(57)【要約】【課題】外部からの電磁誘導の影響を受けないようにできる容量型湿度センサーを提供する。【解決手段】容量型湿度センサーは、基板と、上記基板上に形成された第１電極(１１)および第２電極(１２)と、上記第１電極(１１)と第２電極(１２)との間に設けられると共に、雰囲気の湿度に応じて容量が変化する測定層(１５)と、上記第１電極（１１）、上記第２電極(１２)、および上記測定層(１５)の少なくとも一部を覆う導電層(１６)とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
上記基板上に形成された第１電極および第２電極と、
上記第１電極と上記第２電極との間に設けられると共に、雰囲気の湿度に応じて容量が変化する測定層と、
上記第１電極、上記第２電極、および上記測定層の少なくとも一部を覆う導電層と
を備えたことを特徴とする容量型湿度センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の容量型湿度センサーにおいて、
上記導電層は、上記測定層の上面を少なくとも覆うように設けられると共に、雰囲気を上記測定層に導入するための通気路を有していることを特徴とする容量型湿度センサー。
【請求項３】
請求項２に記載の容量型湿度センサーにおいて、
上記導電層は、メッシュ状に形成されていることを特徴とする容量型湿度センサー。
【請求項４】
請求項２に記載の容量型湿度センサーにおいて、
上記導電層は、ストライプ状に形成されていることを特徴とする容量型湿度センサー。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の容量型湿度センサーにおいて、
上記導電層は、上記第１電極および上記第２電極の側面を少なくとも覆うように設けられていることを特徴とする容量型湿度センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、容量値の変化を検出する容量型湿度センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサーとして、特表２００３‐５１６５３９号公報(特許文献１)に開示された容量型センサーがある。この容量型センサーは、容量値の変化を検出するセンサーであり、湿度センサーである。図４に示すごとく、２つのインターデジタル電極１,２が櫛型状に向かい合って形成されており、図４におけるＡ‐Ａ’矢視断面である図５に示すように、その上部にポリマーでなる測定層３を備えた構造を有している。
【０００３】
上記ポリマーは、誘電体である。一般的に、ポリマーの誘電率は３程度、水の誘電率は８０程度である。誘電率の差により、ポリマーは水分を吸収することで誘電率が変化し、上記電極１,２間の容量値が変化する。したがって、周囲環境の大気（雰囲気）に含まれる水分量(すなわち湿度)に依存して上記電極１,２間の容量値が変化する原理によって、上記容量型センサーは湿度センサーとして機能することができるのである。
【０００４】
その場合、上記湿度センサーの電極１,２間の容量は、その変化が微小であるために、両電極１,２からの電気信号を測定回路(信号増幅回路)４によって処理し、外部のシステムに出力するようになっている。
【０００５】
尚、５は半導体チップ、６は絶縁膜、７は保護膜、８はコンタクトパッドである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３‐５１６５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の容量型センサーにおいては、以下のような問題がある。
【０００８】
すなわち、上記特許文献１に開示された従来の容量型センサーでなる湿度センサーにおいては、水分による測定層３の微小容量変化を検出して動作する構造上、櫛型のインターデジタル電極１,２による微小容量変化の検出値が外部からの電磁誘導の影響を受けて、湿度の検出値に誤差が発生してしまうという問題がある。
【０００９】
上記問題を解決する方法としては、上記特許文献１において図４に示す半導体チップ５の電位を固定すれば良い。ところが、上記半導体チップ５の電位を固定するためには、絶縁層６を上側から貫通するコンタクト用の電極を形成する必要が生ずる。そのため、上記コンタクトを形成する工程が付加されてしまい、コスト上昇を招いて安価な湿度センサーを供給する妨げとなってしまう。さらに、電位が固定された半導体チップ５と電極１,２との間の寄生容量の影響を極力低減するためには、絶縁膜６の厚みを厚くする必要がある。ところが、絶縁膜６の厚みを例えば１０μｍ程度とした場合には、容量結合の影響を低減することは可能になるが、絶縁層６を貫通する深いコンタクト穴が必要であり、コンタクト用の電極を形成する際のメタルのカバレッジ等の悪化や、その悪化に対処するための工程の複雑化や技術的課題が発生することになる。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、大幅なコスト上昇および新たな技術的課題を生ずることなく、外部からの電磁誘導の影響を受けないようにできる容量型湿度センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の容量型湿度センサーは、
