JPH02309238A - 感湿素子 - Google Patents
感湿素子Info
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- JPH02309238A JPH02309238A JP13068089A JP13068089A JPH02309238A JP H02309238 A JPH02309238 A JP H02309238A JP 13068089 A JP13068089 A JP 13068089A JP 13068089 A JP13068089 A JP 13068089A JP H02309238 A JPH02309238 A JP H02309238A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、感湿素子に関する。更に詳しくは、応答速度
の向上を図った感湿素子に関する。
の向上を図った感湿素子に関する。
従来より、静電容量変化型の感湿素子の感湿膜としては
、無機系であればＡＱ、０３薄膜などが、また有機系で
あれば酢酸セルロース薄膜などが用いられている。これ
らの感湿膜は、低温から高温迄の広い温度領域にわたっ
てその応答特性が直線性にすぐれており、またヒステリ
シスの小さい感湿特性を有するものが多い。
、無機系であればＡＱ、０３薄膜などが、また有機系で
あれば酢酸セルロース薄膜などが用いられている。これ
らの感湿膜は、低温から高温迄の広い温度領域にわたっ
てその応答特性が直線性にすぐれており、またヒステリ
シスの小さい感湿特性を有するものが多い。
しかしながら、これらの感湿膜は多くの場合応答速度が
遅く、速いものでも９０％応答が３０秒程度である。そ
の主な原因の一つとして、感湿膜中における吸湿水分の
拡散速度の遅いことが挙げられる６即ち、湿度の変化に
応じて、膜と外部雰囲気との間で吸・脱湿が行われる際
、膜中の水分の拡散時間の遅れが応答の遅れとなって現
われるのである。
遅く、速いものでも９０％応答が３０秒程度である。そ
の主な原因の一つとして、感湿膜中における吸湿水分の
拡散速度の遅いことが挙げられる６即ち、湿度の変化に
応じて、膜と外部雰囲気との間で吸・脱湿が行われる際
、膜中の水分の拡散時間の遅れが応答の遅れとなって現
われるのである。
このような拡散時間を短縮する最も簡便な方法としては
、水分の拡散移動距離、即ち感湿膜の膜厚を薄くするこ
とが考えられる。しかるに、膜厚を薄くしすぎると、今
度は吸湿量が減少し、感度の低下を招くばかりではなく
、膜強度の劣化、更にはピンホールによるサンドウィッ
チ型対向電極間の短絡といった好ましくない事態を発生
させるようになる。
、水分の拡散移動距離、即ち感湿膜の膜厚を薄くするこ
とが考えられる。しかるに、膜厚を薄くしすぎると、今
度は吸湿量が減少し、感度の低下を招くばかりではなく
、膜強度の劣化、更にはピンホールによるサンドウィッ
チ型対向電極間の短絡といった好ましくない事態を発生
させるようになる。
本発明の目的は、こうした問題点を有する膜厚を薄くす
るという方法によらず、構造自体を本質的に変えること
により、応答速度の向上を図った感湿素子を提供するこ
とにある。
るという方法によらず、構造自体を本質的に変えること
により、応答速度の向上を図った感湿素子を提供するこ
とにある。
かかる本発明の目的は、シリコン単結晶基板の一方の面
上に形成された感湿膜の下の基板部分が裏面側からエツ
チング除去されており、これにより空中に保持された感
湿膜の両面に透湿性電極を付設した構造の感湿素子によ
って達成される。
上に形成された感湿膜の下の基板部分が裏面側からエツ
チング除去されており、これにより空中に保持された感
湿膜の両面に透湿性電極を付設した構造の感湿素子によ
って達成される。
次に、このような感湿素子の製造工程を、第１図（ａ）
〜（ｇ）の各工程順に説明する。
〜（ｇ）の各工程順に説明する。
（ａ）面方位（１００）面を基板面とするシリコン単結
晶基板１の全面に、熱酸化法により厚さ約０．１〜１μ
ｍ程度の酸化膜２を形成させる。酸化膜の形成は、エツ
チングを所定位置に行うために必要である。
晶基板１の全面に、熱酸化法により厚さ約０．１〜１μ
ｍ程度の酸化膜２を形成させる。酸化膜の形成は、エツ
チングを所定位置に行うために必要である。
（ｂ）基板の一方の面の酸化膜上に、感湿膜３を無機系
で約０．３〜１０μｍ、また有機系で約０．５〜５μｍ
の膜厚で形成させる。感湿膜の材質およびそれに対応す
る形成法の２，３の例を挙げると、次の如くである。
で約０．３〜１０μｍ、また有機系で約０．５〜５μｍ
の膜厚で形成させる。感湿膜の材質およびそれに対応す
