检测装置的制作方法

本发明涉及湿度检测装置等检测装置。

背景技术：

作为检测装置，例如湿度检测装置有将湿敏膜用作电介质的静电电容式检测装置，其中，湿敏膜由介电常数根据吸收的水分量变化的高分子材料形成。在该静电电容式的湿度检测装置中，在电极间配置湿敏膜，通过测定该电极间的静电电容来求出湿度(相对湿度)(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1所记载的湿度检测装置中，设有静电电容根据湿度变化的传感器部、不论湿度而保持固定的静电电容的基准部(参考部)，通过将两者的电容差变换为电压来测量湿度。将传感器部和基准部并设于基板上。

作为在这样的静电电容式湿度检测装置中所使用的电路部，已知将从传感器部输出的电荷通过电荷放大器变换为电压的结构(例如，参照专利文献2)。该电路部中除了电荷放大器外，还设有通过矩形波的交流驱动信号驱动传感器部的驱动电路等。

在专利文献1所记载的湿度检测装置中，将传感器部和基准部并设于基板上，因此存在基板面积较大、无法小型化的问题。

此外，传感器部和基准部分别是具有上部电极和下部电极的平行平板构造的电容器，下部电极被一体化。该下部电极作为检测上述电容差的电容检测电极发挥功能。在专利文献1中，将电容检测电极配置于基板上，所以与基板间的寄生电容变大，放大器的驱动负载变大，因此存在功耗较大的问题。

专利文献1：日本特许第5547296号

专利文献2：日本特许第6228865号

技术实现要素：

本发明的目的在于实现小型化和功耗降低。

公开的技术为一种检测装置，该检测装置具有：基板；参考电极，其设置于上述基板的上方；下部电极，其经由绝缘膜设置于上述参考电极的上方；以及上部电极，其经由物理量检测膜设置于上述下部电极的上方，通过上述上部电极和上述下部电极构成平行平板型的检测用电容器，通过上述下部电极和上述参考电极构成平行平板型的参考用电容器。

根据本发明，能够实现小型化和功耗降低。

附图说明

图1是举例表示本发明的一实施方式的湿度检测装置的概要结构的图。

图2是概要性地表示沿图1中的a-a线的断面的断面图。

图3是去除了模制树脂的状态下的湿度检测装置的平面图。

图4是表示传感器芯片的结构的概要平面图。

图5是举例表示esd保护电路的结构的电路图。

图6是举例表示构成esd保护电路的nmos晶体管的层构造的图。

图7是举例表示湿度检测部的结构的电路图。

图8是举例表示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构造的概要断面图。

图10是举例表示加热部的平面形状的概要平面图。

图11是举例表示湿度检测部的各电极的平面形状的概要平面图。

图12是举例表示第2配线层的布局图案的平面图。

图13是表示沿图12的a-a线的断面构造的概要断面图。

图14是举例表示asic芯片的结构的框图。

图15是举例表示湿度测量处理部的结构的图。

图16是说明测定序列的时序图。

图17是对漏电流的抵消效果进行说明的图。

图18是表示包含寄生电容的电极构造的等效电路的图。

图19是表示以往的电极构造的等效电路的图。

图20是表示变形例的湿度测量处理部的结构的图。

图21是表示屏蔽层的第1变形例的平面图。

图22是表示屏蔽层的第2变形例的平面图。

符号说明

10湿度检测装置(检测装置)、20传感器芯片(第1半导体芯片)、21湿度检测部、22温度检测部、23加热部、24键合焊盘、30asic芯片(第2半导体芯片)、40模制树脂、50开口部、60静电放电保护电路、70p型半导体基板、80湿度检测用电容器(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湿敏膜(物理量检测膜)、107接地配线、300驱动部、301电荷放大器(电荷电压变换部)、400屏蔽层、401第1屏蔽层、402第2屏蔽层。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施发明的方式进行说明。在各附图中，有时对同一构成部分赋予同一符号，并省略重复的说明。另外，在本公开中，简单记载为湿度时的湿度表示相对湿度。

[概要结构]

对本发明的一实施方式的湿度检测装置10的结构进行说明。

图1是举例表示本发明的一实施方式的湿度检测装置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的平面图。图1的(b)是从下方观察湿度检测装置10的底面图。图1的(c)是从横向观察湿度检测装置10的侧面图。此外，图2是概要性地表示沿图1的(a)中的a-a线的断面的断面图。

湿度检测装置10的平面形状大致为矩形形状，相对的2组的两边的一方与x方向平行，另一方与y方向平行。x方向与y方向彼此正交。此外，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。另外，湿度检测装置10的平面形状并不限定于矩形形状，也可以是圆形、椭圆形、多边形等。

湿度检测装置10具有作为第1半导体芯片的传感器芯片20、作为第2半导体芯片的asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)芯片30、作为密封部件的模制树脂40、以及多个引线端子41。

