湿度检测装置、故障判断方法以及温度检测装置与流程

本发明涉及湿度检测装置、故障判断方法以及温度检测装置。

背景技术：

湿度检测装置中具有将由介电常数根据所吸收的水分量而变化的高分子材料形成的感湿膜用作电介质的静电容量式的湿度检测装置。在该静电容量式的湿度检测装置中，感湿膜配置于电极间，通过对该电极间的静电容量进行测定来求出湿度(相对湿度)。

作为静电容量式的湿度检测装置的电极结构，已知有梳齿型和平行平板型。梳齿型是指将对置的一对梳齿状电极设置在同一平面上，并在该一对梳齿状电极上设有感湿膜的结构。平行平板型是指在形成于基板上的下部电极和在该下部电极上相对地设置的上部电极之间设有感湿膜的结构。

另外，在静电容量式的湿度检测装置中，已知有设置用于通过加热来调整感湿膜的水分量的加热部的情况(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，提出将由多晶硅等形成的布线层用作发热电阻体，并在基板上形成加热部的方案。

然而，在电极结构为平行平板型的情况下，如专利文献1所记载的那样，当在基板上形成加热部时，隔着绝缘膜而层叠形成于加热部的上方的电极因受到加热部的形状的影响而导致平坦性降低。例如，如专利文献1所记载的那样，在将加热部形成为蛇腹状的情况下，考虑使电极成为凹凸形状。

这样，当电极的平坦性降低时，电极间距离产生不均，不仅静电容量的制造偏差等变大，湿度的检测精度也降低。

另外，上述那样的湿度检测装置例如通过作为封固构件的树脂来封固具有湿度检测部的传感器芯片，由此被封装化。由于湿度检测部需要与作为检测对象的外部气体接触，因此在封固构件上形成有用于使湿度检测部露出的开口部(例如，参照专利文献2)。

另外，已知在传感器芯片中，除了设有湿度检测部以外还设有用于对外部气体的温度进行检测的温度检测部。

在传感器芯片中除了设有湿度检测部以外还设有温度检测部的情况下，为了使湿度检测部和温度检测部这两者从封固构件露出，需要将湿度检测部和温度检测部这两者配置于上述开口部。

然而，在作为温度检测部而使用了利用半导体的带隙的特性的带隙型的温度传感器的情况下，因光入射至温度检测部而产生光电效应并使上述特性发生变动，温度的检测精度有可能劣化。

因此，虽然想要在温度检测部的光入射侧使用布线层来形成遮光膜，但布线层为了形成多条不同电位的布线，需要在同一布线层内，在布线间形成狭缝(间隙)。存在光从该狭缝进入而入射到温度检测部的可能性。

专利文献1：日本特开2006-234576号公报

专利文献2：日本特开2018-59716号公报

技术实现要素：

本发明的目的在于，提高形成于加热部的上方的平行平板型的电极的平坦性，另外，目的还在于提高温度检测部的遮光性。

公开的技术是一种湿度检测装置，其具有：半导体基板；由所述半导体基板中的杂质扩散层形成的加热部；隔着绝缘膜形成于所述加热部的上方的下部电极；覆盖所述下部电极的感湿膜；以及形成于所述感湿膜上的上部电极。

公开的技术还包括一种湿度检测装置的故障判断方法，所述湿度检测装置具有：半导体基板；加热部，其由所述半导体基板中的杂质扩散层形成；下部电极，其隔着绝缘膜形成于所述加热部的上方；感湿膜，其覆盖所述下部电极；上部电极，其形成于所述感湿膜上；以及温度检测部，其形成于所述半导体基板，其中，根据基于所述下部电极与所述上部电极之间的静电容量而检测的湿度和由所述温度检测部检测的温度来进行故障判断。

公开的技术还包括一种温度检测装置，具有：半导体基板，其形成有温度检测部；多个布线层，其形成于所述半导体基板上；基板连接层，其对所述多个布线层中的至少一个布线层与所述半导体基板进行连接；一个或者多个层间连接层，其对所述多个布线层间进行连接；第一遮光壁，其由所述基板连接层形成，且包围所述温度检测部的周围；第二遮光壁，其由所述层间连接层形成，且包围所述温度检测部的周围；以及遮光膜，其由所述多个布线层中的比所述第二遮光壁靠上层的布线层形成，且覆盖所述温度检测部的上方。

