。

これを実現するため、前記第１実施例との相違点は、第
３図（ａ）の酸化シリコン膜からなる絶縁膜２の形成工
程において、上部電極７と下部電極であるシリコン基板
１との導通を防ぐため、感湿膜３形成部の下部に数百〜
数千人程度の膜厚からなる絶縁膜２ａを残しておく点と
、同図（ｆ）の工程において、金膜からなる引回し部を
含む上部電極７を感湿膜３及び絶縁膜２の上部のほぼ全
面に形成する点である。

その他の作用・効果については前記第１実施例のものと
ほぼ同様である。

第４図には、本発明の第３実施例を示す。

この実施例は、感湿膜３形成部の下部に絶縁膜２ａを残
しておき、上部電極７を上部のほぼ全面に形成する等の
点は前記第２実施例のものと同様である。異なる点は、
第４図（Ｃ）の感湿膜３のパターニング工程において、
感湿膜３による絶縁膜２上への三角状の階段状部３ｂと
絶縁膜２との対接部への三角状の間隙９とを対称的な形
状に形成してこの階段状部３ｂと間隙９とにより、感湿
膜３の端面部をジグザグにパターニングした点である。

ジグザグにパターニングすると感湿膜３による交差部４
ｂの数が増し、感湿膜３の膜厚と同じかこれよりもやや
狭幅程度の間隔からなる間隙箇所の数が増えて、感湿膜
６の再塗布、エッチバック後の感湿膜３・絶縁膜２間の
平坦箇所Ａ（第４図（ｆ））の部分が増し、上部電極７
の引回し部の段切れを一層確実に防止することができる
。したがって感応素子の一層の高歩留り及び高信頼性を
実現することが可能となる。

なお、第４図の各図において、同図（ｂ）は、前記第３
図（ｂ）と同じなので図示省略しである。

また、第１〜第３の実施例において、下部電極となる導
電性基板として低抵抗率のバルクのシリコン基板を用い
たが、導電性基板はこれに限らず、シリコン基板等の上
に酸化シリコン等の絶縁膜を介して金属電極膜を形成し
た導電性基板、又は絶縁基板上に金属電極膜を形成した
導電性基板等を適用することもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、上部電極の電極
取出し用のパッド部と導電性基板との間には絶縁膜を形
成し、この絶縁膜と感応膜との対接部には当該感応膜に
よる交差部を形成し、且つ上部電極及びパッド部の形成
された絶縁膜及び感応膜の上面部は面一に形成したため
、製造工程時において、交差部による交点近傍には絶縁
膜の端面と感応膜の端面との間に必ず所要間隔の間隙を
形成することができ、その上に再び感応膜を形成してエ
ッチバックを行うことにより、感応膜・絶縁膜間に適正
な平坦面を得ることができる。したがって、上部電極の
引回し部の段切れが確実に防止されて高歩留り及び高信
頼性を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感応素子の第１実施例を示す斜視
図、第２図は上記第１実施例の製造方法の一例を示す工
程図、第３図は本発明の第２実施例の製造方法の一例を
示す工程図、第４図は本発明の第３実施例の製造方法の
一例を示す工程図、第５図は従来の感応素子の製造方法
を示す工程図である。 １：シリコン基板（導電性基板）、 ２：絶縁膜　　３：感湿膜（感応膜） ３ａ、３ｂ＝階段状部、　４ａ、４ｂ ５．９：間隙、　　７：上部電極、 ７ａ：引回し部、　　８：パッド部。 二交差部、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 下部電極となる導電性基板上に、被検知物との相互作用
   により電気的特性が変化する感応膜を介して上部電極を
   形成し、該上部電極に電極取出し用のパッド部を連設し
   てなる感応素子であって、前記パッド部と導電性基板と
   の間には絶縁膜を形成し、該絶縁膜と前記感応膜との対
   接部には当該感応膜による交差部を形成し且つ前記上部
   電極及びパッド部の形成された前記絶縁膜及び感応膜の
   上面部は面一に形成してなることを特徴とする感応素子
   。