电容型湿度传感器制造技术

电容型湿度传感器包括衬底（１０）、两个电极（３１、３２）、钝化层（４０）和一个湿度敏感层（５０）。两个电极（３１、３２）配置于衬底（１０）上并在同一平面上，而且是互相对向设置，中间有一个间隔。钝化层（４０）覆盖两个电极（３１、３２）。湿度敏感层（５０）配置于间隔上或间隔之间，并且湿度敏感层（５０）的介电常数相应于湿度而改变。随着间隔的加宽，湿度传感器中的滞后减小。特别是，当间隔等于钝化层（４０）两倍或更大时，滞后可减小到小于相对湿度的１０％ＲＨ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及带有钝化层的电容型湿度传感器。在此湿度传感器中，湿度敏感膜直接与这对梳状电极接触，而梳状电极由金属材料或类似材料制成。因而，此电极是暴露于湿气中，而湿气被吸收进入湿度敏感膜并通过湿度敏感膜。于是，电极老化，而湿度传感器的耐用性下降。为了避免电极老化，在衬底上形成一个钝化膜覆盖这对梳状电极，这是在美国专利申请No.US 2002-0141136-A1中提出的。然而，带有钝化层的湿度传感器滞后现象严重，当湿度分别增加和减小时，电容器的静电电容量的增加和减小曲线之间出现这种滞后。这一滞后现象引起测量准确度下降。还存在另一种电容型湿度传感器，比如平行板型湿度传感器。平行板型湿度传感器具有一对互相对向设置的电极平板。湿度敏感膜夹在一对电极板之间。比如，根据日本专利S60-166854A的平行板型湿度传感器的构成包括一个在衬底上形成的下部电极板、在下部电极板上形成的湿度敏感膜和在此湿度敏感膜上形成的上部电极板。于是湿度敏感膜就夹在上部电极板和下部电极板中间。上部电极板具有透湿性而向外暴露。所以在此湿度传感器中滞后足够小，因为在湿度敏感膜中吸收的湿气通过此上部电极板蒸发。然而，此上部电极板的耐湿性将下降，因为上部电极板是由金属材料制成，并且，比如，金属材料会受到吸收的湿气锈蚀。此外，当上部电极板是藉助真空蒸发或溅射方法形成时，湿度敏感膜在湿度传感器作为加工件置于其内的工作室内会发生扩散。于是，工作室就会受到扩散的湿度敏感膜的污染。电容型湿度传感器包括衬底、两个电极、钝化层和一个湿度敏感层。两个电极由金属材料制成，配置于衬底上并在同一平面上，而且是互相对向设置，中间有间隔。钝化层由氮化硅制成，覆盖两个电极和该间隔。湿度敏感层由具有吸收特性的高聚物有机材料制成。湿度敏感层的介电常数随着湿度而改变。最好是衬底上配置一个绝缘层，而两个电极是在该绝缘层上形成。更具体言之，这两个电极是由一对基底电极和从基底电极延伸出来的梳齿电极组成的。两个电极的这一对梳齿电极交替地互相面对。间隔就是两个电极的梳齿电极中间的间隔。当此间隔加宽时，湿度传感器的滞后减小。特别是当此间隔等于钝化膜的膜厚的两倍或更厚时，滞后将减小到相对湿度的10％RH以下。另外，当间隔等于钝化膜的膜厚的三倍或更厚时，滞后将减小到相对湿度的5％RH以下。附图说明图1为示出根据本专利技术的具体实施方式的电容型湿度传感器的示意平面图。图2为示出沿着图1中的II-II线的电容型湿度传感器的示意剖面图。图3为示出相对湿度和湿度传感器的静电电容量的改变之间的关系曲线，其中一对梳齿电极之间的间隔为1.5μm，而氮化硅层的膜厚为1.6μm。图4为示出相对湿度和湿度传感器的静电电容量的改变之间的关系曲线，其中一对梳齿电极之间的间隔为5μm，而氮化硅层的膜厚为1.6μm。图5为示出湿度传感器中的一对梳齿电极中间的间隔和氮化硅层不同膜厚时的滞后畸变之间的关系曲线(实线)，以及平行板型湿度传感器中的关系曲线(点线)。图6为示出在湿度传感器中的一对梳齿电极中间的间隔不同时氮化硅层中的凹槽的形状的示意剖面图。在此具体实施例方式中，电极31、32的构成包括电极焊盘31C、32C、基底电极31A、32A和多个分别从基底电极31A、32A延伸出来的梳齿电极31B、32B。每个梳齿电极31B、32B都是交替地互相面对。因此，这一对梳状电极31、32就形成电容。采用梳状图形作为电极31、32，电极31、32的布置区最小，并且一对梳齿电极31B、32B的总对向面积最大。因此，一对电极31、32中间的电容的静电电容量的可检测改变值最大。电极焊盘31C、32C用作连接外部信号处理器(图中未示出)的连接器。