る形成法の２，３の例を挙げると、次の如くである。
一ノも
Ａ Ｑ 、０． 常圧ＣＶＤ法反応
性スパッタリング法 有機シリコーン系 プラズマ重合法ポリイミド系
スピンキャスト法酢酸セルロース系 ポリビニルアルコール系 （Ｃ）形成された感湿膜の下の湿度検知部の裏面に相当
する部分の酸化膜を、通常のフォトリソグラフィ技術を
用い、ドライエツチング法あるいはウェットエツチング
法により、次のような条件下で除去４する。
性スパッタリング法 有機シリコーン系 プラズマ重合法ポリイミド系
スピンキャスト法酢酸セルロース系 ポリビニルアルコール系 （Ｃ）形成された感湿膜の下の湿度検知部の裏面に相当
する部分の酸化膜を、通常のフォトリソグラフィ技術を
用い、ドライエツチング法あるいはウェットエツチング
法により、次のような条件下で除去４する。
ドライエツチング（プラズマエツチング）例：ガス
ＣＦ、 （５％０２含有）圧力 ０．８Ｔｏ
ｒｒ 高周波電力 ２５０ｗ ウェットエツチング例： 液組成（モル比） ＮＨ４Ｆ：ｌ（Ｆ （７：ｌ）浴
温 室温 （ｃｌ）上記（Ｃ）工程により露出したシリコン単結晶
基板部分を異方性エツチング液中に浸漬し、異方性エツ
チング５する。エツチングは、感湿膜３下の酸化膜速達
したところで終了する。異方性エツチング液としては、
種々のものが知られているが、その内の代表例を挙げる
と次の如くである。
ＣＦ、 （５％０２含有）圧力 ０．８Ｔｏ
ｒｒ 高周波電力 ２５０ｗ ウェットエツチング例： 液組成（モル比） ＮＨ４Ｆ：ｌ（Ｆ （７：ｌ）浴
温 室温 （ｃｌ）上記（Ｃ）工程により露出したシリコン単結晶
基板部分を異方性エツチング液中に浸漬し、異方性エツ
チング５する。エツチングは、感湿膜３下の酸化膜速達
したところで終了する。異方性エツチング液としては、
種々のものが知られているが、その内の代表例を挙げる
と次の如くである。
例１：組成 約５〜５０重量％ＫＯ）！水溶液浴温
約４０〜９０℃ 例２：組成 エチレンジアミン １７ｍ Ｑ水
８゛ｍＱ ピロカテコール ３ｇ 浴温 １１０＠±１℃ （ｅ）異方性エツチングで残った酸化膜を、前記（ｅ）
工程と同様のエツチング法により除去６．６’。
約４０〜９０℃ 例２：組成 エチレンジアミン １７ｍ Ｑ水
８゛ｍＱ ピロカテコール ３ｇ 浴温 １１０＠±１℃ （ｅ）異方性エツチングで残った酸化膜を、前記（ｅ）
工程と同様のエツチング法により除去６．６’。
６″する。
（ｆ）以上の工程により空中に保持された状態の感湿膜
３′の両面に透湿性電極７，７゛を付設する。
３′の両面に透湿性電極７，７゛を付設する。
透湿性電極の形成は、電極材料としてＡｕ、 Ｐｔなど
を用い、真空蒸着法、スパッタリング法などによりサン
ドウィッチ型対向電極を形成させることにより行われる
。形成された電極膜は、透湿性でなければならないので
、その膜厚は約１００〜５００人、好ましくは約２００
人程度に設定される。
を用い、真空蒸着法、スパッタリング法などによりサン
ドウィッチ型対向電極を形成させることにより行われる
。形成された電極膜は、透湿性でなければならないので
、その膜厚は約１００〜５００人、好ましくは約２００
人程度に設定される。
（ｇ）形成された透湿性電極から、リード線８゜８′が
引き出される。
引き出される。
以上の各工程が、基本的な工程であるが、更に好ましく
は、次のような付加工程が実施される。
は、次のような付加工程が実施される。
（ｄ′）工程＜ａ＞による酸化膜の形成後、更にその表
面にＳｉ、 Ｎ４のような窒化けい素膜を通常の減圧Ｃ
ｖＤ法により形成させる。窒化けい素膜は、耐食性にす
ぐれた膜であるので、工程（ｄ）における異方性エツチ
ングの際、良好なエツチングマスクとして基板を保護す
る。
面にＳｉ、 Ｎ４のような窒化けい素膜を通常の減圧Ｃ
ｖＤ法により形成させる。窒化けい素膜は、耐食性にす
ぐれた膜であるので、工程（ｄ）における異方性エツチ
ングの際、良好なエツチングマスクとして基板を保護す
る。
（Ｃ′）窒化けい素膜を形成させた場合には、酸化膜と
同様に、湿度検知部の裏面に相当する部分４の窒化けい
素膜も除去しなければならないが、これにはドライエツ
チング法が用いられる。
同様に、湿度検知部の裏面に相当する部分４の窒化けい
素膜も除去しなければならないが、これにはドライエツ
チング法が用いられる。
（ｄ′）感湿膜が異方性エツチング液に対して耐食性を
有しない場合には、工程（ｂ）の感湿膜の形成を工程（
ｄ）の異方性エツチングの後に行うこともできる。
有しない場合には、工程（ｂ）の感湿膜の形成を工程（
ｄ）の異方性エツチングの後に行うこともできる。
（ｅ゛）窒化けい素膜が形成されている場合、ドライエ