基板と、
上記基板上に形成された第１電極および第２電極と、
上記第１電極と上記第２電極との間に設けられると共に、雰囲気の湿度に応じて容量が変化する測定層と、
上記第１電極、上記第２電極、および上記測定層の少なくとも一部を覆う導電層と
を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層は、上記測定層の上面を少なくとも覆うように設けられると共に、雰囲気を上記測定層に導入するための通気路を有している。
【００１３】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層は、メッシュ状に形成されている。
【００１４】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層は、ストライプ状に形成されている。
【００１５】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層は、上記第１電極および上記第２電極の側面を少なくとも覆うように設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
以上より明らかなように、この発明の容量型湿度センサーは、上記第１電極、上記第２電極、および上記測定層の少なくとも一部を覆う導電層を設けている。したがって、この導電層によって、上記第１,第２電極および上記測定層に対する上記電磁誘導の影響を阻止し、上記第１,第２電極による検出データの揺らぎを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の容量型湿度センサーとしての湿度センサーにおける平面図である。
【図２】図１とは異なる湿度センサーにおける平面図である。
【図３】図１および図２とは異なる湿度センサーにおける平面図である。
【図４】従来の容量型センサーにおける平面図である。
【図５】図６における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００１９】
・第１実施の形態
図１は、本第１実施の形態の容量型湿度センサーとしての湿度センサーにおける平面概略図である。
【００２０】
本湿度センサーは、図１に示すように、シリコン半導体基板(図示せず)上にＳiＯ2でなる絶縁膜(図示せず：図５に示す絶縁膜６に相当)が形成され、さらにその上に、例えば厚さ１μｍ〜３μｍ程度の第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２が形成されて構成されている。尚、第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２は、上記第１電極および第２電極の一例である。
【００２１】
ここで、上記第１櫛形電極１１は、柄部１１aとこの柄部１１aから垂直方向に延在した複数の歯部１１b,１１b,…とを有している。同様に、第２櫛形電極１２は、柄部１２aとこの柄部１２aから垂直方向に延在した複数の歯部１２b,１２b,…とを有している。そして、第１櫛形電極１１における複数の歯１１b,１１b,…と第２櫛形電極１２における複数の歯１２b,１２b,…とは、交互に対向して噛み合うように配置されている。また、第１櫛形電極１１における柄部１１aの一端にはコンタクトパッド１３が設けられている。同様に、第２櫛形電極１２における柄部１２aの一端には、コンタクトパッド１４が設けられている。
【００２２】
上記第１櫛形電極１１と第２櫛形電極１２との間の上記絶縁膜上を含む全面に渡って上記測定層としてのポリマー膜１５が塗布されて、キュアベークによって硬化される。このポリマー膜１５は、雰囲気の湿度に応じて容量が変化する。具体的には、ポリマー膜１５は、吸湿性を有する誘電体膜であり、例えばポリイミド膜である。そして、ポリマー膜１５は、周囲環境の大気（雰囲気）に含まれる水分量(すなわち湿度)に依存して容量が変化する。
【００２３】
上記ポリマー膜(測定層)１５上にはメッシュ状の導電層１６が配設され、導電層１６の一端にはコンタクトパッド１７が設けられて、湿度センサーウエハが構成される。ここで、導電層１６は、例えばアルミニウムでなる電極をメッシュ状に形成したものである。また、導電層１６は、測定層１５の上面を全て覆っている。
