JP2004279370A

JP2004279370A - 容量式湿度センサ

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Publication number: JP2004279370A
Application number: JP2003075017A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Hamamoto; 和明浜本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: US20040182153A1; JP3855950B2; US7032448B2

Abstract

【課題】簡便にオフセット電圧を低減でき、センサの体格を小型化可能な容量式湿度センサを提供すること。
【解決手段】半導体基板１２上に、検出電極２１，２２と感湿膜２３からなる検出部２０と、参照電極３１，３２と容量調整膜としての透湿膜３３からなる参照容量部３０とを備え、検出電極２１，２２間と参照電極３１，３２間の容量差（Ｃｓ−Ｃｒ）をＣ−Ｖ変換回路５０を介して電圧信号に変換し湿度を検出する容量式湿度センサ１０において、参照電極３１，３２の電極パターンを検出電極２１，２２と略同一とし、参照電極３１，３２上に湿度が基準状態（例えば湿度０％ＲＨ）である場合の感湿膜２３の誘電率と略等しい誘電率を有する透湿膜３３を設けた。
透湿膜３３を設けるだけでオフセット電圧を低減でき、それによりオフセット補正回路等を要しないので、センサ１０の体格を小型化できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量式湿度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上に設けられた２個の検出電極間の容量変化から湿度を検出する容量式湿度センサとして、本出願人は先に特許文献１を開示している。
【０００３】
このセンサは、半導体基板表面に、第１の絶縁膜を介して対向する２個の検出用電極を有し、これらの検出用電極上を第２の絶縁膜を介して感湿膜で覆っている。また、半導体基板には、湿度が変化しても容量値が変化しない基準容量を有する基準容量部が設けられている。
【０００４】
そして、検出用電極は基準容量部を含む回路素子部とともに、検出用電極間の容量変化を電圧信号に変換して出力するためのスイッチドキャパシタ（ＳＣ）回路を構成している。従って、基準容量部の基準容量と湿度に応じて変化する検出用電極間の容量との差をもとに湿度を検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１４−２４３６９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特許文献１の容量式湿度センサにおける基準容量部は、半導体基板と、当該半導体基板上に設けられた配線電極とにより構成され、半導体基板と配線電極との間の対向面間には感湿膜と誘電率が異なる第１の絶縁膜が配置されている。このような場合、湿度が基準状態（湿度０％ＲＨ或いは湿度１００％ＲＨ等）である場合の検出用電極間の容量値と基準容量との容量差（初期容量差）が大きくなり、オフセット電圧が生じる。このオフセット電圧が大きいと、センサ出力範囲に占める湿度変化による出力範囲が小さくなるので、湿度の検出精度が低下してしまう。そこで、オフセット電圧をできる限り小さくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示す容量式湿度センサにおいてオフセット電圧を低減するためには、例えば基準容量部の配線電極パターンを半導体基板との対向面面積が増加するように大型化したり、生じたオフセット電圧を補正するためのオフセット補正回路を回路素子部の一部として設けなければならない。この場合、別途配線電極や補正回路の設計を行う手間がかかる。また、回路素子部の形成面積も大きくなるので、センサ体格を小型化することが困難である。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑み、簡便にオフセット電圧を低減でき、センサ体格の小型化が可能な容量式湿度センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の容量式湿度センサは、半導体基板と、当該半導体基板上に対向配置された一対の検出電極と、一対の検出電極上に形成され、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜とを備える検出部と、半導体基板上に対向配置された一対の参照電極からなる参照容量部とを備え、検出電極間の容量値と参照電極間の容量値との差を電圧信号に変換して湿度を検出するものである。そして、参照容量部は、湿度が基準状態である場合の容量差を低減するための容量調整膜を参照電極上に備えることを特徴とする。