ツチングが行われる。
ツチングが行われる。
〔作用〕および〔発明の効果〕
本発明に係る感湿素子は、感湿膜中にはその表裏両面か
ら吸湿水分が拡散してくることになるため、測定雰囲気
と感湿膜との間で含有水分量が平衡状態に達する迄の時
間が短縮される。これにより、感湿膜の膜厚を減らさず
に、換言すれば感度を低下させることなく、応答速度を
向上させることができる。
ら吸湿水分が拡散してくることになるため、測定雰囲気
と感湿膜との間で含有水分量が平衡状態に達する迄の時
間が短縮される。これにより、感湿膜の膜厚を減らさず
に、換言すれば感度を低下させることなく、応答速度を
向上させることができる。
このような構造の感湿膜を有する基板をセンサとして用
いる場合には、空気中の相対湿度に応じて膜中の水分量
が変化するため、電極間の静電容量を測定すれば、相対
湿度変化を感湿膜の誘電率変化として検出することがで
きる。
いる場合には、空気中の相対湿度に応じて膜中の水分量
が変化するため、電極間の静電容量を測定すれば、相対
湿度変化を感湿膜の誘電率変化として検出することがで
きる。
次に、実施例について本発明を説明する。
実施例
（ａ）面方位（１００）面を基板面とするシリコン単結
晶基板の全面に、常圧、水蒸気中で１１００℃。
晶基板の全面に、常圧、水蒸気中で１１００℃。
２時間の熱酸化を行い、厚さ約１μｍの酸化膜を形成さ
せた。
せた。
（ｂ）基板の一方の面の酸化膜上に、膜厚約１μｍの感
湿性ポリイミド膜（原料ポリイミドとして地代成製品Ｐ
ＩＭＥＬを用い、製膜はメーカー推奨法による）を形成
させた。
湿性ポリイミド膜（原料ポリイミドとして地代成製品Ｐ
ＩＭＥＬを用い、製膜はメーカー推奨法による）を形成
させた。
（ｃ）形成されたポリイミド感湿膜の下の湿度検知部の
裏面に相当する部分の酸化膜を、フォトリングラフィ技
術によりウェットエツチング法（エツチング液組成モル
比ＮＨ４Ｆ ： ＨＦ＝＝７ ： １、浴温室温１時間
約５分間）で除去した。
裏面に相当する部分の酸化膜を、フォトリングラフィ技
術によりウェットエツチング法（エツチング液組成モル
比ＮＨ４Ｆ ： ＨＦ＝＝７ ： １、浴温室温１時間
約５分間）で除去した。
（ｄ）この工程により露出したシリコン単結晶基板部分
を異方性エツチング液（エツチング液組成：エチレンジ
アミン１７ｍ Ｑ 、 １（２０８ｍ Ｑ、ピロカテコ
ール３ｇ）中に浸漬し、窒素ガスバブリング下に浴温１
１０℃で異方性エツチングを行った。エツチングは、エ
ツチング面がシリコン基板を貫通したところで終了させ
た。
を異方性エツチング液（エツチング液組成：エチレンジ
アミン１７ｍ Ｑ 、 １（２０８ｍ Ｑ、ピロカテコ
ール３ｇ）中に浸漬し、窒素ガスバブリング下に浴温１
１０℃で異方性エツチングを行った。エツチングは、エ
ツチング面がシリコン基板を貫通したところで終了させ
た。
（ｅ）異方性エツチング終了後、（Ｃ）工程と同様のエ
ツチング法により、感湿膜裏側の酸化膜をエツチング除
去した。
ツチング法により、感湿膜裏側の酸化膜をエツチング除
去した。
（ｆ）以上の工程により空中に保持状態となった感湿膜
の両面に、厚さ約２００人の透湿性金電極を付設させた
。
の両面に、厚さ約２００人の透湿性金電極を付設させた
。
（ｇ）形成された透湿性金電極から、リード線が引き出
された。
された。
このようにして得られた素子について、次のような測定
を行った。
を行った。
相対湿度−静電容量（第２図）：
分流式湿度発生装置を用いて基準湿度を発生させ、この
湿度雰囲気を素子を設置した試験槽中に導入し、このと
きの素子電極間の静電容量を周波数Ｉ ＫＨｚ、測定温
度３０℃で測定。
湿度雰囲気を素子を設置した試験槽中に導入し、このと
きの素子電極間の静電容量を周波数Ｉ ＫＨｚ、測定温
度３０℃で測定。
時間−相対湿度（第３図）：
分流式湿度発生装置を２台用い、各装置内で相対湿度値
を２部または６０％に調整した空気を、素子が設置され
た試験槽内に６０秒毎に交互に毎分１０Ｑの流量で導入
した。そして、２０％ＲＨの雰囲気が６０％ＲＨ定常値
になる迄の所要時間、あるいは６０％ＲＨの雰囲気が２
０％ＲＨ定常値になる迄の所要時間をそれぞれ測定し、
測定結果を実線で示した。なお、変化した湿度は、第２
図の測定条件および測定結果を利用し、静電容量から相
対湿度を算出した。
を２部または６０％に調整した空気を、素子が設置され
た試験槽内に６０秒毎に交互に毎分１０Ｑの流量で導入
した。そして、２０％ＲＨの雰囲気が６０％ＲＨ定常値
になる迄の所要時間、あるいは６０％ＲＨの雰囲気が２
０％ＲＨ定常値になる迄の所要時間をそれぞれ測定し、
測定結果を実線で示した。なお、変化した湿度は、第２