根据本发明，能够提高形成于加热部的上方的平行平板型的电极的平坦性，提高温度检测部的遮光性。

附图说明

图1是例示出本发明的一实施方式所涉及的湿度检测装置的概要结构的图。

图2是简要示出沿着图1中的a-a线的剖面的剖视图。

图3是去除了铸模树脂的状态下的湿度检测装置的俯视图。

图4是示出传感器芯片的结构的概要俯视图。

图5是例示出esd保护电路的结构的电路图。

图6是例示出构成esd保护电路的nmos晶体管的层结构的图。

图7是例示出湿度检测部的结构的电路图。

图8是例示出温度检测部的结构的电路图。

图9是用于说明传感器芯片的元件结构的概要剖视图。

图10是例示出下部电极以及上部电极的形状的俯视图。

图11是例示出构成加热部的n型扩散层的形状的俯视图。

图12是例示出asic芯片的功能结构的框图。

图13是对故障判断处理进行说明的流程图。

图14是例示出第一插头层的图案的俯视图。

图15是简要示出沿着图14中的b-b线的剖面的剖视图。

图16是例示出第一布线层的图案的俯视图。

图17是简要示出沿着图16中的b-b线的剖面的剖视图。

图18是例示出第二插头层的图案的俯视图。

图19是简要示出沿着图18中的b-b线的剖面的剖视图。

图20是例示出第二布线层的图案的俯视图。

图21是简要示出沿着图20中的b-b线的剖面的剖视图。

图22是示出将温度检测部设为电阻型温度传感器的例子的图。

附图标记说明：

10：湿度检测装置，20：传感器芯片，21：湿度检测部，22：温度检测部，23：加热部，24，24a～24f：键合焊盘，30：asic芯片，31：湿度测量处理部，32：温度测量处理部，33：加热控制部，34：故障判断部，40：铸模树脂(封固构件)，41：引线端子，42：第一daf，45：第二daf，50：开口部，51：有效开口部，60：esd保护电路，61：二极管，70：p型半导体基板，80：湿度检测用电容器，81：参考用电容器，82：参考电极，83：下部电极，84：上部电极，84a：开口，86：感湿膜，87：保护膜，88：遮光膜，90：双极晶体管，91：n型扩散层，92：p型扩散层，93：n型扩散层，94～96：布线，97：导电膜，97a：开口，97b：布线，106：n型扩散层，107，108：布线，110：第一绝缘膜，111：第二绝缘膜，112：第三绝缘膜，120：第一布线层，121：第二布线层，122：第一插头层(基板连接层)，122a：插头组，122b：遮光壁(第一遮光壁)，122c：遮光壁，123：第二插头层(层间连接层)，123a：插头组，123b：插头组，123c：遮光壁(第二遮光壁)，123d：遮光壁。

具体实施方式

以下，参照附图对具体实施方式进行说明。在各附图中，对相同的构成部分标注相同的附图标记，有时省略重复的说明。需要说明的是，在本公开中，在仅记载为湿度的情况下的湿度表示相对湿度。

[概要结构]

对本发明的一实施方式所涉及的湿度检测装置10的结构进行说明。

图1是例示出本发明的一实施方式所涉及的湿度检测装置10的概要结构的图。图1的(a)是从上方观察湿度检测装置10的俯视图。图1的(b)是从下方观察湿度检测装置10的仰视图。图1的(c)是从横向观察湿度检测装置10的侧视图。另外，图2是简要示出沿着图1的(a)中的a-a线的剖面的剖视图。

湿度检测装置10的平面形状为大致矩形，对置的2组两条边的一方与x方向平行，另一方与y方向平行。x方向与y方向相互正交。

另外，湿度检测装置10在与x方向以及y方向正交的z方向上具有厚度。需要说明的是，湿度检测装置10的平面形状并不局限于矩形，也可以是圆形、椭圆、多边形等。

湿度检测装置10具有：作为第一半导体芯片的传感器芯片20；作为第二半导体芯片的asic(applicationspecificintegratedcircuit)芯片30；作为封固构件的铸模树脂40；以及多个引线端子41。

传感器芯片20隔着第一daf(dieattachfilm：芯片粘结膜)42而层叠于asic芯片30上。即，传感器芯片20和asic芯片30成为堆叠结构。

传感器芯片20和asic芯片30通过多条第一键合线43而被电连接。asic芯片30和多个引线端子41通过多条第二键合线44而被电连接。

这样层叠化后的传感器芯片20以及asic芯片30、多条第一键合线43、多条第二键合线44以及多个引线端子41通过铸模树脂40封固而被封装化。该封装方式被称作plp(platingleadpackage)方式。

详情后述，在asic芯片30的下表面残存有在采用plp方式进行封装化时使用的第二daf45。第二daf45具有使asic芯片30的下表面绝缘的作用。第二daf45和多个引线端子41在湿度检测装置10的下表面露出。

各引线端子41由镍、铜形成。第一daf42以及第二daf45分别由树脂和二氧化硅等的混合物所构成的绝缘材料形成。铸模树脂40是包括炭黑、二氧化硅等的混合物的环氧基树脂等具有遮光性的黑色系的树脂。

在湿度检测装置10的上表面侧形成有使传感器芯片20的一部分从铸模树脂40露出的开口部50。该开口部50例如壁部为锥状，且开口面积随着朝向下方而变小。将该开口部50中的、实际上使传感器芯片20露出的最下端的部分称作有效开口部51。

在形成开口部50时，一边将金属模具按压于传感器芯片20一边利用铸模树脂40进行封固。通过此时的金属模具对传感器芯片20和asic芯片30施加的按压力，可能会产生芯片破裂等破损。为了防止该破损，传感器芯片20的厚度t1和asic芯片30的厚度t2分别优选为例如200μm以上。

图3是去除铸模树脂40后的状态下的湿度检测装置10的俯视图。如图3所示，传感器芯片20和asic芯片30各自的平面形状为大致矩形，具有与x方向平行的两边和与y方向平行的两边。传感器芯片20比asic芯片30小，且隔着第一daf42而层叠于asic芯片30的表面上。

在传感器芯片20中，在通过有效开口部51露出的区域设有湿度检测部21、温度检测部22以及加热部23。加热部23在湿度检测部21的下表面侧以覆盖湿度检测部21的形成区域的方式形成。即，加热部23的面积比湿度检测部21大。这样，作为封固构件的铸模树脂40以使湿度检测部21以及温度检测部22露出的状态对传感器芯片20等进行封固。

另外，在传感器芯片20的端部形成有多个键合焊盘(以下简称作焊盘)24。在本实施方式中，形成有6个焊盘24。焊盘24例如由铝、铝硅合金(alsi)形成。

asic芯片30是信号处理以及控制用的半导体芯片，且形成有后述的湿度测量处理部31、温度测量处理部32、加热控制部33以及故障判断部34(均参照图12)。

另外，在asic芯片30的表面中未被传感器芯片20覆盖的区域设有多个第一焊盘35和多个第二焊盘36。第一焊盘35以及第二焊盘36例如由铝、铝硅合金(alsi)形成。