【００１０】
このように本センサは、参照電極上に湿度が基準状態（湿度０％ＲＨ或いは湿度１００％ＲＨ等）における容量差（初期容量差）を低減するための容量調整膜を備えている。これにより、検出電極間と参照電極間との初期容量差を低減することができ、すなわちオフセット電圧を小さくすることができる。
【００１１】
従って、参照容量部に容量調整膜を設けるだけであるので、簡便にオフセット電圧を低減することができ、オフセット補正回路の設置や、参照電極のパターンの大型化が不要となるので、センサの体格を小型化することができる。
【００１２】
請求項２に記載のように、検出電極と参照電極の電極形状及び大きさが略等しく、且つ、湿度が基準状態である場合の感湿膜と容量調整膜の誘電率が略等しいことが好ましい。
【００１３】
検出電極と参照電極の両電極形状及び大きさ（電極パターン）が略等しく、且つ、湿度が基準状態における感湿膜と容量調整膜の誘電率が略等しければ、初期容量差をほぼ０とすることができるので、オフセット電圧をほぼ０とすることができる。
【００１４】
また、検出電極と参照電極の両電極パターンが略同一であるので、電極パターン設計が容易であり、同一工程で両電極を形成することができるので、製造工程を簡略化できる。
【００１５】
請求項３に記載のように容量調整膜は、透湿膜であることが好ましい。透湿膜であると、透湿性を有するので請求項４に記載のように、検出部の感湿膜上に設けることができる。検出部及び参照容量部にともに透湿膜が設けられれば、透湿膜が気体中の水蒸気（以下水分という）の影響を受けその誘電率が変化したとしても、容量変化に与える透湿膜の影響分を相殺し低減することができるので、より精度良く湿度を検出することができる。
【００１６】
具体的に透湿膜としては、請求項５に記載のようにゲル膜を用いると良い。ゲル膜であれば、水分を透過させることができ、湿度が基準状態における感湿膜の誘電率と略等しい誘電率を示す（例えば感湿膜としてポリイミド、透湿膜としてシリコン系ゲル）ので、透湿膜として好適に用いることができる。
【００１７】
また、容量調整膜は、請求項６に記載のように、感湿膜と、当該感湿膜上に形成された非透湿膜により構成されても良い。この場合、検出電極上に感湿膜を形成するとともに、参照電極上にも同一材料からなる感湿膜を形成するので、湿度０％ＲＨにおける初期容量差をほぼ等しくすることができ、簡便にオフセット電圧をほぼ０とすることができる。
【００１８】
また、参照電極上の感湿膜は水分を透過しない非透湿膜により保護されており、湿度が変化しても参照電極間の容量値はほぼ一定の値を示すことができるので、本センサは精度良く湿度を検出することができる。
【００１９】
非透湿膜としては、請求項７に記載のようにシリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜を用いることができる。これらを用いれば、参照容量部の感湿膜を水分から好適に保護することができる。
【００２０】
請求項８に記載のように、一対の検出電極は、互いが噛み合うように櫛歯状に設けられていることが好ましい。このような櫛歯状の電極構成にすることにより、対向面積を大きくできるので、小さいスペースで、より大きな容量値を得ることができる。
【００２１】
請求項９に記載のように、半導体基板と検出電極及び参照電極との間に第１絶縁膜を備え、検出電極と感湿膜との間及び参照電極と透湿膜或いは感湿膜との間に第２絶縁膜を備えることが好ましい。このように第１，第２絶縁膜により、絶縁性が確保されるとともに、第２の絶縁膜により電極の耐湿性も確保することができるので、センサの信頼性が向上される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は本実施の形態における容量式湿度センサの概略を示す部分平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。図１（ａ）においては、便宜上、第２絶縁膜及び感湿膜の直下にある検出電極と第２絶縁膜及び容量調整膜の直下にある参照電極とを透過させて図示し、識別のため両電極にハッチングを施している。尚、本実施の形態の容量式湿度センサは、エアコンの湿度制御に用いられ室内の湿度を検出したり、気象観測用として屋外の湿度を検出する等の用途に供される。
