(57)【要約】【課題】製造時における歩留りを向上させることを目的とする。【解決手段】湿度検出部を有し、対向する第１辺及び第２辺のうちの前記第１辺に沿って複数のパッドが形成された第１半導体チップと、前記第１半導体チップを積載し、前記パッドに接続されたボンディングワイヤを介して入力される信号に基づいて信号処理を行う第２半導体チップと、前記湿度検出部を露出させ、中心位置が前記第１半導体チップの中心位置よりも前記第２辺側に位置する開口部を有する封止部材と、を備える湿度検出装置。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度検出部を有し、対向する第１辺及び第２辺のうちの前記第１辺に沿って複数のパッドが形成された第１半導体チップと、
前記第１半導体チップを積載し、前記パッドに接続されたボンディングワイヤを介して入力される信号に基づいて信号処理を行う第２半導体チップと、
前記湿度検出部を露出させ、中心位置が前記第１半導体チップの中心位置よりも前記第２辺側に位置する開口部を有する封止部材と、
を備える湿度検出装置。
【請求項２】
前記第１半導体チップの中心位置は、前記開口部内に位置している請求項１に記載の湿度検出装置。
【請求項３】
前記第１半導体チップは、前記第１辺及び第２辺を短辺とする長方形である請求項１又は２に記載の湿度検出装置。
【請求項４】
前記第１半導体チップは、温度検出部をさらに有し、
前記開口部は、前記湿度検出部及び前記温度検出部を露出させる請求項１ないし３いずれか１項に記載の湿度検出装置。
【請求項５】
前記温度検出部は、バンドギャップ型であって、１又は複数のｐｎ接合ダイオードを含む請求項４に記載の湿度検出装置。
【請求項６】
前記封止部材は、エポキシ樹脂である請求項１ないし５いずれか１項に記載の湿度検出装置。
【請求項７】
前記第１半導体チップは、
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に絶縁膜を介して形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された感湿膜と、前記感湿膜上に形成された上部電極とを含む前記湿度検出部と、
を有し、
前記感湿膜は、前記下部電極と前記上部電極との間に形成されている請求項１ないし６いずれか１項に記載の湿度検出装置。
【請求項８】
前記感湿膜は、ポリイミドにより形成されている請求項７に記載の湿度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湿度検出装置には、吸収した水分量に応じて誘電率が変化する高分子材料で形成された感湿膜を誘電体として用いた静電容量式のものがある。この静電容量式の湿度検出装置では、感湿膜が一対の電極間に配置され、この電極間の静電容量を測定することにより湿度（相対湿度）が求められる。
【０００３】
このような湿度検出装置は、例えば、湿度検出部を有するセンサチップを他の基板等に実装してスタック構造とし、これらを封止部材としての樹脂で封止することによりパッケージ化される。また、センサチップは、他の基板等に、例えば、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
【０００４】
湿度検出部は、検出対象の外気に接する必要がある。このため、センサチップ等を封止した封止部材には、湿度検出部を露出させるための開口部が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−５９７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
湿度検出装置では、湿度検出部を封止部材から露出させるため開口部を形成する必要がある一方で、ボンディングワイヤは、外部に露出しないように封止部材で覆われる必要がある。
【０００７】
湿度検出部を封止部材から確実に露出させるためには開口部を大きくすればよいが、単純に開口部を大きくすると、製造時に生じる実装誤差等により、ボンディングワイヤが開口部から露出する恐れがある。このため、開口部を大きくすることなく、開口部をセンサチップ上の適切な位置に設定する必要がある。
【０００８】
したがって、湿度検出装置の製造時には、開口部を適切な位置に設定しない限り、開口部の形成時にボンディングワイヤの露出等の不良が発生し、歩留りの低下が生じる可能性がある。
【０００９】
本発明は、製造時における歩留りを向上させることを可能とする湿度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