第一焊盘35经由第一键合线43而与传感器芯片20的对应的焊盘24连接。第二焊盘36经由第二键合线44而与对应的引线端子41连接。引线端子41配置于asic芯片30的周围。

在制造时，asic芯片30的安装位置以引线端子41为基准而被决定。传感器芯片20在asic芯片30上的安装位置以asic芯片30的位置或者引线端子41中的任一者为基准而被决定。开口部50通过使用了金属模具的传递模塑法等而形成，该金属模具的位置以引线端子41为基准而被决定。

图3所示的附图标记25表示传感器芯片20上的湿度检测部21以及温度检测部22的形成允许区域。该形成允许区域25以在安装时即便在asic芯片30、传感器芯片20以及金属模具之间产生最大的位置偏移的情况下也可靠地从开口部50露出的方式设定于开口部50的形成区域内。若湿度检测部21以及温度检测部22形成于形成允许区域25内，则与上述位置偏移无关地，可靠地从开口部50露出。

[传感器芯片的结构]

接下来，对传感器芯片20的结构进行说明。

图4是示出传感器芯片20的结构的概要俯视图。前述焊盘24是在来自外部的电压施加、电位检测中使用的端子。在图4中，将图3所示的多个焊盘24区分地表示为焊盘24a～24f。需要说明的是，在无需区别焊盘24a～24f的情况下，仅称作焊盘24。

焊盘24a作为与地电位接地的地电极端子(gnd)而发挥功能。该焊盘24a经由布线、基板而与温度检测部22、加热部23等各部分电连接。

焊盘24b是与湿度检测部21的下部电极83电连接的下部电极端子(bot)。焊盘24b用于向下部电极83供给驱动电压。焊盘24c是与湿度检测部21的上部电极84电连接的湿度检测用端子(hmd)。焊盘24c用于从上部电极84获取相对湿度的检测信号。焊盘24d是与湿度检测部21的参考电极82电连接的参考电极端子(ref)。焊盘24d用于从参考电极82获取湿度检测用的参考信号。

焊盘24e是与温度检测部22电连接的温度检测用端子(tmp)。焊盘24e用于获取温度的检测信号。焊盘24f是与加热部23电连接的加热用端子(ht)。焊盘24f用于供给用于驱动加热部23的驱动电压。

另外，在焊盘24a以外的焊盘24b～24f上分别连接有静电放电(esd：electro-staticdischarge)保护电路60。各esd保护电路60连接于作为输入端子或者输出端子的焊盘24b～24f的各个焊盘与作为地电极端子的焊盘24a之间。在本实施方式中，esd保护电路60由一个二极管61构成。二极管61的阳极侧与焊盘24a连接，阴极侧与焊盘24b～24f中的任一者连接。

esd保护电路60优选以尽可能远离有效开口部51的方式配置于焊盘24b～24f的附近。esd保护电路60被铸模树脂40覆盖，因此不会产生因光电效应导致的不必要的电荷发生。

[esd保护电路的结构]

接下来，对esd保护电路60的结构进行说明。

图5是例示出esd保护电路60的结构的电路图。如图5所示，构成esd保护电路60的二极管61例如由n沟道mos(metal-oxide-semiconductor)晶体管(以下，称作nmos晶体管)形成。具体地说，二极管61将nmos晶体管的源极、栅极以及背栅短路(所谓的二极管连接)。该短路部作为阳极而发挥功能。该nmos晶体管的漏极作为阴极而发挥功能。

图6是例示出构成esd保护电路60的nmos晶体管的层结构的图。该nmos晶体管具有在用于构成传感器芯片20的p型半导体基板70的表层形成的两个n型扩散层71、72、接触层73以及栅极电极74。栅极电极74隔着栅极绝缘膜75而形成于p型半导体基板70的表面上。栅极电极74配置于两个的n型扩散层71、72之间。

例如，n型扩散层71作为源极而发挥功能，n型扩散层72作为漏极而发挥功能。接触层73是用于与作为背栅的p型半导体基板70电连接的低电阻层(p型扩散层)。n型扩散层71、栅极电极74以及接触层73被共用地连接而被短路。该短路部作为阳极而发挥功能，n型扩散层72作为阴极而发挥功能。

p型半导体基板70例如是p型硅基板。栅极电极74由金属、多结晶硅(多晶硅)形成。栅极绝缘膜75例如由二氧化硅等的氧化膜形成。

[湿度检测部的结构]

接下来，对湿度检测部21的结构进行说明。

图7是例示出湿度检测部21的结构的电路图。如图7所示，湿度检测部21具有湿度检测用电容器80和参考用电容器81。

湿度检测部21的一方的电极(下部电极83)与作为下部电极端子的焊盘24b连接。湿度检测部21的另一方的电极(上部电极84)与作为湿度检测用端子的焊盘24c连接。参考用电容器81的一方的电极与湿度检测部21的一方的电极(下部电极83)共用。参考用电容器81的另一方的电极(参考电极82)与作为参考电极端子的焊盘24d连接。

湿度检测用电容器80在电极间设有后述的感湿膜86。感湿膜86由吸收空气中的水分并根据所吸收的水分量而介电常数发生变化的聚酰亚胺等高分子材料形成。因此，湿度检测用电容器80的静电容量根据感湿膜86吸收的水分量而发生变化。

参考用电容器81在电极间设有后述的第二绝缘膜111(参照图9)。第二绝缘膜111由不吸收水分的二氧化硅(sio2)等绝缘材料形成。因此，参考用电容器81的静电容量不发生变化、或者即便发生变化也极其微小。