【００２３】
容量式湿度センサ１０は、第１絶縁膜１１を介して半導体基板１２上に検出部２０と参照容量部３０からなるセンサ部４０を有し、検出部２０と参照容量部３０との容量差をもとに、湿度を検出するものである。尚、図１（ａ），（ｂ）は、容量式湿度センサ１０のセンサ部４０周辺を示している。
【００２４】
半導体基板１２は、例えば単結晶シリコンからなり、その表面に第１絶縁膜１１としてのシリコン酸化膜を有している。そして、第１絶縁膜１１を介して、検出部２０を構成する一対の検出電極２１，２２が、半導体基板１２上に対向して形成されている。
【００２５】
検出電極２１，２２は、ＡＩ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｕ等の通常の半導体製造ラインで使用可能な導電性材料を用いて形成され、本実施の形態では、Ａｌにより形成されるものとする。また、その形状は特に限定されないが、本実施の形態において検出電極２１，２２は、互いに噛み合って対向する櫛歯状を有している。これにより、検出電極２１，２２の配置スペースを極力小さくしつつ、両電極２１，２２間の対向面積を大きくすることができるので、複数の検出電極２１，２２全体、すなわち、検出部２０の容量値を大きくすることができる。尚、検出電極２１の一端には、所定の電位が入力される検出電極パッド４１が検出電極２１，２２と同材料を用いて形成されている。
【００２６】
ここで、参照容量部３０を構成する一対の参照電極３１，３２も、検出部２０の検出電極２１，２２と同一平面上にて、互いに対向するように形成されている。参照電極３１，３２は、検出電極２１，２２同様、ＡＩ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｕ等の通常の半導体製造ラインで使用可能な材料を用いて形成され、本実施の形態では、検出電極２１，２２と同じＡｌにより形成されるものとする。また、その形状は特に限定されないが、本実施の形態においては、検出電極２１，２２と略同一のパターン（形状及び大きさ）を有している。従って、参照容量部３０も参照電極３１，３２の配置スペースを極力小さくしつつ、参照電極３１，３２間の対向面積を大きくすることができるので、複数の参照電極３１，３２全体、すなわち、参照容量部３０の容量値を大きくすることができる。尚、参照電極３２の一端には、所定の電位が入力される参照電極パッド４２が参照電極３１，３２と同材料を用いて形成されている。また、検出電極２２及び参照電極３１の一端には、共通の共通電極パッド４３が他のパッド４１，４２と同材料を用いて形成されている。尚、検出回路については後述する。
【００２７】
そして、検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２上には、図１（ｂ）に示すように第２絶縁膜１３としてのシリコン窒化膜が形成されている。本実施の形態において第２絶縁膜１３は、検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２を覆い、且つ、検出電極２１，２２間及び参照電極３１，３２間に介在するようように形成されている。しかしながら、第２絶縁膜１３は、各電極２１，２２，３１，３２の絶縁性及び耐湿性を確保するためのものであり、少なくとも検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２上に形成されれば良い。
【００２８】
さらに、第２絶縁膜１３上の検出部２０領域（検出電極２１，２２を覆う領域）に感湿膜２３が形成され、参照容量部３０領域（参照電極３１，３２を覆う領域）に容量調整膜が形成されている。
【００２９】
感湿膜２３は、吸湿性の高分子有機材料からなり、例えばポリイミドや酪酸酢酸セルロース等を用いることができる。尚、本実施の形態においては、ポリイミドを用いるものとする。この感湿膜２３は、膜中に誘電率が高い水分子が侵入すると、侵入した水分量に応じて感湿膜２３の誘電率が大きく変化する。従って、検出電極２１，２２間の容量値Ｃｓは、当該感湿膜２３の水分量に応じて変化する。