開示の技術は、湿度検出部を有し、対向する第１辺及び第２辺のうちの前記第１辺に沿って複数のパッドが形成された第１半導体チップと、前記第１半導体チップを積載し、前記パッドに接続されたボンディングワイヤを介して入力される信号に基づいて信号処理を行う第２半導体チップと、前記湿度検出部を露出させ、中心位置が前記第１半導体チップの中心位置よりも前記第２辺側に位置する開口部を有する封止部材と、を備える湿度検出装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造時における歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る湿度検出装置の概略構成を例示する図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面を概略的に示す断面図である。
【図３】モールド樹脂を除去した状態における湿度検出装置の平面図である。
【図４】センサチップの構成を示す概略平面図である。
【図５】ＥＳＤ保護回路の構成を例示する回路図である。
【図６】ＥＳＤ保護回路を構成するＮＭＯＳトランジスタの層構造を例示する図である。
【図７】湿度検出部の構成を例示する回路図である。
【図８】温度検出部の構成を例示する回路図である。
【図９】センサチップの素子構造を説明するための概略断面図である。
【図１０】下部電極及び上部電極の形状を例示する平面図である
【図１１】加熱部を構成するｎ型拡散層の形状を例示する平面図である。
【図１２】ＡＳＩＣチップの機能構成を例示するブロック図である。
【図１３】開口部の形成位置を説明する図である。
【図１４】湿度検出装置の製造工程を例示する図である。
【図１５】湿度検出装置の製造工程を例示する図である。
【図１６】湿度検出装置の製造工程を例示する図である。
【図１７】湿度検出装置の製造工程を例示する図である。
【図１８】温度検出部を抵抗型温度センサとした例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。なお、本開示において、単に湿度と記載されている場合における湿度は、相対湿度を意味する。
【００１４】
［概略構成］
本発明の一実施形態に係る湿度検出装置１０の構成について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る湿度検出装置１０の概略構成を例示する図である。図１（Ａ）は、湿度検出装置１０を上方から見た平面図である。図１（Ｂ）は、湿度検出装置１０を下方から見た下面図である。図１（Ｃ）は、湿度検出装置１０を横方向から見た側面図である。また、図２は、図１（Ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面を概略的に示す断面図である。
【００１６】
湿度検出装置１０は、平面形状がほぼ矩形状であって、対向する２組の二辺の一方がＸ方向に平行であって、他方がＹ方向に平行である。Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。また、湿度検出装置１０は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に厚みを有する。なお、湿度検出装置１０の平面形状は、矩形状に限られず、円形、楕円、多角形等であってもよい。
【００１７】
湿度検出装置１０は、第１半導体チップとしてのセンサチップ２０と、第２半導体チップとしてのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）チップ３０と、モールド樹脂４０と、複数のリード端子４１とを有する。
【００１８】
センサチップ２０は、ＡＳＩＣチップ３０上に第１ＤＡＦ（Die Attach Film）４２を介して積層されている。すなわち、センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、ＡＳＩＣチップ３０がセンサチップ２０を積載したスタック構造となっている。
【００１９】
センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、複数の第１ボンディングワイヤ４３により電気的に接続されている。ＡＳＩＣチップ３０と複数のリード端子４１とは、複数の第２ボンディングワイヤ４４により電気的に接続されている。
【００２０】