感湿膜86所含的水分量与湿度检测装置10的周围的湿度对应，因此通过对湿度检测用电容器80的静电容量与参考用电容器81的静电容量之差进行检测，能够测定相对湿度。基于作为湿度检测用端子的焊盘24c的电位和作为参考电极端子的焊盘24d的电位，通过asic芯片30内的湿度测量处理部31(参照图12)来进行该相对湿度的测定。

[温度检测部的结构]

接下来，对温度检测部22的结构进行说明。

图8是例示出温度检测部22的结构的电路图。温度检测部22是利用在半导体的带隙因温度变化而使电气特性成比例地变化的特性来检测温度的带隙型的温度传感器。例如，温度检测部22包括将基极、发射极、集电极中的任两者连接而成为2个端子的1个或者多个双极晶体管。通过检测该2个端子间的电阻值，能够测定温度。

如图8所示，在本实施方式中，通过并列地连接多个(例如8个)将基极和集电极连接而成的npn型的双极晶体管90来构成温度检测部22。这样，通过并列连接多个双极晶体管90，pn结的结面积增大，esd耐性提高。

双极晶体管90的发射极与作为地电极端子的焊盘24a连接。双极晶体管90的基极以及集电极与作为温度检测用端子的焊盘24e连接。

基于焊盘24e的电位，通过由asic芯片30内的温度测量处理部32(参照图12)来进行温度的测定。

[传感器芯片的元件结构]

接下来，对传感器芯片20的元件结构进行说明。

图9是用于说明传感器芯片20的元件结构的概要剖视图。需要说明的是，在图9中，在与湿度检测部21、温度检测部22以及加热部23相同的剖面内示出焊盘24a、24b、24c、24e，但这是为了便于结构的理解，并不意味着实际存在于同一剖面内。关于湿度检测部21、温度检测部22以及加热部23的剖面，为了易于结构的理解也被简化，各部分的位置关系等与实际不同。

如图9所示，传感器芯片20使用前述的p型半导体基板70而形成。在该p型半导体基板70形成有第一深n阱100a和第二深n阱100b。在第一深n阱100a中形成有温度检测部22。在第二深n阱100b中形成有加热部23。

在未形成第一深n阱100a和第二深n阱100b中的任一者的p型半导体基板70的表层形成有p阱103a、103b。在p阱103a、103b的表层分别形成由p型扩散区域构成的接触层104a、104b。接触层104a、104b是形成于p型半导体基板70上的预定的布线层与p型半导体基板70的电连接用的低电阻层(p型扩散层)。

在第一深n阱100a的表层形成有p阱101和n阱102。在p阱101的表层形成有n型扩散层91以及p型扩散层92。在n阱102的表层形成有n型扩散层93。n型扩散层91，p型扩散层92以及n型扩散层93构成前述的npn型的双极晶体管90，并分别作为发射极，基极以及集电极而发挥功能。

在第二深n阱100b的表层形成有p阱105。在p阱105的表层形成有1个或者2个以上的n型扩散层106。在本实施方式中，形成有多个n型扩散层106。例如，各n型扩散层106在与纸面正交的方向上延伸，且作为整体而成为1维格子状(参照图11)。n型扩散层106具有预定的电阻值(例如，约3ω的片电阻值)，作为因电流流过而发热的电阻体发挥功能。即，n型扩散层106构成前述的加热部23。

p型半导体基板70内的各层使用通常的半导体制造工序(cmos工序)而形成。因此，作为电阻体的n型扩散层106以与温度检测部22的一部分所包含的n型扩散层91、93相同的制造工序形成。n型扩散层106、91、93通过离子注入工序而同时形成，该离子注入工序通过对n型杂质(例如磷)进行离子注入而进行向基板中的杂质添加。即，作为电阻体的n型扩散层106与温度检测部22的一部分所包含的n型扩散层91、93，距p型半导体基板70的表面的深度相同。另外，也可以是n型扩散层106与温度检测部22的一部分所包含的p型扩散层92距p型半导体基板70的表面的深度相同。

需要说明的是，也可以代替离子注入工序，以通过热处理进行杂质添加的热扩散工序形成n型扩散层106、91、93。

另外，前述的esd保护电路60的n型扩散层71、72也以与n型扩散层106、91、93相同的制造工序(离子注入工序或者热扩散工序)制作。接触层73以与p型扩散层92，接触层104a、104b等相同的制造工序(离子注入工序或者热扩散工序)制作。

p型半导体基板70中的其它层主要作为接触层而发挥功能，故省略说明。

在p型半导体基板70的表面上依次层叠有第一绝缘膜110，第二绝缘膜111以及第三绝缘膜112。它们由二氧化硅(sio2)，氮化硅(sin)等绝缘材料形成。

在第一绝缘膜110上形成有第一布线层120。在第二绝缘膜111上形成有第二布线层121。第二绝缘膜111覆盖在第一布线层120上。第三绝缘膜112覆盖在第二布线层121上。第一布线层120以及第二布线层121由铝(al)等导电性材料形成。作为第一布线层120以及第二布线层121的导电性材料，也可以使用alsi、alsicu、au/ni、cr等。

在第一绝缘膜110中形成有第一插头层122，该第一插头层122具有用于将第一布线层120与p型半导体基板70连接的多个第一插头。第一插头层122也称为基板连接层。在第二绝缘膜111中形成有第二插头层123，该第二插头层123具有用于将第一布线层120与第二布线层121连接的多个第二插头。第二插头层123也称为层间连接层。第一插头层122以及第二插头层123由钨(w)等导电性材料形成。

例如，用于将前述的双极晶体管90的基极与集电极连接的布线94由第一布线层120形成，且经由第一插头层122而与p型扩散层92以及n型扩散层93连接。另外，布线94经由第二插头层123以及第二布线层121而与作为温度检测用端子的焊盘24e连接。另外，作为双极晶体管90的发射极的n型扩散层91经由第一插头层122、第一布线层120以及第二布线层121而与作为地电极端子的焊盘24a连接。