【００３０】
また感湿膜２３は、図１（ｂ）に示すように、第２絶縁膜１３を介して検出電極２１，２２を覆うように形成されている。しかしながら、第２絶縁膜１３を介して検出電極２１，２２を覆いつつ、検出電極２１，２２間に介在するように形成しても良い。
【００３１】
容量調整膜は、湿度が基準状態（湿度０％ＲＨ或いは湿度１００％ＲＨ等）における検出電極２１，２２間の容量値と参照電極３１，３２間の容量値との容量差（以下初期容量差という）を小さくするために設けられるものであり、例えば水分（気体中の水蒸気）を透過し、所定の誘電率を有する透湿膜３３を用いることができる。より具体的には、水蒸気のみを透過し、液体を遮断するシリコン系やフッ素系等のゲル膜、或いはゴアテックス（登録商標）等を用いることができ、その中でもシリコン系ゲルがより透湿性に優れ好ましい。本実施の形態においては、感湿膜２３と湿度０％ＲＨにおける誘電率が略同等であるシリコン系ゲルを用いるものとする。この透湿膜３３は、湿度の影響を殆ど受けないので、参照電極３１，３２間の容量値Ｃｒは湿度の影響を殆ど受けずにほぼ一定の値を示す。尚、湿度の基準状態とは、そのセンサ１０において、オフセット電圧を調整する基準となる湿度のことを示し、０％ＲＨ〜１００％ＲＨの範囲において任意に設定されるものである。一般的には、湿度０％ＲＨないし湿度１００％ＲＨが基準とされる。
【００３２】
本実施の形態における容量式湿度センサ１は、上述の構成において、半導体基板１２上にセンサ部４０として検出部２０と参照容量部３０とを有し、検出部２０の検出電極２１，２２間の容量値Ｃｓと参照容量部３０の参照電極３１，３２間の容量値Ｃｒとの容量差をもとに、湿度を検出するものである。
【００３３】
ここで、本発明における容量式湿度センサ１０の検出回路の一例を図２に示す。本実施の形態のセンサ１０における回路手段は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイッチドキャパシタ回路）５０を有し、当該Ｃ−Ｖ変換回路５０は、演算増幅器５１、容量値Ｃｆを有するコンデンサ５２、及びスイッチ５３から構成される。そして、検出部２０を構成する検出電極２１，２２間に生じる容量値Ｃｓに比例する電荷と、参照容量部３０を構成する参照電極３１，３２間に生じる容量値Ｃｒに比例する電荷との差の電荷を、コンデンサ５２に蓄積し電圧に変換して出力するものである。尚、Ｃ−Ｖ変換回路５０は、図示されない回路素子部としてセンサ部４０とともに半導体基板１２上に設けられて集積化されても良いし、別途外部回路として設けられ、センサ部４０の共通電極パッド４３に電気的に接続した構成としても良い。
【００３４】
演算増幅器５１の反転入力端子は、共通電極パッド４３を介して検出電極２２及び参照電極３１に接続されており、反転入力端子と出力端子と間には、コンデンサ５２及びスイッチ５３が並列に接続されている。また、本実施の形態においては、検出部２０と参照容量部３０の初期容量差（この場合湿度０％ＲＨ）が略同一であるので、演算増幅器５１の非反転入力端子はアース接続されている。
【００３５】
また、回路手段は図示されない制御回路を有しており、この制御回路は検出電極パッド４１から一定振幅Ｖｃｃで周期的に変化する第１搬送波を検出部２０の検出電極２１に入力し、参照電極パッド４２から、第１搬送波と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖｃｃである第２搬送波を参照容量部３０の参照電極３２に入力する。
【００３６】
また、スイッチ５３は図示されない制御回路からのクロック信号に同期して生成されるトリガ信号によりオン／オフされ、例えば図３に示すように、第１搬送波の立上がりタイミング（第２搬送波の立ち下がりタイミング）で一定時間（第１搬送波の１／２周期より短い時間）だけオンするように設定される。
【００３７】
図３に示すように、検出期間Ｔ１において、スイッチ５３がオンされるとコンデンサ５２が放電され、続いてスイッチ５３をオフすると検出電極２１，２２間と参照電極間３１，３２間から電荷（Ｃｓ−Ｃｒ）×Ｖｃｃが放出され、この電荷がコンデンサ５２に蓄積される。従って、演算増幅器５１の出力端子にセンサ部４０の容量差（Ｃｓ−Ｃｒ）と振幅Ｖｃｃに応じた電圧Ｖｏｕｔが生じる。この電圧Ｖｏｕｔは次式で示される。
【００３８】