図の測定条件および測定結果を利用し、静電容量から相
対湿度を算出した。
また、点線は、第４図に示される如き断面を有する従来
の感湿素子（１１：シリコン単結晶基板、１２：下部電
極、１３：ポリイミド感湿膜、１４：上部電極、１５．
１５’ ：リード線）についての測定結果を示している
。
の感湿素子（１１：シリコン単結晶基板、１２：下部電
極、１３：ポリイミド感湿膜、１４：上部電極、１５．
１５’ ：リード線）についての測定結果を示している
。
以上の結果から５本発明に係る感湿素子は、広い湿度領
域にわたって感湿特性を示すと共に、従来の感湿素子の
約２倍の応答速度を示すことが分かる。
域にわたって感湿特性を示すと共に、従来の感湿素子の
約２倍の応答速度を示すことが分かる。
第１図は１本発明に係る感湿素子の製造工程図である。
第２〜３図は、それぞれ得られた感湿素子の相対湿度−
静電容量および時間−相対湿度の関係を示すグラフであ
る。また、第４図は、従来の感湿素子の断面図である。 （符号の説明） １・・・・・シリコン単結晶基板 ２・・・・・酸化膜 ３・・・・・感湿膜 ４・・・・・酸化膜除去部分 ５・・・・・基板除去部分 ６・・・・・酸化膜除去部分 ７・・・・・透湿性電極
静電容量および時間−相対湿度の関係を示すグラフであ
る。また、第４図は、従来の感湿素子の断面図である。 （符号の説明） １・・・・・シリコン単結晶基板 ２・・・・・酸化膜 ３・・・・・感湿膜 ４・・・・・酸化膜除去部分 ５・・・・・基板除去部分 ６・・・・・酸化膜除去部分 ７・・・・・透湿性電極
Claims (1)
- １．シリコン単結晶基板の一方の面上に形成された感湿
膜の下の基板部分が裏面側からエッチング除去されてお
り、これにより空中に保持された感湿膜の両面に透湿性
電極を付設してなる感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13068089A JPH02309238A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13068089A JPH02309238A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 感湿素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02309238A true JPH02309238A (ja) | 1990-12-25 |
Family
ID=15040047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13068089A Pending JPH02309238A (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02309238A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002088693A1 (fr) * | 2001-04-27 | 2002-11-07 | Yamatake Corporation | Capteur capacitif |
| JP2003516539A (ja) * | 1999-12-08 | 2003-05-13 | ゼンジリオン アクチエンゲゼルシャフト | 容量型センサー |
| JP2022535861A (ja) * | 2019-06-07 | 2022-08-10 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | デュアルポアセンサ |
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| JPS5566749A (en) * | 1978-11-06 | 1980-05-20 | Siemens Ag | Volume type humidity sensor and preparing same |
| JPS6249249A (ja) * | 1985-08-28 | 1987-03-03 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 湿度センサの製造方法 |
-
1989
- 1989-05-24 JP JP13068089A patent/JPH02309238A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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