用于将加热部23的一端与地电位接地的布线107由第一布线层120形成，且经由第一插头层122而与n型扩散层106以及接触层104b连接。另外，用于将加热部23的另一端与作为加热用端子的焊盘24f连接的布线108，经由第一插头层122而与n型扩散层106连接，并且，经由第二插头层123以及第二布线层121而与焊盘24f连接。需要说明的是，布线108为了防止因在加热部23流过较大的电流导致的电迁移而优选比其他布线增粗宽度。

参考用电容器81的参考电极82由第一布线层120形成，且经由第二插头层123以及第二布线层121而与作为参考电极端子的焊盘24d(在图9中未图示)连接。

另外，湿度检测用电容器80的下部电极83由第二布线层121形成且与作为下部电极端子的焊盘24b电连接。实际上，下部电极83经由第二插头层123而与由第一布线层120形成的布线(未图示)连接。该布线经由第二插头层123而与由第二布线层121形成的布线(未图示)连接，且与焊盘24b连接。

此外，用于将湿度检测用电容器80的上部电极84与作为湿度检测用端子的焊盘24c电连接的布线85由第二布线层121形成。实际上，布线85经由第二插头层123而与由第一布线层120形成的布线(未图示)连接。该布线经由第二插头层123而与由第二布线层121形成的布线(未图示)连接，且与焊盘24e连接。

需要说明的是，下部电极83隔着第二绝缘膜111配置在与参考电极82对置的位置。

焊盘24a～24f由铝等导电性材料形成于第三绝缘膜112上，贯穿第三绝缘膜112而与第二布线层121连接。

在第三绝缘膜112上形成有感湿膜86。感湿膜86的厚度为0.5μm～1.5μm，且感湿膜86由根据湿度而容易吸附以及解除吸附水分子的高分子材料形成。感湿膜86例如是厚度为1μm的聚酰亚胺膜。需要说明的是，形成感湿膜86的高分子材料并不局限于聚酰亚胺，也可以是纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚乙烯醇(pva)等。

感湿膜86的上表面平坦，在该上表面上形成有平板状的上部电极84。上部电极84形成于隔着感湿膜86而与下部电极83对置的位置。上部电极84的一部分与布线85连接。上部电极84例如是由厚度为200nm的铝等形成的导电膜。另外，为了将空气中的水分子有效地导入到感湿膜86中，在上部电极84形成有多个开口84a。

在感湿膜86上以覆盖上部电极84的方式设有保护膜87。保护膜87由高分子材料例如与感湿膜86相同的材料形成。保护膜87的厚度例如为0.5μm～10μm。

在感湿膜86以及保护膜87上形成有使焊盘24a～24f露出的开口。

这样，由下部电极83和上部电极84构成平行平板的湿度检测用电容器80。另外，由下部电极83和参考电极82构成平行平板的参考用电容器81。另外，湿度检测用电容器80和参考用电容器81配置于加热部23的上方。

因此，通过加热部23发热，来加热下部电极83与上部电极84之间的感湿膜86。由此，感湿膜86因被加热而温度上升，由此吸附与湿度相应的量的水分子，因此介电常数发生变化，湿度检测用电容器80的静电容量降低。另外，温度检测部22对因加热部23产生的温度上升进行检测。

图10是例示出下部电极83以及上部电极84的形状的俯视图。如图10所示，下部电极83和上部电极84均为矩形。上部电极84以覆盖下部电极83上的方式形成。

开口84a优选尽可能地小，越小越能够防止电场向空气中的泄漏。实际上，形成有许多开口84a。需要说明的是，开口84a并不局限于正方形，可以是细长的长方形，也可以是圆形。另外，开口84a也可以排列为锯齿状。开口84a优选为圆形且排列为锯齿状。

需要说明的是，虽然在图10中省略图示，但在下部电极83的下方形成有矩形的参考电极82。

图11是例示出构成加热部23的n型扩散层106的形状的俯视图。如图11所示，n型扩散层106成为平行地排列多个细长的长方形区域的一维格子状。该一维格子状的n型扩散层106的一端与前述的布线107连接，另一端与前述的布线108连接。加热部23以覆盖温度检测部22的整体的方式位于温度检测部22的下方。

[asic芯片的功能结构]

接下来，对asic芯片30所构成的功能部进行说明。

图12是例示出asic芯片30的功能结构的框图。如图12所示，在asic芯片30构成有湿度测量处理部31、温度测量处理部32、加热控制部33以及故障判断部34。

湿度测量处理部31向作为下部电极端子的焊盘24b施加预定的驱动电压，并且对作为湿度检测用端子的焊盘24c的电位和作为参考电极端子的焊盘24d的电位进行检测。而且，湿度测量处理部31基于两者的检测值的值(电位差)进行信号处理，由此计算相对湿度(％rh)。

温度测量处理部32检测作为温度检测用端子的焊盘24e的电位，并计算与检测电位对应的温度。

加热控制部33通过对作为加热用端子的焊盘24f施加预定的驱动电压，使电流(例如10ma左右)流过加热部23而使加热部23发热。加热控制部33通过控制向焊盘24f施加的电压来进行发热量的控制。

故障判断部34基于由湿度测量处理部31测量出的相对湿度和由温度测量处理部32测量出的温度来进行故障判断。故障判断部34在故障判断时，将与加热部23的加热开始以及结束相关的指示发给加热控制部33。具体地说，在使加热部23发热之后温度不上升的情况以及温度上升而湿度不降低的情况下，故障判断部34判断为故障。

[故障判断处理]