【００２４】
その後に、ダイシングによって上記湿度センサーウエハが個片化され、図１に示す湿度センサーチップ１８が形成される。
【００２５】
上記湿度センサーチップ１８に隣接して、信号処理ＩＣ(半導体集積回路)チップ(図示せず)が配置される。そして、上記信号処理ＩＣチップは、内蔵する信号処理回路(図示せず)によって、湿度センサーチップ１８における第１櫛形電極１１の歯部１１bと第２櫛形電極１２の歯部１２bとの間に位置するポリマー膜１５の容量値を取得し、増幅して信号処理を行う。こうして、湿度信号を得ることができる。
【００２６】
上述したように、本実施の形態においては、誘電体ポリマーで成る上記ポリマー膜(測定層)１５の上面にメッシュ状の導電層１６を配設し、この導電層１６の一端にコンタクトパッド１７を設けている。したがって、コンタクトパッド１７を任意の基準電位(例えばＧＮＤ電位)に接続することによって、本湿度センサーチップ１８に対する上方からの外来の電磁誘導によって導電層１６に発生した電流を、コンタクトパッド１７を介して逃がすことができる。
【００２７】
こうして、上記第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２に対する上記電磁誘導の影響を阻止し、検出データ(第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２で得られた容量データ)の揺らぎを防止することができる。
【００２８】
また、その際に、上記導電層１６はメッシュ状に形成されている。したがって、上記通気路として機能する上記メッシュの目１６ａを通して雰囲気がポリマー膜(測定層)１５に十分到達することができ、ポリマー膜１５の吸湿機能を妨げるのを防止することができる。
【００２９】
その場合、上記導電層１６の電位は、コンタクトパッド１７を介して確保される。そのため、上記特許文献１に示す従来の容量型湿度センサーの場合のごとく、湿度センサーチップ１８における上記絶縁膜に深いコンタクト用の貫通穴を形成する必要がない。
【００３０】
その結果、既存のワイヤボンド技術等によって、安価で且つ技術的な新たな課題を発生させることなく、電磁誘導の影響を確実に防止することが可能になる。
【００３１】
・第２実施の形態
図２は、本第２実施の形態の容量型湿度センサーとしての湿度センサーにおける平面概略図である。
【００３２】
本湿度センサーは、図２に示すように、基本構造は、上記第１実施の形態において図１に示す湿度センサーチップ１８と略同じチップ構造を有している。したがって、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３３】
本実施の形態における湿度センサーチップ２３は、図１に示す湿度センサーチップ１８の場合と同様に、上記ポリマー膜(測定層)１５の上面には導電層２１が配設されている。但し、上記第１実施の形態の場合における導電層１６がアルミニウムでなる電極をメッシュ状に形成して構成されているのに対して、ストライプ状に配置されている点で上記第１実施の形態の場合とは異なる。
【００３４】
より具体的に言えば、上記導電層２１は、例えばアルミニウムによって所定の幅に形成されると共に、第１櫛形電極１１の歯部１１bおよび第２櫛形電極１２の歯部１２bと略平行に配列された細い帯状の細帯板２１bの両端を、例えばアルミニウムでなる矩形の外枠２１aにおける第１櫛形電極１１の柄部１１aと第２櫛形電極１２の柄部１２aに平行な長辺に接続している。そして、この細帯板２１bを所定の間隔で複数配列することによって、ストライプ状の導電層２１が構成されている。
【００３５】
上記構成を有する導電層２１における外枠２１aの短辺にはコンタクトパッド２２が設けられている。したがって、コンタクトパッド２２を任意の基準電位(例えばＧＮＤ電位)に接続することによって、本湿度センサーチップ２３に対する上部からの外来の電磁誘導によって導電層２１に発生した電流を、コンタクトパッド２２を介して逃がすことができる。
【００３６】
こうして、上記第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２に対する上記電磁誘導の影響を阻止し、検出データ(第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２で得られた容量データ)の揺らぎを防止することができる。
【００３７】
また、その場合に、上記導電層２１はストライプ状に形成されている。したがって、上記通気路の一例としての上記ストライプの隙間２１ｃを通して雰囲気がポリマー膜(測定層)１５に十分到達することができ、ポリマー膜１５の吸湿機能を妨げるのを防止することができる。
【００３８】