このように積層化されたセンサチップ２０及びＡＳＩＣチップ３０、複数の第１ボンディングワイヤ４３、複数の第２ボンディングワイヤ４４、及び複数のリード端子４１は、封止部材としてのモールド樹脂４０により封止されてパッケージ化されている。このパッケージ方式は、ＰＬＰ（Plating Lead Package）方式と呼ばれるものである。
【００２１】
ＡＳＩＣチップ３０の下面には、詳しくは後述するが、ＰＬＰ方式によりパッケージ化する際に使用された第２ＤＡＦ４５が残存している。第２ＤＡＦ４５は、ＡＳＩＣチップ３０の下面を絶縁する役割を有する。湿度検出装置１０の下面には、第２ＤＡＦ４５と、複数のリード端子４１とが露出している。
【００２２】
各リード端子４１は、ニッケルや銅により形成されている。第１ＤＡＦ４２及び第２ＤＡＦ４５は、それぞれ樹脂とシリカなどの混合物からなる絶縁材料で形成されている。モールド樹脂４０は、カーボンブラックやシリカなどの混合物を含むエポキシ樹脂等の遮光性を有する黒色系の樹脂である。
【００２３】
湿度検出装置１０の上面側には、センサチップ２０の一部をモールド樹脂４０から露出させる開口部５０が形成されている。この開口部５０は、例えば、壁部がテーパ状であって、開口面積が下方に向かうにつれて小さくなる。この開口部５０のうち、実際にセンサチップ２０を露出させる最下端の部分を有効開口部５１という。
【００２４】
図３は、モールド樹脂４０を除去した状態における湿度検出装置１０の平面図である。図３に示すように、センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、それぞれ平面形状がほぼ矩形状であって、Ｘ方向に平行な二辺と、Ｙ方向に平行な二辺とを有する。センサチップ２０は、ＡＳＩＣチップ３０より小さく、ＡＳＩＣチップ３０の表面上に第１ＤＡＦ４２を介して積層されている。
【００２５】
センサチップ２０には、有効開口部５１により露出される領域に、湿度検出部２１と、温度検出部２２と、加熱部２３とが設けられている。加熱部２３は、湿度検出部２１の下面側に、湿度検出部２１の形成領域を覆うように形成されている。すなわち、加熱部２３の面積は、湿度検出部２１より大きい。このように、封止部材としてのモールド樹脂４０は、湿度検出部２１及び温度検出部２２を露出させた状態でセンサチップ２０等を封止している。
【００２６】
また、センサチップ２０の端部には、複数のボンディングパッド（以下、単にパッドという。）２４が形成されている。本実施形態では、６個のパッド２４が形成されている。パッド２４は、例えばアルミニウムやアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）により形成されている。
【００２７】
ＡＳＩＣチップ３０は、信号処理及び制御用の半導体チップであって、後述する湿度計測処理部３１、温度計測処理部３２、加熱制御部３３、及び故障判定部３４（いずれも図１２参照）が形成されている。
【００２８】
また、ＡＳＩＣチップ３０の表面においてセンサチップ２０で覆われていない領域には、複数の第１パッド３５と、複数の第２パッド３６とが設けられている。第１パッド３５及び第２パッド３６は、例えばアルミニウムやアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）により形成されている。
【００２９】
第１パッド３５は、第１ボンディングワイヤ４３を介して、センサチップ２０の対応するパッド２４に接続されている。第２パッド３６は、第２ボンディングワイヤ４４を介して、対応するリード端子４１に接続されている。リード端子４１は、ＡＳＩＣチップ３０の周囲に配置されている。
【００３０】
製造時において、ＡＳＩＣチップ３０の実装位置は、リード端子４１を基準として決定される。センサチップ２０のＡＳＩＣチップ３０上の実装位置は、ＡＳＩＣチップ３０の位置又はリード端子４１のいずれかを基準として決定される。開口部５０は、金型を用いたトランスファモールド法等により形成されるが、この金型の位置は、リード端子４１を基準として決定される。
【００３１】
図３に示す符号２５は、センサチップ２０上における湿度検出部２１及び温度検出部２２の形成許容領域を表す。この形成許容領域２５は、実装時に、ＡＳＩＣチップ３０、センサチップ２０、及び金型の間に位置ずれが最も大きく発生した場合であっても、開口部５０から確実に露出するように、開口部５０の形成領域内に設定されている。湿度検出部２１及び温度検出部２２は、形成許容領域２５内に形成されていれば、上記位置ずれにかかわらず、開口部５０から確実に露出する。
【００３２】
［センサチップの構成］
次に、センサチップ２０の構成について説明する。