经由第1daf(dieattachfilm，芯片粘结膜)42将传感器芯片20层压在asic芯片30上。即，传感器芯片20和asic芯片30为层叠结构。

传感器芯片20和asic芯片30通过多条第1键合线(bondingwire)43电连接。asic芯片30和多个引线端子41通过多条第2键合线44电连接。

这样层压化的传感器芯片20和asic芯片30、多条第1键合线43、多条第2键合线44以及多个引线端子41通过模制树脂40被密封而被封装化。将该封装方式称为plp(platingleadpackage，镀铅封装)方式。

在该plp方式中，优选传感器芯片20的厚度t1和asic芯片30的厚度t2分别为200μm以上。

详细内容进行后述，但在asic芯片30的下表面残留有通过plp方式进行封装化时所使用的第2daf45。第2daf45具有将asic芯片30的下表面绝缘的作用。在湿度检测装置10的下表面露出第2daf45和多个引线端子41。

各引线端子41由镍、铜形成。第1daf42和第2daf45分别由环氧树脂、硅和二氧化硅等的混合物构成的绝缘材料形成。模制树脂40是环氧树脂等具有遮光性的黑色系的树脂。

在湿度检测装置10的上面侧形成使传感器芯片20的一部分从模制树脂40露出的开口部50。例如，该开口部50是壁部为锥形状、且开口面积向下方变小。将该开口部50中实际使传感器芯片20露出的最下端的部分称为有效开口部51。

图3是去除了模制树脂40的状态下的湿度检测装置10的平面图。如图3所示，传感器芯片20和asic芯片30的平面形状分别为大致矩形形状，具有与x方向平行的两边、与y方向平行的两边。传感器芯片20比asic芯片30小，且经由第1daf42层压在asic芯片30的表面上。

在传感器芯片20上，在从有效开口部51露出的区域设有湿度检测部21、温度检测部22、加热部23。在湿度检测部21的下面侧，以覆盖湿度检测部21的形成区域的方式形成加热部23。

此外，在传感器芯片20的端部形成有多个键合焊盘(bondingpad)(以下，简称为焊盘)。在本实施方式中，形成有6个焊盘24。焊盘24例如由铝或铝硅合金(alsi)形成。

asic芯片30是信号处理以及控制用的半导体芯片，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以及故障判定部34(均参照图14)。

此外，在asic芯片30的表面未被传感器芯片20覆盖的区域，设有多个第1焊盘35和多个第2焊盘36。第1焊盘35和第2焊盘36例如由铝或铝硅合金(alsi)形成。

第1焊盘35经由第1键合线43与传感器芯片20的对应的焊盘24连接。第2焊盘36经由第2键合线44与对应的引线端子41连接。将引线端子41配置于asic芯片30的周围。

[传感器芯片的结构]

接着，对传感器芯片20的结构进行说明。

图4是表示传感器芯片20的结构的概要平面图。上述的焊盘24是用于来自外部的电压施加、电位检测的端子。图4中，将图3所示的多个焊盘24区分表示为焊盘24a～24f。另外，不需要区分焊盘24a～24f的情况下，简称为焊盘24。

焊盘24a作为接地为接地电位的接地电极端子(gnd)发挥功能。该焊盘24a经由配线、基板与温度检测部22、加热部23等各部电连接。此外，焊盘24a与构成传感器芯片20的p型半导体基板70(参照图9)电连接。

焊盘24b是与湿度检测部21的下部电极83电连接的信号端子(ts)。焊盘24c是与湿度检测部21的上部电极84电连接的第1驱动端子(t1)。焊盘24d是与湿度检测部21的参考电极82(参照图9)电连接的第2驱动端子(t2)。下部电极83作为后述的电荷放大器301(参照图15)用于检测静电电容的电容检测电极发挥功能。

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用于取得温度的检测信号。焊盘24f是与加热部23电连接的加热用端子(ht)。焊盘24f用于供给驱动加热部23的驱动电压。

此外，焊盘24a以外的焊盘24b～24f分别与静电放电(esd：electro-staticdischarge)保护电路60连接。在作为输入端子或输出端子的焊盘24b～24f的每一个与作为接地电极端子的焊盘24a之间连接有各esd保护电路60。在本实施方式中，通过一个二极管61构成esd保护电路60。二极管61的阳极侧与焊盘24a连接，阴极侧与焊盘24b～24f中的某个连接。

优选以尽可能远离有效开口部51的方式，将esd保护电路60配置于焊盘24b～24f的近旁。esd保护电路60被模制树脂40覆盖，因此不流过光电效应引起的不需要的电流。

[esd保护电路的结构]

接着，对esd保护电路60的结构进行说明。

图5是举例表示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-oxidesemiconductor，金属氧化物半导体)晶体管(以下，称为nmos晶体管)形成。具体地，二极管61使nmos晶体管的源极、栅极、背栅短路。该短路部作为阳极发挥功能。该nmos晶体管的漏极作为阴极发挥功能。

图6是举例表示构成esd保护电路60的nmos晶体管的层构造的图。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2个n型扩散层71、72、接触层73、栅极电极74。在p型半导体基板70的表面上经由栅极绝缘膜75形成栅极电极74。在2个n型扩散层71、72间配置有栅极电极74。