【数１】Ｖｏｕｔ＝（Ｃｓ−Ｃｒ）×Ｖｃｃ／Ｃｆ
このとき、周囲の湿度変化に応じて、参照容量部３０の容量値Ｃｒは変化せず、検出部２０の容量値Ｃｓは変化する。従って、数式１に示される電圧Ｖｏｕｔを検出することにより、湿度を検出することができる。尚、この電圧Ｖｏｕｔは、この後、増幅回路やローパスフィルタ等を備えた図示されない信号処理回路にて信号処理され、湿度検出信号として検出される。
【００３９】
次に、容量式湿度センサ１０の製造方法について、図１（ｂ）を用いて説明する。
【００４０】
先ず、半導体基板１２の表面に、ＣＶＤ法等により第１絶縁膜１１であるシリコン酸化膜を形成する。
【００４１】
第１絶縁膜１１形成後、検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２を、Ａｌ等を用い蒸着法等により第１絶縁膜１１上に形成する。尚、検出電極パッド４１、参照電極パッド４２、及び共通電極パッド４３も同時に形成される。そして、検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２を覆うように第２絶縁膜１３であるシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法等にて形成する。
【００４２】
続いて図示されないが、検出電極パッド４１、参照電極パッド４２、及び共通電極パッド４３の少なくとも１つが外部回路等と接続される際には、当該パッド上の第２絶縁膜１３を、フォトリソグラフを用いたエッチングにより除去する。
【００４３】
そして、第２絶縁膜１３上の検出部２０の領域に、例えば印刷法により所定パターンに塗布し硬化する方法やスピンコート法を用いてポリイミドを塗布し硬化させフォトエッチする方法により感湿膜２３を形成する。
【００４４】
また、ポッティング等により、第２絶縁膜１３上の参照容量部３０の領域にシリコンゲルを塗布し、容量調整膜としての透湿膜３３を形成する。尚、半導体基板１２にＣ−Ｖ変換回路５０等の回路素子部を形成する際は、第１絶縁膜１１の形成前に、従来の半導体製造技術を用いて形成する。
【００４５】
このようにして形成された容量式湿度センサ１０において、容量調整膜としての透湿膜３３形成による初期容量差（オフセット電圧）低減の効果は、シミュレーションからも明らかである。その結果を図４に示す。センサ構成は上述同様とし、湿度０％ＲＨにおいて誘電率３．４のポリイミドを感湿膜２３とし、誘電率３．２のシリコンゲルを透湿膜３３とした。図４に示すように、透湿膜３３を参照電極３１，３２上に設けることにより、湿度０％ＲＨにおける検出部２０と参照容量部３０との初期容量差（Ｃｓ−Ｃｒ）を小さくできることがわかる。また、実際に同様のセンサ構成を有する容量式湿度センサ１０と、透湿膜３０を有さない容量式湿度センサを形成し容量差を比較したところ、透湿膜３０を設けたセンサ１０の容量差は透湿膜３０がないセンサの容量差の約１／８となった。
【００４６】
ここで、センサ出力範囲が例えば０〜５Ｖであるとすると、仮にオフセット電圧が２Ｖ生じた場合には、湿度検出のために３Ｖの出力範囲しか取れないため、湿度の検出精度が低下する。従来の容量式湿度センサにおいては、この問題を解決するために、別途オフセット補正回路を設けたり、容量電極３１，３２を大きくして、オフセット電圧を補正していた。
【００４７】
しかしながら、本実施の形態における容量式湿度センサ１０は、センサ部４０の一部として参照電極３１，３２上に容量調整膜を設けることにより、初期容量差を小さくし、簡便にオフセット電圧を低減することができる。従って、オフセット電圧低減のために、オフセット補正回路を設けたり、参照容量部３０の参照電極３１，３２の電極パターンを大型化する必要がないので、センサ１０の体格を小型化することができる。
【００４８】
また、検出電極２１，２２と参照電極３１，３２の電極パターンが略同一であれば、参照電極３１，３２の電極パターン設計を別途する必要がなく、同一工程で両電極２１，２２，３１，３２を一括形成することもできるので、製造工程を簡略化することができる。
【００４９】
尚、湿度が基準状態（例えば湿度０％ＲＨ）であるときの透湿膜３３の誘電率が感湿膜２３の誘電率よりも大きい場合には、参照電極３１，３２の電極パターンを小さくすることにより、初期容量差を低減することもできる。この場合、センサ体格をより小型化することができるが、別途参照電極３１，３２のパターン設計を行う手間が生じる。このように、検出電極２１，２２と参照電極３１，３２の電極パターンを必ずしも略同一にする必要はないが、別途電極パターンの設計を行う必要があるため、略同一とするほうが好ましい。