接下来，对由故障判断部34进行的故障判断处理进行说明。

图13是对故障判断处理进行说明的流程图。故障判断处理例如根据从湿度检测装置10的外部输入到asic芯片30的开始信号而开始。

如图13所示，当故障判断处理开始时，故障判断部34从湿度测量处理部31获取相对湿度的测量值h1(以下，称作湿度h1)，并从温度测量处理部32获取温度的测量值t1(以下，称作温度t1)(步骤s1)。该湿度h1以及温度t1是加热部23不发热的状态下的初始状态的测量值。

接下来，故障判断部34向加热控制部33给予加热开始指示，并开始基于加热部23的加热(步骤s2)。然后，故障判断部34在经过了一定时间之后，再次从湿度测量处理部31获取相对湿度的测量值h2(以下，称作湿度h2)，并从温度测量处理部32获取温度的测量值t2(以下，称作温度t2)(步骤s3)。然后，故障判断部34向加热控制部33给予加热结束指示，并结束基于加热部23的加热(步骤s4)。

接下来，故障判断部34对温度t1和温度t2进行比较(步骤s5)，在t2＞t1的情况下，即在通过加热使温度上升的情况下(判断为是)，处理进展到步骤s6。在步骤s6中，故障判断部34对湿度h1和湿度h2进行比较，在h2＜h1的情况下，即在通过加热使湿度降低的情况下(判断为是)，判断为湿度检测装置10的各部分正常(步骤s7)。

另一方面，在步骤s5中，在不满足t2＞t1的情况下，即在通过加热而温度不上升的情况下(判断为否)，故障判断部34判断为加热部23或者温度检测部22故障(步骤s8)。这是因为，认为加热部23的加热动作存在异常或者温度检测部22的温度检测动作存在异常。该故障原因还包括第一键合线43的断线等。

另外，在步骤s6中，在不满足h2＜h1的情况下，即在通过加热而湿度不降低的情况下(判断为否)，故障判断部34判断为湿度检测部21故障(步骤s9)。这是因为，与加热部23的加热动作正常无关地，湿度检测部21的湿度检测动作不发挥功能。该故障原因还包含第一键合线43的断线等。

根据以上，故障判断处理结束。需要说明的是，故障判断部34将步骤s7～s9中的判断结果经由引线端子41适当地向外部输出。

例如，在初始状态下，在t1＝23.0℃、h1＝50％rh的情况下，露点为12.03℃dp。在通过加热部23的加热使温度上升了2.0℃的情况下，在正常时，成为t2＝25.0℃。此时，当环境不改变而露点为12.03℃dp且恒定时，在正常时，成为h2＝44.3％rh。

这样，在上述故障判断处理中，在温度不上升的情况以及温度上升而湿度不降低的情况下，判断为故障。根据该故障判断，能够容易地检测湿度检测装置10的故障。

[效果]

在上述实施方式中，利用n型扩散层106来形成加热部23，形成有n型扩散层106的p型半导体基板70的表层是平坦的，因此形成于p型半导体基板70上的第一绝缘膜110～第三绝缘膜112、感湿膜86的平坦性高。因此，形成于加热部23的上方的参考电极82、下部电极83以及上部电极84不受加热部23的形状影响而平坦性提高。因此，形成于加热部23的上方的平行平板的电极间距离(下部电极83与上部电极84之间的电极间距离、以及下部电极83与参考电极82之间的电极间距离)的不均被抑制而成为大致恒定，湿度的检测精度的降低得以抑制。

另外，在上述实施方式中，在传感器芯片20的下表面配置有树脂膜即第一daf42。由于该树脂膜的热传导率低，具有抑制从传感器芯片20向asic芯片30的放热的效果，因此从加热部23向感湿膜86的热传导效率提高。

另外，在上述实施方式中，由于将构成加热部23的n型扩散层106设为一维格子状，因此发热的均匀性提高。这是因为，假设在将n型扩散层106设为一个区域的情况下，认为因杂质添加的不均等导致电流集中流向传导率高的部分，发热不均匀化。

[传感器芯片的平面布局结构]

接下来，对传感器芯片20的更具体的平面布局结构进行说明。

图14～图21是示出传感器芯片20的温度检测部22及其周边的形成区域中的平面布局结构以及剖面结构的图。

图14是例示出形成于p型半导体基板70上的第一插头层122的图案的俯视图。图15是简要示出沿着图14中的b-b线的剖面的剖视图。

如图15所示，在p型半导体基板70形成有与图9所示的温度检测部22的形成区域对应的杂质扩散层、阱、接触层等。这些区域与上述相同，故省略其说明。

如图14所示，作为基板连接层的第一插头层122包括插头组122a，遮光壁122b、122c等。插头组122a是将多个点状的插头排列而成的。各点例如是一边为0.6μm的正方形。遮光壁122b、122c由线状的插头形成。遮光壁122b、122c的线宽度例如为0.6μm。

插头组122a和遮光壁122b、122c通过以下方式形成：在形成于p型半导体基板70上的第一绝缘膜110形成预定的图案的开口(接触孔)，向该开口埋入钨等导电材料。

图16是例示出形成于第一插头层122上的第一布线层120的图案的俯视图。图17是简要示出沿着图16中的b-b线的剖面的剖视图。

如图16所示，第一布线层120包括：与作为温度检测用端子的焊盘24e电连接的布线94；与作为湿度检测用端子的焊盘24c电连接的布线95；与作为下部电极端子的焊盘24b电连接的布线96，与作为地电极端子的焊盘24a电连接的导电膜97等。