例如，n型扩散层71作为源极发挥功能，n型扩散层72作为漏极发挥功能。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、接触层73共通连接而短路。该短路部作为阳极发挥功能，n型扩散层72作为阴极发挥功能。

p型半导体基板70例如为p型硅基板。栅极电极74例如由多晶硅(polysilicon)形成。栅极绝缘膜75例如由二氧化硅等氧化膜形成。

[湿度检测部的结构]

接着，对湿度检测部21的结构进行说明。

图7是举例表示湿度检测部21的结构的电路图。如图7所示，湿度检测部21具有平行平板型的湿度检测用电容器80和平行平板型的参考用电容器81。

湿度检测部21的一方的电极(下部电极83)与作为信号端子ts的焊盘24b连接。湿度检测部21的另一方的电极(上部电极84)与作为第1驱动端子t1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)共通。参考用电容器81的另一方的电极(参考电极82)与作为第2驱动端子t2的焊盘24d连接。

湿度检测用电容器80中，在电极间设有后述的湿敏膜86。湿敏膜86由吸收空气中的水分且介电常数根据吸收的水分量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的静电电容根据湿敏膜86吸收的水分量变化。

参考用电容器81在电极间设有后述的第2绝缘膜111(参照图9)。第2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的静电电容不根据湿度而变化。另外，静电电容不变化也包括极小变化的情况。

湿敏膜86所包含的水分量与湿度检测装置10的周围的湿度对应，因此通过检测出湿度检测用电容器80的静电电容与参考用电容器81的静电电容的差，能够测定相对湿度。通过asic芯片30内的湿度测量处理部31(参照图14)进行该相对湿度的测定。

[温度检测部的结构]

接着，对温度检测部22的结构进行说明。

图8是举例表示温度检测部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电特性比例性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包括连接基极、发射极、集电极中的任意2个而设为2个端子的1个或多个双极型晶体管。通过检测该2个端子间的电压值，能够测定温度。

如图8所示，在本实施方式中，并联连接多个(例如8个)连接基极和集电极而成的npn型双极型晶体管90来构成温度检测部22。这样，通过并联连接多个双极型晶体管90，pn结的结面积增大，esd耐性提高。

双极型晶体管90的发射极与作为接地电极端子的焊盘24a连接。双极型晶体管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。

根据焊盘24e的电位，通过asic芯片30内的温度测量处理部32(参照图14)进行温度的测定。

[传感器芯片的元件构造]

接着，对传感器芯片20的元件构造进行说明。

图9是用于说明传感器芯片20的元件构造的概要断面图。另外，在图9中，在与湿度检测部21、温度检测部22以及加热部23相同的断面内示出了焊盘24a、24b、24c、24e，但这是为了容易理解构造而示出的，不表示实际存在于同一断面内。对于湿度检测部21、温度检测部22以及加热部23的断面，为了容易理解构造也进行了简化，各部的位置关系等与实际不同。

如图9所示，使用上述的p型半导体基板70形成传感器芯片20。该p型半导体基板70中形成有第1深n阱100a和第2深n阱100b。第1深n阱100a中形成有温度检测部22。第2深n阱100b中形成有加热部23。

在未形成第1深n阱100a和第2深n阱100b中的任一个的p型半导体基板70的表层形成有p阱103a、103b。在p阱103a、103b的表层分别形成有由p型扩散区域形成的接触层104a、104b。接触层104a、104b是用于电连接形成于p型半导体基板70上的预定的配线层与p型半导体基板70的低电阻层(p型扩散层)。

在第1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和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构成上述npn型的双极型晶体管90，分别作为发射极、基极以及集电极发挥功能。

在第2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沿与纸面正交的方向延伸，作为整体成为一维格子状(参照图11)。n型扩散层106具有预定的电阻值(例如，约3.3ω的薄层电阻值)，作为因电流流动而发热的电阻体发挥功能。即，n型扩散层106构成上述加热部23。

使用通常的半导体制造工序(cmos工艺)形成p型半导体基板70内的各层。因此，通过与温度检测部22的一部分所包含的n型扩散层91、93同样的制造工序形成作为电阻体的n型扩散层106。通过将n型杂质(例如磷)进行离子注入而向基板中添加杂质的离子注入工序，同时形成n型扩散层106、91、93。即，作为电阻体的n型扩散层106，从p型半导体基板70的表面起的深度与温度检测部22的一部分所包含的n型扩散层91、93相同。此外，n型扩散层106，从p型半导体基板70的表面起的深度也可以与温度检测部22的一部分所包含的p型扩散层92相同。