尚、本実施の形態においては、所定の間隔で複数配列された上記細帯板２１bを矩形の外枠２１aに取り付け固定している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば細帯板２１bの延在方向と交差する方向に配設された例えばアルミニウムでなる複数本の取付細板に取り付け固定してもよい。
【００３９】
・第３実施の形態
図３は、本第３実施の形態の容量型湿度センサーとしての湿度センサーにおける平面概略図である。
【００４０】
本湿度センサーは、図３に示すように、基本構造は、上記第１実施の形態において図１に示す湿度センサーチップ１８と略同じチップ構造を有している。したがって、上記第１実施の形態の場合と同じ部材には同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。
【００４１】
本実施の形態における湿度センサーチップ３３は、図１および図２に示す湿度センサーチップ１８,２３の場合と同様に、導電層３１が配設されている。但し、上記第１,第２実施の形態の場合における導電層１６,２１が、ポリマー膜(測定層)１５の上面にメッシュ状またはストライプ状に構成されているのに対して、第１,第２櫛形電極１１,１２と同一平面上に矩形状に配置されている点で、上記第１,第２実施の形態の場合とは異なる。
【００４２】
より具体的に言えば、上記導電層３１は、第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２と同一平面上に(つまり、上記絶縁膜の表面上に)、例えばアルミニウムによって第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２の側面を取り囲んで覆う矩形状に形成されている。そして、矩形状の導電層３１における第１櫛形電極１１の歯部１１bおよび第２櫛形電極１２の歯部１２bと略平行な短辺には、コンタクトパッド３２が設けられている。
【００４３】
したがって、上記コンタクトパッド３２を任意の基準電位(例えばＧＮＤ電位)に接続することによって、本湿度センサーチップ３３に対する周囲側部からの外来の電磁誘導によって導電層３１に発生した電流を、コンタクトパッド３２を介して逃がすことができる。
【００４４】
こうして、上記第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２に対する周囲側方からの上記電磁誘導の影響を阻止し、検出データ(第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２で得られた容量データ)の揺らぎを防止することができる。
【００４５】
ここで、上記第３実施の形態においては、上記導電層３１を矩形状に形成しているが、上記矩形状に限定されるものではない。導電層３１は、第１櫛形電極１１および第２櫛形電極１２の側面を少なくとも覆うように形成されていればよく、その形状には何ら制限はない。
【００４６】
尚、上記第１実施の形態または上記第２実施の形態と、上記第３実施の形態とは、必ずしも独立して存在している必要はない。上記第１実施の形態に上記第３実施の形態を適用する、または、上記第２実施の形態に上記第３実施の形態を適用することによって、湿度センサーチップ３３に対する上面と側面とからの外来の電磁誘導の影響を阻止することができる。
【００４７】
また、上記第１および第２実施の形態においては、導電層１６,２１をメッシュ状またはストライプ状に形成しているが、これらの形状に限定されるものではない。導電層は、第１電極、第２電極、測定層の少なくとも一部を覆うように形成されていればよく、その形状には何ら制限はない。
【００４８】
また、上記各実施の形態においては、導電層１６,２１が測定層１５の上面を全て覆ってされていたが、これに限定されるものではない。例えば、導電層が測定層１５の上面の一部を覆っていてもよい。また、導電層が第１電極および第２電極の少なくとも一部を覆っていてもよい。
【００４９】
また、上記各実施の形態においては、ポリマー膜１５が第１櫛形電極１１と第２櫛形電極１２との間の上記絶縁膜上を含む全面に渡って塗布されていたが、これに限定されるものではない。例えば、第１電極と第２電極との間にだけ測定層を設けてもよい。
【００５０】
また、上記各実施の形態においては、シリコン半導体基板上にＳiＯ2でなる絶縁膜が形成されていたが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁膜を形成せず、絶縁体からなる基板を用いてもよい。
【００５１】
また、上記各実施の形態においては、上記第１,第２電極として櫛形電極１１,１２を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、棒状の電極を複数平行に配列し、１本置きに配置された電極を並列に接続して上記第１電極とする一方、残りの電極を並列に接続して上記第２電極としてもよい。また、渦巻き状の第１,第２電極の一方を他方の間に位置するように配置してもよい。