布线94、布线95、布线96以及导电膜97分别经由由第二布线层121形成的布线(未图示)而与焊盘24e、焊盘24c、焊盘24b以及焊盘24a连接。

导电膜97具有使温度检测部22露出的开口97a；以及用于向形成于开口97a内的温度检测部22供给地电位的布线97b。

第一布线层120通过如下方式形成：在第一绝缘膜110上蒸镀铝等的导电膜，并通过光刻和蚀刻针对该导电膜制作布线图案。需要说明的是，布线94与导电膜97之间，布线95与导电膜97之间以及布线96与导电膜97之间为了进行电分离而需要形成狭缝。

如图17所示，布线94经由插头组122a而与p型半导体基板70中的p型扩散层92以及n型扩散层93连接。导电膜97经由遮光壁122b、122c而与接触层104a连接。与导电膜97一体形成的布线97b经由插头组122a而与n型扩散层91连接。

图18是例示出形成于第一布线层120上的第二插头层123的图案的俯视图。图19是简要示出沿着图18中的b-b线的剖面的剖视图。

如图18所示，作为层间连接层的第二插头层123包括插头组123a、123b和遮光壁123c、123d等。插头组123a、123b将多个点状的插头排列而成。各点例如为一边为0.6μm的正方形。遮光壁123c、123d通过线状的插头而形成。遮光壁123c、123d的线宽度例如为0.6μm。

插头组123a、123b和遮光壁123c、123d通过如下方式形成：在形成于第一布线层120上的第二绝缘膜111形成预定的图案的开口(通孔)，并向该开口埋入钨等导电材料。

图20是例示出形成于第二插头层123上的第二布线层121的图案的俯视图。图21是简要示出沿着图20中的b-b线的剖面的剖视图。

如图20所示，第二布线层121包括前述的下部电极83、布线85、遮光膜88等。第二布线层121通过如下方式形成：在第二绝缘膜111上蒸镀铝等的导电膜，并通过光刻法和蚀刻对该导电膜制作布线图案。下部电极83与遮光膜88之间以及布线85与遮光膜88之间为了进行电分离而需要形成狭缝。

下部电极83经由插头组123a而与布线96连接。布线85经由插头组123b而与布线95连接。如图21所示，遮光膜88经由遮光壁123c、123d而与导电膜97连接。

在第二布线层121上形成有前述的第二绝缘膜111，在第二绝缘膜111上形成有感湿膜86。而且，在感湿膜86上形成有上部电极84，上部电极84与布线85连接。在感湿膜86上以覆盖上部电极84的方式形成有保护膜87。

[温度检测部的遮光结构]

接下来，对温度检测部22的遮光结构进行说明。

温度检测部22的遮光结构包括：由作为基板连接层的第一插头层122形成的遮光壁122b(第一遮光壁)；由第一布线层120形成的导电膜97；由作为层间连接层的第二插头层123形成的遮光壁123c(第二遮光壁)；以及由第二布线层121形成的遮光膜88。

遮光壁122b形成为，在p型半导体基板70上包围温度检测部22的周围。具体地说，遮光壁122b对温度检测部22周围的从温度检测部22引出的作为信号线的布线94以外的部分进行包围。另外，遮光壁122b的上端与导电膜97的开口97a的周围连接。

遮光壁123c形成为在导电膜97上包围温度检测部22的周围。具体地说，遮光壁123c对温度检测部22周围的从温度检测部22引出的作为信号线的布线94以外的部分进行包围。遮光壁123c形成为位于遮光壁122b的外侧。需要说明的是，遮光壁123c也可以形成于遮光壁122b的正上方。

遮光膜88与遮光壁123c的上端连接，且覆盖温度检测部22的上方。

这样，温度检测部22被遮光壁122b、遮光壁123c以及遮光壁123c遮光。

[信号线的遮光结构]

接下来，对温度检测部22的信号线的遮光结构进行说明。

布线94的遮光结构由遮光壁122c以及遮光壁123d构成。

遮光壁122c在p型半导体基板70上沿着作为信号线的布线94的两侧方配置。另外，遮光壁122c的上端与导电膜97连接。

遮光壁123d在导电膜97上沿着布线94的两侧方配置。需要说明的是，遮光壁123d形成为位于遮光壁122c的外侧。

遮光膜88与遮光壁123d的上端连接，且覆盖布线94的上方。

因此，利用遮光壁122c以及遮光壁123d来对布线94进行遮光。

需要说明的是，布线94在遮光壁123c以及遮光壁122b的外部形成为蛇行形状，但其目的是通过寄生电容的附加来调整信号的时间常数。

另外，在图14以及图18中，遮光壁122c以及遮光壁123d为了符合设计规则，分别与遮光壁122b以及遮光壁123c分离，但也可以将遮光壁122c与遮光壁122b连接，并将遮光壁123d与遮光壁123c连接。

另外，也可以对布线94以外的信号线形成该信号线的遮光结构。

[效果]

在上述实施方式中，温度检测部22配置为与湿度检测部21一起向开口部50露出，因此从开口部50入射的光透过具有透光性的保护膜87以及感湿膜86。该透过光有可能从遮光膜88与下部电极83之间的狭缝s1、遮光膜88与布线85之间的狭缝s2(均参照图20以及图21)进入到第二布线层121下。此外，入射到第二布线层121下的光有可能从导电膜97与布线95之间的狭缝s3(参照图16以及图21)进入到第一布线层120下。

假设在光入射到温度检测部22的情况下，因产生光电效应而产生不必要的电荷，导致电特性发生变动，存在温度的检测精度劣化的可能性。

在上述实施方式中，如上述那样，由于设置使用第一插头层122、第一布线层120、第二插头层123以及第二布线层121对温度检测部22进行遮光的遮光结构，因此能够遮蔽从成为光的进入路径的狭缝s1～s3等进入的光，能够防止光电变换的发生。由此，温度检测部22的温度的检测精度提高。

[变形例]