另外，代替离子注入工序，也可以通过热处理进行杂质添加的热扩散工序而形成n型扩散层106、91、93。

此外，对于上述的esd保护电路60的n型扩散层71、72，也可以通过与n型扩散层106、91、93同样的制造工序(离子注入工序或热扩散工序)来制作。通过与p型扩散层92、接触层104a、104b等同样的制造工序(离子注入工序或热扩散工序)来制作接触层73。

p型半导体基板70中的其他层主要作为接触层发挥功能，因此省略说明。

在p型半导体基板70的表面上依次层压第1绝缘膜110、第2绝缘膜111以及第3绝缘膜112。这些由二氧化硅(sio2)、氮化硅(sin)等绝缘材料形成。

在第1绝缘膜110上形成有第1配线层120。在第2绝缘膜111上形成有第2配线层121。第2绝缘膜111覆盖在第1配线层120上。第3绝缘膜112覆盖在第2配线层121上。第1配线层120以及第2配线层121由铝等导电性材料形成。

在第1绝缘膜110中形成第1插销层122，该第1插销层122具有用于将第1配线层120与p型半导体基板70连接的多个第1插销(plug)。在第2绝缘膜111中形成第2插销层123，该第2插销层123具有用于将第1配线层120与第2配线层121连接的多个第2插销。第1插销层122以及第2插销层123由钨等导电性材料形成。

例如，用于连接上述的双极型晶体管90的基极与集电极的配线94由第1配线层120形成，经由第1插销层122与p型扩散层92以及n型扩散层93连接。此外，配线94经由第2插销层123以及第2配线层121与作为温度检测用端子的焊盘24e连接。此外，作为双极型晶体管90的发射极的n型扩散层91经由第1插销层122、第1配线层120以及第2配线层121与作为接地电极端子的焊盘24a连接。

用于将加热部23的一端接地为接地电位的配线107由第1配线层120形成，经由第1插销层122与n型扩散层106以及接触层104b连接。以下，将配线107称为接地配线107。

此外，用于将加热部23的另一端与作为加热用端子的焊盘24f连接的配线108经由第1插销层122与n型扩散层106连接，并且，经由第2插销层123以及第2配线层121与焊盘24f连接。另外，为了防止因加热部23中流过较大电流而导致的电迁移(electromigration)，优选使配线108的宽度比其他信号配线粗。以下，将配线108称为电源配线108。

参考用电容器81的参考电极82由第1配线层120形成，经由第2插销层123以及第2配线层121与作为第2驱动端子t2的焊盘24d(图9中未图示)连接。

此外，湿度检测用电容器80的下部电极83由第2配线层121形成，与作为信号端子ts的焊盘24b连接。并且，用于将湿度检测用电容器80的上部电极84与作为第1驱动端子t1的焊盘24c连接的配线85由第2配线层121形成。另外，下部电极83经由第2绝缘膜111配置于与参考电极82相对的位置。

焊盘24a～24f通过铝等导电性材料形成于第3绝缘膜112上，贯通第3绝缘膜112并与第2配线层121连接。

在第3绝缘膜112上形成有湿敏膜86。湿敏膜86由厚度为0.5μm～1.5μm的容易吸收水分子的高分子材料形成。湿敏膜86例如是厚度为1μm的聚酰亚胺膜。另外，形成湿敏膜86的高分子材料并不限定于聚酰亚胺，也可以是纤维素，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，聚乙烯醇(pva)等。

湿敏膜86的上表面平坦，在该上表面形成有平板状的上部电极84。上部电极84经由湿敏膜86形成于与下部电极83相对的位置。上部电极84的一部分与配线85连接。上部电极84例如是厚度为200nm的由铝等形成的导电膜。此外，为了有效地将空气中的水分子吸入到湿敏膜86中，在上部电极84形成有多个开口84a。

在湿敏膜86上以覆盖上部电极84的方式设有外覆膜87。外覆膜87由高分子材料、例如与湿敏膜86同样的材料形成。外覆膜87的厚度例如为0.5μm～10μm。

在湿敏膜86以及外覆膜87上形成有使焊盘24a～24f露出的开口。

这样，通过下部电极83和上部电极84构成平行平板的湿度检测用电容器80。此外，通过下部电极83和参考电极82构成平行平板的参考用电容器81。此外，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，下部电极83与上部电极84之间的湿敏膜86被加热而水分蒸发，湿敏膜86中的水分量发生变化。由此，湿敏膜86的介电常数发生变化，湿度检测用电容器80的静电电容发生变化。此外，温度检测部22检测因加热部23产生的温度变化。

[加热部的平面形状]

图10是举例表示加热部23的平面形状的概要平面图。在图10中概要性地示出了配线形状等，与实际的布局图案不同。

如图10所示，构成加热部23的n型扩散层106形成为将多个细长的长方形的区域平行排列而成的一维格子状。该一维格子状的n型扩散层106的一端与上述接地配线107连接，另一端与上述电源配线108连接。加热部23以覆盖温度检测部22整体的方式配置于温度检测部22的下方。

另外，详细内容进行后述，接地配线107实际上不是线状，具有在xy面内扩展的形状，作为屏蔽信号线等的屏蔽层发挥功能。

[电极的平面形状]