【００３３】
図４は、センサチップ２０の構成を示す概略平面図である。前述のパッド２４は、外部からの電圧印加や、電位検出に使用される端子である。図４では、図３に示した複数のパッド２４を、パッド２４ａ〜２４ｆと区別して示している。なお、パッド２４ａ〜２４ｆを区別する必要がない場合は、単にパッド２４という。
【００３４】
パッド２４ａは、グランド電位に接地されるグランド電極端子（ＧＮＤ）として機能する。このパッド２４ａは、配線や基板を介して、温度検出部２２や加熱部２３等の各部に電気的に接続される。
【００３５】
パッド２４ｂは、湿度検出部２１の下部電極８３に電気的に接続された下部電極端子（ＢＯＴ）である。パッド２４ｂは、下部電極８３に駆動電圧を供給するために用いられる。パッド２４ｃは、湿度検出部２１の上部電極８４に電気的に接続された湿度検出用端子（ＨＭＤ）である。パッド２４ｃは、上部電極８４から相対湿度の検出信号を取得するために用いられる。パッド２４ｄは、湿度検出部２１の参照電極８２に電気的に接続された参照電極端子（ＲＥＦ）である。パッド２４ｄは、参照電極８２から湿度検出用の参照信号を取得するために用いられる。
【００３６】
パッド２４ｅは、温度検出部２２に電気的に接続された温度検出用端子（ＴＭＰ）である。パッド２４ｅは、温度の検出信号を取得するために用いられる。パッド２４ｆは、加熱部２３に電気的に接続された加熱用端子（ＨＴ）である。パッド２４ｆは、加熱部２３を駆動するための駆動電圧を供給するために用いられる。
【００３７】
また、パッド２４ａ以外のパッド２４ｂ〜２４ｆには、それぞれ静電気放電（ＥＳＤ：Electro-Static Discharge）保護回路６０が接続されている。各ＥＳＤ保護回路６０は、入力端子又は出力端子としてのパッド２４ｂ〜２４ｆのそれぞれと、グランド電極端子としてのパッド２４ａとの間に接続されている。本実施形態では、ＥＳＤ保護回路６０は、１つのダイオード６１により構成されている。ダイオード６１は、アノード側がパッド２４ａに接続され、カソード側がパッド２４ｂ〜２４ｆのうちのいずれかに接続されている。
【００３８】
ＥＳＤ保護回路６０は、有効開口部５１から可能な限り離すように、パッド２４ｂ〜２４ｆの近傍に配置することが好ましい。ＥＳＤ保護回路６０は、モールド樹脂４０により覆われているので、光電効果による不要な電荷発生が生じることはない。
【００３９】
［ＥＳＤ保護回路の構成］
次に、ＥＳＤ保護回路６０の構成について説明する。
【００４０】
図５は、ＥＳＤ保護回路６０の構成を例示する回路図である。図５に示すように、ＥＳＤ保護回路６０を構成するダイオード６１は、例えば、ＮチャネルＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタという。）により形成されている。具体的には、ダイオード６１は、ＮＭＯＳトランジスタのソースとゲートとバックゲートを短絡（いわゆるダイオード接続）したものである。この短絡部は、アノードとして機能する。このＮＭＯＳトランジスタのドレインは、カソードとして機能する。
【００４１】
図６は、ＥＳＤ保護回路６０を構成するＮＭＯＳトランジスタの層構造を例示する図である。このＮＭＯＳトランジスタは、センサチップ２０を構成するためのｐ型半導体基板７０の表層に形成された２つのｎ型拡散層７１，７２と、コンタクト層７３と、ゲート電極７４とを有する。ゲート電極７４は、ｐ型半導体基板７０の表面上にゲート絶縁膜７５を介して形成されている。ゲート電極７４は、２つのｎ型拡散層７１，７２の間に配置されている。
【００４２】
例えば、ｎ型拡散層７１がソースとして機能し、ｎ型拡散層７２がドレインとして機能する。コンタクト層７３は、バックゲートとしてのｐ型半導体基板７０との電気的接続のための低抵抗層（ｐ型拡散層）である。ｎ型拡散層７１とゲート電極７４とコンタクト層７３とは、共通に接続されて短絡される。この短絡部がアノードとして機能し、ｎ型拡散層７２がカソードとして機能する。
【００４３】
ｐ型半導体基板７０は、例えばｐ型シリコン基板である。ゲート電極７４は、金属や多結晶シリコン（ポリシリコン）により形成されている。ゲート絶縁膜７５は、例えば、二酸化シリコン等の酸化膜により形成されている。
【００４４】
［湿度検出部の構成］
次に、湿度検出部２１の構成について説明する。
【００４５】
図７は、湿度検出部２１の構成を例示する回路図である。図７に示すように、湿度検出部２１は、湿度検出用キャパシタ８０と参照用キャパシタ８１とを有する。
【００４６】