以下，对各种变形例进行说明。

在上述实施方式中，虽然将参考电极82配置于加热部23的上方，但参考电极82也可以不在加热部23的上方。

另外，在上述实施方式中，虽然作为用于形成传感器芯片20的半导体基板而使用p型半导体基板70，但也可以使用n型半导体基板。在该情况下，由p型扩散层形成加热部23即可。即，加热部由向半导体基板的表层添加杂质而成的杂质扩散层形成。

在上述实施方式中，虽然使用p型半导体基板70而形成传感器芯片20，但也可以代替于此而使用n型半导体基板来形成。

另外，在上述实施方式中，虽然将半导体基板上的布线层设为第一布线层120和第二布线层121这2层，但也可以是3层以上。在该情况下，由多个布线层中的最上层的布线层来形成遮光膜。另外，在该情况下，由对多个布线层中的最下层的布线层和半导体基板进行连接的基板连接层来形成第一遮光壁，由对所述多个布线层间进行连接的多个层间连接层的各个层间连接层来形成第二遮光壁。这样，在存在多个第二遮光壁的情况下，优选形成为越是上层侧的第二遮光壁越位于外侧。其中，也可以将多个第二遮光壁配置于xy平面中相同的位置。

另外，遮光膜并不限于最上层的布线层，只要是由比第二遮光壁靠上层的布线层形成即可。另外，基板连接层并不限于最下层的布线层，只要是与多个布线层中的至少一个布线层连接即可。

另外，在上述实施方式中，虽然由npn型的双极晶体管90构成温度检测部22，但也可以由pnp型的双极晶体管构成。此外，也可以代替双极晶体管，由一个或者多个pn结二极管构成温度检测部22。

另外，温度检测部22也可以是具有pn结的带隙型以外的温度传感器。例如，温度检测部22也可以是将杂质扩散层(n型扩散层或者p型扩散层)用作电阻体并基于电阻值的温度依赖性来检测温度的电阻型温度传感器。

另外，上述的多结晶硅(多晶硅)也可以通过半导体工艺形成为n型或者p型。例如，在将图6所示的栅极电极74由多结晶硅形成的情况下，通过改变杂质浓度、杂质种类，能够在与栅极电极74相同的层同时制作电阻体。此外，下述的桥接电路能够通过多结晶硅的电阻和注入扩散电阻的组合来形成。

图22是示出将温度检测部设为电阻型温度传感器的例子图。图22所示的温度检测部22a具有将第一电阻体201、第二电阻体202、第三电阻体203以及第四电阻体204相互连接的桥接电路200。

第一电阻体201和第二电阻体202以串联的方式连接于电源电位(vdd)与地电位之间。同样，第三电阻体203和第四电阻体204以串联的方式连接于电源电位与地电位之间。

第一电阻体201～第四电阻体204是基于形成于半导体基板的表层的n型扩散层或者p型扩散层的电阻体，或者基于多晶硅的电阻体，由于是硅的杂质扩散电阻体的组合，因此与由二极管来构成温度检测部22的情况相同地，存在因光入射而产生光电效应并使温度的检测精度劣化的可能性。在电阻型温度传感器中，也与上述实施方式相同地，优选遮蔽光来防止光电变换的发生。

第一电阻体201和第四电阻体204的杂质浓度几乎相同，且温度系数几乎相同。第二电阻体202和第三电阻体203的杂质浓度几乎相同，且温度系数几乎相同。

第一电阻体201与第二电阻体202的连接部的电位v1经由外部端子out1而被输入至差动放大器210。第三电阻体203与第四电阻体204的连接部的电位v2经由外部端子out2而被输入至差动放大器210。代替前述的温度检测用端子，外部端子out1、out2由两个焊盘24形成。

差动放大器210例如设置于asic芯片30内，将电位v1与电位v2之差放大并输出差动输出vout。当将第一电阻体201与第四电阻体204的电阻值设为r1，将第二电阻体202与第三电阻体203的电阻值设为r2时，差动输出值vout由下式(1)表示。

vout＝[(r1-r2)/(r1+r2)]×vdd···(1)

由于电阻值r1、r2相对于温度的变化分别不同，因此能够基于差动输出vout而求出温度。需要说明的是，根据式(1)，差动输出vout取决于电源电位vdd，因此优选基于差动输出vout除以电源电位vdd后的值vout/vdd来求出温度。

另外，在上述实施方式中，虽然由nmos晶体管构成esd保护电路60，但也可以由pmos晶体管构成。另外，通过将构成esd保护电路60的mos晶体管的栅极电极的形成工序与湿度检测部21、温度检测部22的布线层的形成工序共用，传感器芯片20的制造工序得以简化。此外，还可以由半导体基板中的pn结构成esd保护电路60。在该情况下，由于不再需要栅极电极，因此传感器芯片20的制造工序得以简化。

另外，在上述实施方式中，虽然将故障判断部34设于asic芯片30内，但也可以将故障判断部34设于asic芯片30的外部，即湿度检测装置10的外部的外部装置(例如微型计算机)内。

另外，在上述实施方式中，虽然将湿度检测装置10设为层叠有传感器芯片20和asic芯片30的堆叠结构，但本发明也能够应用于堆叠结构以外的湿度检测装置。

另外，本发明并不限于具有湿度检测部和温度检测部的湿度检测装置，还能够应用于仅具有温度检测部的温度检测装置。

另外，在本公开中，由“覆盖”、“上”这样的词语表示的两个要素的位置关系包括：将第一要素经由其它要素间接地设于第二要素的表面的情况、以及第一要素直接地设于第二要素的情况这两者。

以上，对本发明优选的实施方式进行了详细说明，但本发明并不局限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的范围的前提下对上述的实施方式加以各种变形以及置换。