图11是举例表示湿度检测部21的各电极的平面形状的概要平面图。

如图11所示，参考电极82、上部电极84以及下部电极83均为大致相同的形状，且为矩形形状。以覆盖下部电极83以及参考电极82的方式形成上部电极84。从p型半导体基板70侧开始依次层压参考电极82、下部电极83以及上部电极84。

优选参考电极82和上部电极84为大致相同的大小。优选下部电极83比参考电极82和上部电极84小。

优选开口84a尽可能小，越小则向空气中的电场泄漏越减少，能够抑制异物附着时的下部电极83与上部电极84之间的静电电容变化(参照图13)。实际上，形成有微小的多个开口84a。另外，开口84a并不限定于正方形，也可以是细长的长方形、圆形。

信号线201～203是由第1配线层120和第2配线层121形成的配线。信号线201是连接在湿度检测部21的下部电极83与焊盘24b之间的配线。信号线202是连接在湿度检测部21的上部电极84与焊盘24c之间的配线。

另外，上述的配线85是信号线202的一部分。

[电极的平面形状]

图12是举例表示第2配线层121的布局图案的平面图。如图12所示，下部电极83、接地配线107、配线85等由第2配线层121形成。

接地配线107经由微小的缝隙与接地配线107、配线85等配线相邻。在几乎整面上设有接地配线107。因此，接地配线107覆盖上述的信号线201～203以及与温度检测部22连接的信号线204等，作为屏蔽层发挥功能。

[电极的层压构造]

图13是表示沿图12的a-a线的断面构造的概要断面图。如图13所示，作为电容检测电极的下部电极83配置于参考电极82的上方，不接近p型半导体基板70，因此能够抑制在与p型半导体基板70之间产生的寄生电容。

此外，在下部电极83的上方配置有上部电极84，在下部电极83的周围接近地设有接地配线107，因此通过它们的屏蔽效应，电场被封闭。因此，如图13所示，例如即使在开口部50上附着有水滴等介电常数较大且使静电电容变化的异物的情况下，也能通过接地配线107屏蔽电场，从而抑制向下部电极83的影响。

另外，通过将下部电极83的面积设为比参考电极82以及上部电极84的各面积小，提高针对下部电极83的电场封闭效果。

此外，在湿度检测用电容器80和参考用电容器81中共享下部电极83，通过将参考电极82、上部电极84以及下部电极83设为层压构造，使芯片面积变小，能够实现湿度检测装置10的小型化。

此外，在图13中，与参考电极82相邻配置的配线由第1配线层120形成，设为接地电位。

[asic芯片的结构]

接着，对asic芯片30的结构进行说明。

图14是举例表示asic芯片30的结构的框图。如图14所示，在asic芯片30上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以及故障判定部34。

详细内容进行后述，湿度测量处理部31通过向第1驱动端子t1和第2驱动端子t2分别施加相位相反的第1驱动信号和第2驱动信号，将从作为信号端子ts的焊盘24b输出的电荷变换为电压来测量相对湿度。

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

加热控制部33通过向作为加热用端子ht的焊盘24f施加预定的驱动电压(例如，上述的电源电压vdd)，使电流(例如10ma左右)流过加热部23而使其发热。加热控制部33通过控制向焊盘24f的施加电压，控制发热量。

故障判定部34根据由湿度测量处理部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，进行故障判定。故障判定部34在故障判定时，将与加热部23的加热开始以及结束有关的指示提供给加热控制部33。

例如，故障判定部34在加热部23不发热的初始状态下，从湿度测量处理部31取得湿度h1，从温度测量处理部32取得温度t1。然后，故障判定部34使加热部23的加热开始，经过固定时间后，再次从湿度测量处理部31取得湿度h2，从温度测量处理部32取得温度t2。

故障判定部34在通过加热而温度上升(t2＞t1)、且通过加热而湿度下降(h2＜h1)的情况下，判定湿度检测装置10为正常，在其他的情况下，判定湿度检测装置10为发生故障的状态。

[湿度测量处理部的结构]

接着，对湿度测量处理部31的结构进行说明。

图15是举例表示湿度测量处理部31的结构的图。如图15所示，湿度测量处理部31具有驱动部300、电荷放大器301、采样保持电路302、ad转换器(adc)303和控制部304。另外，图15中示出了与作为传感器芯片20的信号端子ts的焊盘24b连接的esd保护电路60。

驱动部300包括第1驱动电路drv1和第2驱动电路drv2。电荷放大器301是包含电容器c1、运算放大器op1、开关电路sw1而构成的开关电容器方式的电荷电压变换(cv变换)电路。

第1驱动电路drv1根据来自控制部304的控制，向传感器芯片20的第1驱动端子t1施加矩形波的交流驱动信号即第1驱动信号。第2驱动电路drv2根据来自控制部304的控制，向传感器芯片20的第2驱动端子t2施加与第1驱动信号相位相反的第2驱动信号，该第2驱动信号是矩形波的交流驱动信号。在第1驱动信号为高电平的情况下第2驱动信号为低电平，第1驱动信号为低电平的情况下第2驱动信号为高电平。