湿度検出部２１の一方の電極（下部電極８３）は、下部電極端子としてのパッド２４ｂに接続されている。湿度検出部２１の他方の電極（上部電極８４）は、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃに接続されている。参照用キャパシタ８１の一方の電極は、湿度検出部２１の一方の電極（下部電極８３）と共通である。参照用キャパシタ８１の他方の電極（参照電極８２）は、参照電極端子としてのパッド２４ｄに接続されている。
【００４７】
湿度検出用キャパシタ８０は、電極間に後述する感湿膜８６が設けられている。感湿膜８６は、空気中の水分を吸収し、吸収した水分量に応じて誘電率が変化するポリイミド等の高分子材料で形成されている。したがって、湿度検出用キャパシタ８０は、感湿膜８６が吸収する水分量に応じて静電容量が変化する。
【００４８】
参照用キャパシタ８１は、電極間に後述する第２絶縁膜１１１（図９参照）が設けられている。第２絶縁膜１１１は、水分を吸収しない二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁材料で形成されている。したがって、参照用キャパシタ８１は、静電容量は変化しないか、変化したとしても極僅かである。
【００４９】
感湿膜８６に含まれる水分量は、湿度検出装置１０の周囲の湿度に対応するので、湿度検出用キャパシタ８０の静電容量と参照用キャパシタ８１の静電容量との差を検出することにより、相対湿度を測定することができる。この相対湿度の測定は、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃの電位と、参照電極端子としてのパッド２４ｄの電位とに基づき、ＡＳＩＣチップ３０内の湿度計測処理部３１（図１２参照）によって行われる。
【００５０】
［温度検出部の構成］
次に、温度検出部２２の構成について説明する。
【００５１】
図８は、温度検出部２２の構成を例示する回路図である。温度検出部２２は、半導体のバンドギャップで温度変化により電気特性が比例的に変化する特性を利用して温度を検出するバンドギャップ型の温度センサである。例えば、温度検出部２２は、ベース、エミッタ、コレクタのいずれか２つを接続して２端子とされた１又は複数のバイポーラトランジスタを含む。この２端子間の抵抗値を検出することにより、温度を測定することができる。
【００５２】
図８に示すように、本実施形態では、温度検出部２２は、ベースとコレクタを接続したｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０を、複数個（例えば８個）並列に接続することにより構成されている。このように、複数個のバイポーラトランジスタ９０を並列接続することにより、ｐｎ接合の接合面積が増大し、ＥＳＤ耐性が向上する。
【００５３】
バイポーラトランジスタ９０のエミッタは、グランド電極端子としてのパッド２４ａに接続されている。バイポーラトランジスタ９０のベース及びコレクタは、温度検出用端子としてのパッド２４ｅに接続されている。
【００５４】
温度の測定は、パッド２４ｅの電位に基づき、ＡＳＩＣチップ３０内の温度計測処理部３２（図１２参照）によって行われる。
【００５５】
［センサチップの素子構造］
次に、センサチップ２０の素子構造について説明する。
【００５６】
図９は、センサチップ２０の素子構造を説明するための概略断面図である。なお、図９では、パッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅを、湿度検出部２１、温度検出部２２、及び加熱部２３と同一の断面内に示しているが、これは構造の理解を容易にするために示したものであり、実際に同一断面内に存在することを意味するものではない。湿度検出部２１、温度検出部２２、及び加熱部２３の断面についても、構造の理解を容易にするために簡略化しており、各部の位置関係等は実際とは異なる。
【００５７】
図９に示すように、センサチップ２０は、前述のｐ型半導体基板７０を用いて形成されている。このｐ型半導体基板７０には、第１ディープｎウェル１００ａと、第２ディープｎウェル１００ｂとが形成されている。第１ディープｎウェル１００ａには、温度検出部２２が形成されている。第２ディープｎウェル１００ｂには、加熱部２３が形成されている。
【００５８】
第１ディープｎウェル１００ａと第２ディープｎウェル１００ｂとのいずれも形成されていないｐ型半導体基板７０の表層には、ｐウェル１０３ａ，１０３ｂが形成されている。ｐウェル１０３ａ，１０３ｂの表層には、それぞれｐ型拡散領域からなるコンタクト層１０４ａ，１０４ｂが形成されている。コンタクト層１０４ａ，１０４ｂは、ｐ型半導体基板７０上に形成される所定の配線層とｐ型半導体基板７０との電気的接続のための低抵抗層（ｐ型拡散層）である。