【００５０】
また、本実施の形態において、湿度０％ＲＨにおける感湿膜２３の誘電率と略等しい誘電率を有する透湿膜３３を用い、湿度０％ＲＨにおける初期容量差を小さくし、オフセット電圧を低減する例を示した。しかしながら、それ以外にも、例えば湿度１００％ＲＨを基準状態として、湿度１００％ＲＨにおける感湿膜２３の誘電率と略等しい誘電率を有する透湿膜３３を用い、湿度１００％ＲＨにおける初期容量差を小さくし、オフセット電圧を低減しても良い。この場合、図３において、スイッチ５３のオン／オフタイミングを変更し、第２搬送波の立上がりタイミング（第１搬送波の立ち下がりタイミング）で一定時間だけオンするように設定し、第１搬送波がローレベル、第２搬送波がハイレベルの期間において出力電圧Ｖｏｕｔを検出すればよい。また、それ以外にも、湿度５０％ＲＨを基準状態としても良い。
【００５１】
また、本実施の形態において、センサ１０の出力範囲を広くとるために演算増幅器５１の非反転入力端子をアース電位とした。しかしながら、所定の電位を基準電位として入力することもできる。例えば、容量調整膜の大きさや厚さにより初期容量差はできるだけ小さくなるように調整されるが、それでも初期容量差が生じた場合には、中点電位に相当する電位を基準電位として非反転入力端子に入力しても良い。また、上記湿度５０％ＲＨを基準状態とする場合には、Ｖｃｃ／２を非反転入力端子に入力すれば良い。
【００５２】
また、本実施の形態においては、容量調整膜として透湿膜３３を参照電極３１，３２上にのみ形成する例を示した。しかしながら、透湿膜３３は水分を透過するので、図５に示すように、参照容量部３０（感湿膜２３上）とともに検出部２０に設けても良い。検出電極２１，２２上にも第２絶縁膜１３及び感湿膜２３を介して透湿膜３３が形成されれば、透湿膜３３が周囲の湿度の影響を受けて誘電率が変化したとしても、透湿膜３３の容量変化に与える影響分を相殺することができ、より精度良く湿度を検出することができる。
【００５３】
また、センサ構造としては、センサ部４０直下の半導体基板１２が削除されたメンブレン構造であっても良い。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を、図６に示す容量式湿度センサ１０の断面図に基づいて説明する。
【００５５】
第２の実施の形態における容量式湿度センサ１０は、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００５６】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、容量調整膜として透湿膜２３の替わりに、感湿膜２３と非透湿膜を形成した点である。
【００５７】
図６に示すように、検出電極２１，２２及び参照電極３１，３２は同一平面上に形成され、その上部に第２絶縁膜１３であるシリコン窒化膜が形成されている。尚、検出電極２１，２２と参照電極３１，３２の両電極パターンは略同一である。そして、第２絶縁膜１３上のセンサ部４０領域（検出部２０領域＋参照容量部３０領域）に、例えばポリイミドからなる感湿膜２３が形成されている。
【００５８】
従って、湿度０％ＲＨにおける検出部２０の容量値Ｃｓと参照容量部３０の容量値Ｃｒが略等しくなるので、オフセット電圧をほぼ０とすることができる。
【００５９】
さらに、参照容量部３０の感湿膜２３上には、非透湿膜６０が形成されている。非透湿膜６０は、水分を透過しない（感湿膜２３への水分を遮断する）材料をもとに構成され、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いることができる。尚、本実施の形態においてはシリコン窒化膜を用いるものとし、プラズマＣＶＤ法等により形成するものとする。
【００６０】
従って、周囲の湿度変化に応じて検出部２０側の感湿膜２３の誘電率が変化し、検出部２０の容量値Ｃｓが変化するのに対し、参照容量部３０側の感湿膜２３は非透湿膜６０にて水分が遮断されるので、誘電率が変化せず参照容量部３０の容量値Ｃｒも一定の値を示すこととなる。
【００６１】