第1驱动信号和第2驱动信号的高电平例如与电源电压vdd相等，低电平例如与接地电位gnd相等。

电容器c1的一端与传感器芯片20的信号端子ts连接，另一端与运算放大器op1的输出连接。

运算放大器op1的反相输入端子与信号端子ts连接，向同相输入端子输入基准电压vref。基准电压vref例如是第1驱动信号以及第2驱动信号中的高电平与低电平的中间值。

运算放大器op1中电压增益非常大，因此信号端子ts的电压与基准电压vref大致相等。此外，运算放大器op1中，反相输入端子的输入阻抗非常高，因此电流几乎不流入反相输入端子。运算放大器op1输出对信号端子ts的电压与基准电压vref的差进行放大而得的电压vo。

开关电路sw1是用于对电容器c1中累积的电荷进行放电的电路，与电容器c1并联连接。开关电路sw1根据来自控制部304的控制进行接通或断开。

采样保持电路302包括第1采样保持电路(第1s/h)302a和第2采样保持电路(第2s/h)302b。第1s/h302a和第2s/h302b并联连接在驱动部300与adc303之间。第1s/h302a和第2s/h302b根据来自控制部304的控制，选择性地对来自电荷放大器301的输出电压vo进行采样并保持，输出所保持的电压。

adc303为差动输入方式的ad转换器，2个输入端子的一方与第1s/h302a的输出端子连接，另一方与第2s/h302b的输出端子连接。adc303将第1s/h302a的输出电压vsh1与第2s/h302b的输出电压vsh2的差值δv变换为数字信号ds后输出。即，adc303作为差值处理部发挥功能。

控制部304对asic芯片30内的各部进行控制。控制部304根据预定的测定序列执行驱动部300的驱动信号的产生、开关电路sw1的电容器c1的放电、采样保持电路302的采样保持、adc303的ad变换动作。

[测定序列]

接着，对测定序列进行说明。

图16是说明测定序列的时序图。在测定序列中，控制部304以反复进行第1期间t1和第2期间t2的方式对各部进行控制。第1期间t1由第1重置期间tr1和第1电荷传输期间tc1构成。第2期间t2由第2重置期间tr2和第2电荷传输期间tc2构成。

第1重置期间tr1和第2重置期间tr2是接通开关电路sw1来对电容器c1的电荷进行放电的期间。第1电荷传输期间tc1以及第2电荷传输期间tc2是将开关电路sw1设为断开而成为能够对电容器c1充电的状态，将从传感器芯片20的信号端子ts输出的电荷传输给电容器c1的期间。

在第1重置期间tr1，将第1驱动信号设为高电平，将第2驱动信号设为低电平。在第1电荷传输期间tc1，将第1驱动信号设为低电平，将第2驱动信号设为高电平。在第2重置期间tr2，将第1驱动信号设为低电平，将第2驱动信号设为高电平。在第2电荷传输期间tc2，将第1驱动信号设为高电平，将第2驱动信号设为低电平。这样，第1驱动信号和第2驱动信号在第1期间t1和第2期间t2电压反转，即成为相反相位。另外，电压反转是指相对于基准电压vref反转。

由此，来自运算放大器op1的输出电压vo在第1电荷传输期间tc1和第2电荷传输期间tc2电压反转。通过第1s/h302a对第1电荷传输期间tc1的输出电压vo(第1输出电压)进行采样保持。通过第2s/h302b对第2电荷传输期间tc2的输出电压vo(第2输出电压)进行采样保持。

以下，对各期间进行详细的说明。首先，在第1重置期间tr1接通开关电路sw1，由此电容器c1进行放电，并且运算放大器op1虚拟短路。此时，向第1驱动端子t1施加第1驱动信号的高电平(vdd)，向第2驱动端子t2施加第2驱动信号的低电平(gnd)。由此，在传感器芯片20的湿度检测用电容器80和参考用电容器81中以基准电压vref为基准累积电荷。通过下式(1)来表示这些的合计电荷q1。

q1＝cs×(vdd-vref)+cr×vref…(1)

其中，cs为湿度检测用电容器80的静电电容，cr为参考用电容器81的静电电容。

另外，在第1重置期间tr1，开关电路sw1被接通，因此电容器c1的蓄积电荷q2为0。

接着，在第1电荷传输期间tc1，将开关电路sw1断开，并且将第1驱动信号变更为低电平(gnd)，将第2驱动信号变更为高电平(vdd)。开关电路sw1被断开，运算放大器op1的反相输入端子成为高阻抗(hiz)状态，由此根据电荷守恒定律，湿度检测用电容器80、参考用电容器81以及电容器c1的总电荷量维持固定。

随着第1驱动信号和第2驱动信号的电压的变化，运算放大器op1的反相输入端子的电压vi发生变化。之后，输出电压vo上升，直到通过运算放大器op1的反馈，差动输入电压平衡为止。

此时，通过下式(2)表示湿度检测用电容器80和参考用电容器81的合计电荷q3。

q3＝-cr×(vdd-vref)+cs×vref…(2)