【００５９】
第１ディープｎウェル１００ａの表層には、ｐウェル１０１とｎウェル１０２とが形成されている。ｐウェル１０１の表層には、ｎ型拡散層９１及びｐ型拡散層９２が形成されている。ｎウェル１０２の表層には、ｎ型拡散層９３が形成されている。ｎ型拡散層９１、ｐ型拡散層９２、及びｎ型拡散層９３は、前述のｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０を構成し、それぞれエミッタ、ベース、及びコレクタとして機能する。
【００６０】
第２ディープｎウェル１００ｂの表層には、ｐウェル１０５が形成されている。ｐウェル１０５の表層には、１又は２以上のｎ型拡散層１０６が形成されている。本実施形態では、複数のｎ型拡散層１０６が形成されている。例えば、各ｎ型拡散層１０６は、紙面に直交する方向に延伸しており、全体として１次元格子状となっている（図１１参照）。ｎ型拡散層１０６は、所定の抵抗値（例えば、約３Ωのシート抵抗値）を有し、電流が流れることにより発熱する抵抗体として機能する。すなわち、ｎ型拡散層１０６は、前述の加熱部２３を構成する。
【００６１】
ｐ型半導体基板７０内の各層は、通常の半導体製造工程（ＣＭＯＳプロセス）を用いて形成される。したがって、抵抗体としてのｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｎ型拡散層９１，９３と同一の製造工程で形成される。すなわち、抵抗体としてのｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｎ型拡散層９１，９３と、ｐ型半導体基板７０の表面からの深さが同一である。また、ｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｐ型拡散層９２と、ｐ型半導体基板７０の表面からの深さが同一であってもよい。
【００６２】
なお、ｎ型拡散層１０６，９１，９３は、ｎ型不純物（例えばリン）をイオン注入することにより基板中への不純物添加を行うイオン注入工程により同時に形成される。なお、ｎ型拡散層１０６，９１，９３は、イオン注入工程に代えて、熱処理によって不純物添加を行う熱拡散工程で形成することも可能である。
【００６３】
また、前述のＥＳＤ保護回路６０のｎ型拡散層７１，７２についてもｎ型拡散層１０６，９１，９３と同一の製造工程（イオン注入工程又は熱拡散工程）で作成される。コンタクト層７３は、ｐ型拡散層９２、コンタクト層１０４ａ，１０４ｂ等と同一の製造工程（イオン注入工程又は熱拡散工程）で作成される。
【００６４】
ｐ型半導体基板７０中のその他の層は、主にコンタクト層として機能するものであるので、説明は省略する。
【００６５】
ｐ型半導体基板７０の表面上には、第１絶縁膜１１０、第２絶縁膜１１１、及び第３絶縁膜１１２が順に積層されている。これらは、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁材料で形成されている。
【００６６】
第１絶縁膜１１０上には、第１配線層１２０が形成されている。第２絶縁膜１１１上には、第２配線層１２１が形成されている。第２絶縁膜１１１は、第１配線層１２０上を覆っている。第３絶縁膜１１２は、第２配線層１２１上を覆っている。第１配線層１２０及び第２配線層１２１は、アルミニウム等の導電性材料により形成されている。
【００６７】
第１絶縁膜１１０中には、第１配線層１２０をｐ型半導体基板７０に接続するための複数の第１プラグを有する第１プラグ層１２２が形成されている。第２絶縁膜１１１中には、第１配線層１２０と第２配線層１２１とを接続するための複数の第２プラグを有する第２プラグ層１２３が形成されている。第１プラグ層１２２及び第２プラグ層１２３は、タングステン等の導電性材料により形成されている。
【００６８】
例えば、前述のバイポーラトランジスタ９０のベースとコレクタとを接続するための配線９４は、第１配線層１２０により形成され、第１プラグ層１２２を介してｐ型拡散層９２及びｎ型拡散層９３に接続される。また、配線９４は、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介して、温度検出用端子としてのパッド２４ｅに接続される。また、バイポーラトランジスタ９０のエミッタとしてのｎ型拡散層９１は、第１プラグ層１２２、第１配線層１２０、及び第２配線層１２１を介して、グランド電極端子としてのパッド２４ａに接続される。