このように、本実施の形態における容量式湿度センサ１０は、参照容量部３０に容量調整膜の一部として検出部２０同様感湿膜２３を備えているので、湿度０％ＲＨにおける検出部２０の容量値Ｃｓと参照容量部３０の容量値Ｃｒとの初期容量差を小さくすることができる。特に、検出電極２１，２２と参照電極３１，３２とが同一パターンであると、湿度０％ＲＨにおける容量差をほぼ０とでき、オフセット電圧をより低減することができる。
【００６２】
そして、参照容量部３０は感湿膜２３上に容量調整膜の一部として非透湿膜６０を備えているので、湿度が変化しても参照電極３１，３２間の容量値Ｃｒはほぼ一定の値を示すことができる。従って、本実施の形態における容量式湿度センサ１０は、湿度を精度良く検出することができる。
【００６３】
また、オフセット電圧低減のために、オフセット補正回路を設けたり、参照容量部３０の参照電極３１，３２の電極パターンを大型化する必要がなく、参照容量部３０に容量調整膜として感湿膜２３と非透湿膜６０を設けるだけであるので、簡便にオフセット電圧を低減でき、センサ１０の体格を小型化することができる。
【００６４】
さらに、本実施の形態においても、検出電極２１，２２と参照電極３１，３２の電極パターンが略同一であれば、参照電極３１，３２の電極パターン設計を別途する必要がなく、同一工程で両電極２１，２２，３１，３２を一括形成することもできるので、製造工程を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における容量式湿度センサの概略を示す図であり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図２】検出回路を示すブロック図である。
【図３】図３に示す検出回路に対するタイミングチャートの一例を示す図である。
【図４】透湿膜の効果を示す図である。
【図５】第１実施形態の変形例を示す断面図である。
【図６】第２実施形態における容量式湿度センサの断面図である。
【符号の説明】
１０・・・容量式湿度センサ
１１・・・第１絶縁膜
１２・・・半導体基板
１３・・・第２絶縁膜
２０・・・検出部
２１，２２・・・検出電極
２３・・・感湿膜
３０・・・参照容量部
３１，３２・・・参照電極
３３・・・透湿膜
６０・・・非透湿膜

Claims

半導体基板と、
当該半導体基板上に対向配置された一対の検出電極と、前記一対の検出電極上に形成され、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜とを備える検出部と、
前記半導体基板上に対向配置された一対の参照電極からなる参照容量部とを備え、
前記検出電極間の容量値と前記参照電極間の容量値との容量差を電圧信号に変換して湿度を検出する容量式湿度センサであって、
前記参照容量部は、前記湿度が基準状態である場合の前記容量差を低減するための容量調整膜を前記参照電極上に備えることを特徴とする容量式湿度センサ。
前記検出電極と前記参照電極の電極形状及び大きさが略等しく、且つ、前記湿度が基準状態である場合の前記感湿膜と前記容量調整膜の誘電率が略等しいことを特徴とする請求項１に記載の容量式湿度センサ。
前記容量調整膜は、透湿膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式湿度センサ。
前記透湿膜は、前記検出部の前記感湿膜上にも設けられることを特徴とする請求項３に記載の容量式湿度センサ。
前記透湿膜は、ゲル膜であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の容量式湿度センサ。
前記容量調整膜は、前記感湿膜と当該感湿膜上に設けられた非透湿膜からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式湿度センサ。
前記非透湿膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の容量式湿度センサ。
前記一対の検出電極は、互いが噛み合うように櫛歯状に設けられていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の容量式湿度センサ。
前記半導体基板と前記検出電極及び前記参照電極との間に第１絶縁膜を備え、前記検出電極と前記感湿膜との間及び前記参照電極と前記容量調整膜との間に第２絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の容量式湿度センサ。