此外，在第1电荷传输期间tc1，通过下式(3)表示电容器c1的蓄积电荷q4。

q4＝c1×(vref-vo)…(3)

然后，根据电荷守恒定律，“q1+q2＝q3+q4”的关系成立，因此通过下式(4)表示第1电荷传输期间tc1的输出电压vo。

vo＝vdd×(cs-cr)/c1+vref…(4)

基于第1s/h302a的采样保持，取入输出电压vo充分上升后的第1电荷传输期间tc1的结束时间点的信号，在第1s/h302a中保持通过式(4)表示的输出电压vo。

接着，第2重置期间tr2与第1重置期间tr1相同，但第1驱动信号以及第2驱动信号的电压与第1重置期间tr1反转，因此，通过下式(5)表示第2重置期间tr2的湿度检测用电容器80和参考用电容器81的合计电荷q1’。

q1’＝-cr×(vdd-vref)+cs×vref…(5)

电容器c1的蓄积电荷q2’为0。

同样地，在第2电荷传输期间tc2，第1驱动信号以及第2驱动信号的电压与第1电荷传输期间tc1反转，因此通过下式(6)表示第2电荷传输期间tc2的湿度检测用电容器80和参考用电容器81的合计电荷q3’。

q3’＝-cs×(vdd-vref)+cr×vref…(6)

第2电荷传输期间tc2的电容器c1的蓄积电荷q4’与上式(3)相同。

根据电荷守恒定律，“q1’+q2’＝q3’+q4’”的关系成立，因此通过下式(7)表示第2电荷传输期间tc2的输出电压vo。

vo＝-vdd×(cs-cr)/c1+vref…(7)

基于第2s/h302b的采样保持，取入输出电压vo充分上升后的第2电荷传输期间tc2的结束时间点的信号，在第2s/h302b中保持通过式(7)表示的输出电压vo。

第1s/h302a以及第2s/h302b维持当前的保持电压，直到下次的采样保持时为止，因此向adc303输入与上式(4)的输出电压vo一致的输出电压vsh1、与上式(7)的输出电压vo一致的输出电压vsh2。

因此，通过下式(8)表示由作为差值处理部的adc303生成的差值δv。

δv＝2×vdd×(cs-cr)/c1…(8)

这样，在第1期间t1和第2期间t2，第1驱动信号和第2驱动信号的电压反转，由此能够使测定信号的振幅扩大到2倍。

[漏电流的抵消效果]

图17是说明漏电流的抵消效果的图。在本实施方式中，传感器芯片20的信号端子ts与esd保护电路60连接，因此向esd保护电路60的pn结施加逆向电压，有可能产生逆向电流(漏电流)。此外，关于运算放大器op1所包含的开关电路sw1、与信号端子ts连接的开关电路(未图示)，也向pn结施加逆向电压，有可能产生逆向电流(漏电流)。

在开关电路sw1为断开状态的第1电荷传输期间tc1以及第2电荷传输期间tc2，例如在电荷放大器301的输出端子、电容器c1、电荷放大器301的输入端子、esd保护电路60、接地路径中流过这样的漏电流。在开关电路sw1中流过漏电流，由此输出电压vo发生变动。通过下式(9)表示该输出电压vo的变动量δ。

δ＝i×t/c1…(9)

其中，i表示漏电流的大小，t表示第1电荷传输期间tc1以及第2电荷传输期间tc2各自的长度。

另外，如上述路径那样，漏电流从电荷放大器301的输入端子流向接地的情况下，变动量δ为正，使输出电压vo上升。相反，漏电流从vdd等高电压流向电荷放大器301的输入端子的情况下，变动量δ为负，使输出电压vo下降。

不论是第1电荷传输期间tc1还是第2电荷传输期间tc2，漏电流的路径相同，因此变动量δ的正负不取决于是第1电荷传输期间tc1还是第2电荷传输期间tc2而相同。

因此，如图17所示那样，在产生漏电流的情况下，第1电荷传输期间tc1的输出电压vo和第2电荷传输期间tc2的输出电压vo的变动量δ的极性相同，通过adc303进行的差值处理被抵消，漏电流导致的电荷放大器301的输出电压误差被抑制。

另外，在图16和图17所示的测定序列中，也可以将第1驱动信号和第2驱动信号的电压的高电平设为低电平，将低电平设为高电平。

[功耗的抑制效果]

接着，对基于图9和图13所示的电极的层压结构的功耗的降低效果进行说明。

图18是表示包含寄生电容的电极构造的等效电路。如图9和图13所示，在本实施方式中，参考电极82接近p型半导体基板70，因此在参考电极82与p型半导体基板70间产生寄生电容cp。如图18所示，向参考用电容器81与第2驱动端子t2间附加该寄生电容cp。

图19是作为针对本实施方式的比较例，表示以往的电极构造的等效电路的图。例如，如专利文献1的图4所示，在基板上接近地设置作为电容检测电极的下部电极，因此在下部电极与基板间产生寄生电容cp。如图19所示，向信号端子ts附加该寄生电容cp。