【００５２】
また、上記各実施の形態においては、上記ポリマー膜１５として、吸湿性を有する(つまり、雰囲気の湿度を感知して感知湿度に応じて容量を変える)誘電体膜(測定層)を用いることによって、湿度センサーを構成している。
【００５３】
以上を纏めると、この発明の容量型湿度センサーは、
基板と、上記基板上に形成された第１電極１１および第２電極１２と、上記第１電極１１と上記第２電極１２との間に設けられると共に、雰囲気の湿度に応じて容量が変化する測定層１５と、上記第１電極１１、上記第２電極１２、および上記測定層１５の少なくとも一部を覆う導電層１６,２１,３１と
を備えたことを特徴としている。
【００５４】
上記構成によれば、導電層１６,２１,３１が上記第１電極１１、上記第２電極１２、および上記測定層１５の少なくとも一部を覆っている。このため、導電層１６,２１,３１によって、第１電極１１、第２電極１２および測定層１５に対する外部からの電磁誘導の影響を阻止できる。例えば、導電層１６,２１,３１を、ＧＮＤ等の基準電位に接続することによって、本容量型湿度センサーに対する外部からの電磁誘導によって導電層１６,２１,３１に発生した電流を逃がすことによって、電磁誘導の影響を阻止できる。したがって、上記第１,第２電極１１,１２による検出データの揺らぎを防止することができる。
【００５５】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層１６,２１は、上記測定層１５の上面を少なくとも覆うように設けられると共に、雰囲気を上記測定層１５に導入するための通気路を有している。
【００５６】
この実施の形態によれば、上記導電層１６,２１を、上記測定層１５の上面を少なくとも覆うように設けている。したがって、本容量型湿度センサーに対する上方からの電磁誘導によって上記導電層１６,２１に発生した電流を逃がすことによって、上方からの電磁誘導の影響を阻止できる。
【００５７】
すなわち、上記導電層１６,２１よりも下方に位置している上記測定層１５に対する上記電磁誘導の影響を阻止することができる。
【００５８】
さらに、上記導電層１６,２１は、通気路１６a,２１cを有している。したがって、上記通気路１６a,２１cを通して雰囲気が上記測定層１５に十分到達することができ、上記測定層１５の感知機能を阻害するのを防止することができる。
【００５９】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層１６は、メッシュ状に形成されている。
【００６０】
この実施の形態によれば、上記導電層１６をメッシュ状に形成しているので、上記通気路となる上記メッシュの目１６aを通して、雰囲気を上記測定層１５に十分到達させることができる。
【００６１】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層２１は、ストライプ状に形成されている。
【００６２】
この実施の形態によれば、上記導電層２１をストライプ状に形成しているので、上記通気路となる上記ストライプの隙間２１cを通して、雰囲気を上記測定層１５に十分到達させることができる。
【００６３】
また、一実施の形態の容量型湿度センサーでは、
上記導電層３１は、上記第１電極１１および上記第２電極１２の側面を少なくとも覆うように設けられている。
【００６４】
この実施の形態によれば、上記導電層３１を、上記第１電極１１および上記第２電極１２の側面を少なくとも覆うように設けている。したがって、本容量型湿度センサーに対する側面（周囲側方）からの電磁誘導によって上記導電層３１に発生した電流を逃がすことによって、周囲側方からの電磁誘導の影響を阻止することができる。
【００６５】
すなわち、上記導電層３１よりも内側に位置している上記第１電極１１および上記第２電極１２に対する上記電磁誘導の影響を阻止することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１１…第１櫛形電極
１１a…第１櫛形電極の柄部
１１b…第１櫛形電極の歯部
１２…第２櫛形電極
１２a…第２櫛形電極の柄部
１２b…第２櫛形電極の歯部
１３,１４,１７,２２,３２…コンタクトパッド
１５…ポリマー膜(測定層)
１６,２１,３１…導電層
１６a…メッシュの目
２１a…外枠
２１b…細帯板
２１c…隙間
【図１】
2016206110.tif 000003
【図２】
2016206110.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2016206110.tif 000007