信号处理器测定一对电极31、32中间的电容的静电电容量并且检测静电电容量的改变。电极焊盘31C、32C需要暴露在外以使电极焊盘31C、32C用作连接外部信号处理器的连接器。因此，电极焊盘31C、32C不用钝化层覆盖。然而，信号处理器也可以在同一半导体衬底10上形成，于是电极焊盘31C、32C就可以用钝化层覆盖。之后，在半导体衬底10上淀积氮化硅层40作为钝化层使其覆盖一对电极31、32。氮化硅层40，比如，可利用等离子化学汽相淀积(即等离子CVD)淀积，可使半导体衬底10上的氮化硅层40的膜厚在各个部分都均匀。之后，在氮化硅层40上形成湿度敏感层50。如图1中的点线所示，湿度敏感层50覆盖一对电极31、32，不包括电极焊盘31C、32C。湿度敏感层50由吸收湿气的高聚物有机材料组成。比如，湿度敏感层50由聚酰亚胺聚合物、乙酸丁酸纤维素(即CAB)等等构成。湿度敏感层50形成方法如下。藉助旋转涂敷法或筛网法在氮化硅层上涂敷高聚物有机材料。之后，使此高聚物有机材料硬化。当湿度传感器周围大气中的湿气吸收进入湿度敏感层50时，湿度敏感层50的介电常数相应于所吸收的湿气而改变。湿度敏感层50的介电常数的这一改变大到足以检测到，因为被吸收的湿气中的H2O的介电常数足够大。这对梳状电极31、32形成一个电容，其中的湿度敏感层50用作介电层。于是，此电容的静电电容量就随着湿度敏感层50的介电常数的改变而改变。在湿度敏感层50中吸收的湿气与湿度传感器所在的大气中的湿气相对应。因此，湿气就可通过测定电容的静电电容量的改变来检测。如图2所示，湿度敏感层50是形成于氮化硅层40之上，而不是直接形成于电极31、32之上。在互相对向设置的一对梳齿电极31B、32B之间在氮化硅层40上形成一个凹槽41，因为氮化硅层40的膜厚在半导体衬底10上在每个部分都是均匀的。考虑到相关技术，试验制成了带有钝化层的电容型湿度传感器。在这种情况下，湿度传感器表现出的相对湿度和湿度传感器的静电电容量的改变之间的关系如图3所示。在图3中，横轴代表湿度传感器中纬度大气中的相对湿度，而纵轴代表湿度传感器的静电电容量的改变。纵轴由静电电容量在0％RH归一化。A代表相对湿度从0％RH上升到100％RH时的湿度传感器的静电电容量的改变的上升曲线。B代表相对湿度从100％RH下降到0％RH时的湿度传感器的静电电容量的改变的下降曲线。C代表上升曲线和下降曲线中间的静电电容量的改变的最大差值。静电电容量的改变的这一最大差值C转换为相对湿度，于是就可计算出最大滞后畸变D。最大差值C和最大滞后畸变D下面叙述。在图3中，当相对湿度分别上升和下降时滞后出现在静电电容量改变的上升曲线和下降曲线之间。此处，在此湿度传感器中，电极31B、32B之间的间隔是1.5μm，而氮化硅层的膜厚是1.6μm。根据上述试验，可以认为滞后或许是这样引起的。凹槽41中的湿度敏感层50强烈影响与大气中的湿度相对应的静电电容量。这是因为凹槽41中的湿度敏感层50是位于一对梳状电极31B、32B之间并且与一对梳齿电极31B、32B邻接。然而，凹槽41中的湿度敏感层50也夹在凹槽41中的氮化硅层40中间。当湿气从湿度敏感层50的表面被吸收并且通过和到达凹槽41的湿度敏感层50时，凹槽41中的湿度敏感层50中的湿气很难蒸发，因为凹槽41中的湿度敏感层50是夹在氮化硅层40之中，而氮化硅层40的透湿性很低。在湿度传感器周围的大气中的相对湿度从100％RH下降到0％RH时，凹槽41中的湿度敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容型湿度传感器，其包括： 衬底（１０）； 两个电极（３１、３２），配置于衬底（１０）上并在同一平面上，而且是互相对向设置，中间有间隔； 钝化层（４０），配置于两个电极（３１、３２）上，覆盖两个电极；以及 湿度敏感层（５０），直接与钝化层（４０）相接触，以覆盖两个电极（３１、３２），湿度敏感层（５０）的介电常数根据周围湿度而改变， 其中该间隔为钝化层（４０）的膜厚的两倍或以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：浜本和明，丰田稻男，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]