因此，在本实施方式中，在与基板之间生成的寄生电容cp不会被附加给信号端子ts，而附加给参考用电容器81，因此连接于与信号端子ts连接的电荷放大器的输入端子的驱动负载降低，功耗降低。

[湿度测量处理部的变形例]

接着，对湿度测量处理部的变形例进行说明。

图20是表示变形例的湿度测量处理部31a的结构的图。如图20所示，与上述实施方式的湿度测量处理部31的不同点在于具有第1电荷放大器301a、第2电荷放大器301b、多路分配器(demux)305。

第1电荷放大器301a和第2电荷放大器301b具有与上述实施方式的电荷放大器301同样的结构。

第1电荷放大器301a的输出端子与第1s/h302a连接，第2电荷放大器301b的输出端子与第2s/h302b连接。第1电荷放大器301a和第2电荷放大器301b的各输入端子与demux305连接。demux305与传感器芯片20的信号端子ts连接。

demux305根据来自控制部304的控制，选择性地将第1电荷放大器301a和第2电荷放大器301b连接于信号端子ts。具体地，demux305在上述的第1期间t1将第1电荷放大器301a与信号端子ts连接，在上述的第2期间t2将第2电荷放大器301b与信号端子ts连接。

因此，在本变形例的湿度测量处理部31a中，在第1期间t1通过第1电荷放大器301a进行cv变换后由第1s/h302a进行采样保持，在第2期间t2通过第2电荷放大器301b进行cv变换后由第2s/h302b进行采样保持。

湿度测量处理部31a的其他结构以及动作与上述实施方式的湿度测量处理部31相同。

[屏蔽层的变形例]

接着，对屏蔽层的变形例进行说明。

在图12中，使接地配线107接近于下部电极83的周围，由此使接地配线107作为屏蔽层发挥功能，但在以下的变形例中，在下部电极83的周围个别地设置屏蔽层。

图21是表示屏蔽层的第1变形例的平面图。如图21所示，在第1变形例中，以包围下部电极83的周围的方式形成屏蔽层400。优选将该屏蔽层400设为固定电位(例如，电源电压vdd、接地电位gnd)。此外，也可以将屏蔽层400构成为通过第1驱动信号或第2驱动信号进行电位固定。

图22是表示屏蔽层的第2变形例的平面图。如图22所示，在第2变形例中，以包围下部电极83的周围的方式形成第1屏蔽层401和第2屏蔽层402。

第1屏蔽层401包围下部电极83周围的一部分(大致一半)，第2屏蔽层402包围另一部分(大致一半)。第1屏蔽层401和第2屏蔽层402的长度、宽度、厚度、离下部电极83的距离大致相等。因此，在第1屏蔽层401与下部电极83间产生的寄生电容和在第2屏蔽层402与下部电极83间产生的寄生电容大致相等。

第1屏蔽层401与信号线202连接，被施加第1驱动信号。第2屏蔽层402与信号线203连接，被施加第2驱动信号。

分别向第1屏蔽层401和第2屏蔽层402施加了第1驱动信号和第2驱动信号的情况下，有可能在湿度检测用电容器80和参考用电容器81的静电电容的绝对值中产生偏移，但该偏移为能够推定的值，因此通过输出电压vo等的校正能够消除。

另外，还可以将包围下部电极83周围的屏蔽层分割为3个以上。

[其他变形例]

以下，对其他各种变形例进行说明。

在上述实施方式中，esd保护电路由nmos晶体管构成，但也可以由p沟道mos晶体管(pmos晶体管)构成。

此外，在上述实施方式中，将传感器芯片20的基板设为p型半导体基板70，但也可以使用n型半导体基板。

此外，在上述实施方式中，将湿度检测装置10设为对传感器芯片20和asic芯片30进行层压而得的层叠构造，但本发明也可以应用于层叠构造以外的湿度检测装置。

此外，在上述实施方式中，设有湿度检测用电容器80和参考用电容器81，但参考用电容器81并不是必须的，也可以不进行设置。在该情况下，不需要输出第2驱动信号的第2驱动电路drv2。在该情况下，也通过图17所示的测定序列来抑制漏电流导致的电荷放大器301的输出电压误差。

此外，在上述实施方式中，将湿度检测部21设为静电电容变化型湿度传感器，但也可以设为检测由吸脱湿导致的湿敏膜的电阻变化的压阻式等电阻变化型湿度传感器。

此外，在上述实施方式中，作为检测装置举例表示了检测湿度的湿度检测装置10，但本发明也可以应用于检测湿度以外的物理量的检测装置。即，代替湿度检测部21，可以设置输出与湿度以外的物理量对应的信号的检测部。即，代替湿敏膜86，可以使用介电常数根据湿度以外的物理量变化的物理量检测膜。

此外，在本公开中，通过“覆盖”、“上”这样的语言表示的2个要素的位置包括经由其他要素将第1要素间接设在第2要素的表面上、以及直接设在第2要素的表面上这两种情况。

以上，说明了本发明优选实施方式，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述实施方式进行各种变形以及置换。