【００６９】
加熱部２３の一端をグランド電位に接地するための配線１０７は、第１配線層１２０により形成され、第１プラグ層１２２を介してｎ型拡散層１０６及びコンタクト層１０４ｂに接続される。また、加熱部２３の他端を加熱用端子としてのパッド２４ｆに接続するための配線１０８は、第１プラグ層１２２を介してｎ型拡散層１０６に接続され、かつ、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介してパッド２４ｆに接続される。なお、配線１０８は、加熱部２３に大きな電流を流すことによるエレクトロマイグレーションを防止するために、他の配線より幅を太くすることが好ましい。
【００７０】
参照用キャパシタ８１の参照電極８２は、第１配線層１２０により形成され、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介して、参照電極端子としてのパッド２４ｄ（図９では図示せず）に接続される。
【００７１】
また、湿度検出用キャパシタ８０の下部電極８３は、第２配線層１２１により形成され、下部電極端子としてのパッド２４ｂに接続されている。さらに、湿度検出用キャパシタ８０の上部電極８４を湿度検出用端子としてのパッド２４ｃに接続するための配線８５は、第２配線層１２１により形成されている。なお、下部電極８３は、第２絶縁膜１１１を介して参照電極８２に対向する位置に配置されている。
【００７２】
パッド２４ａ〜２４ｆは、アルミニウム等の導電性材料によって、第３絶縁膜１１２上に形成され、第３絶縁膜１１２を貫通して第２配線層１２１に接続されている。
【００７３】
第３絶縁膜１１２上には、感湿膜８６が形成されている。感湿膜８６は、厚みが０．５μｍ〜１．５μｍであって、湿度に応じて水分子を吸着及び脱着しやすい高分子材料で形成されている。感湿膜８６は、例えば、厚みが１μｍのポリイミド膜である。なお、感湿膜８６を形成する高分子材料は、ポリイミドに限られず、セルロース、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などであってもよい。
【００７４】
感湿膜８６の上面は平坦であり、この上面に、平板状の上部電極８４が形成されている。上部電極８４は、感湿膜８６を介して下部電極８３に対向する位置に形成されている。上部電極８４の一部は、配線８５に接続されている。上部電極８４は、例えば、厚みが２００ｎｍのアルミニウム等で形成された導電膜である。また、上部電極８４には、空気中の水分子を感湿膜８６に効率的に取り込むために、複数の開口８４ａが形成されている。
【００７５】
感湿膜８６上には、上部電極８４を覆うようにオーバーコート膜８７が設けられている。オーバーコート膜８７は、高分子材料、例えば、感湿膜８６と同一の材料で形成されている。オーバーコート膜８７の厚みは、例えば０．５μｍ〜１０μｍである。
【００７６】
感湿膜８６及びオーバーコート膜８７には、パッド２４ａ〜２４ｆを露出させる開口が形成されている。
【００７７】
このように、下部電極８３と上部電極８４とによって平行平板の湿度検出用キャパシタ８０が構成されている。また、下部電極８３と参照電極８２とによって、平行平板の参照用キャパシタ８１が構成されている。また、湿度検出用キャパシタ８０と参照用キャパシタ８１とは、加熱部２３の上方に配置されている。
【００７８】
したがって、加熱部２３が発熱することにより、下部電極８３と上部電極８４との間の感湿膜８６が加熱される。これにより、感湿膜８６は、加熱により温度が上昇することで湿度に応じた量の水分子を吸着するので、誘電率が変化し、湿度検出用キャパシタ８０の静電容量が低下する。また、温度検出部２２は、加熱部２３により生じる温度上昇を検出する。
【００７９】
図１０は、下部電極８３及び上部電極８４の形状を例示する平面図である。図１０に示すように、下部電極８３と上部電極８４とはともに矩形状である。上部電極８４は、下部電極８３上を覆うように形成されている。
【００８０】
開口８４ａは、可能な限り小さいほうが好ましく、小さいほど空気中への電界の漏れが防止される。実際は、多数の開口８４ａが形成されている。なお、開口８４ａは、正方形には限られず、細長い短冊状であってもよいし、円形であってもよい。また、開口８４ａは、千鳥状に配列されていてもよい。開口８４ａは、円形であって、かつ千鳥状配列であることが望ましい。
【００８１】
なお、図１０では図示を省略しているが、下部電極８３の下方には、矩形状の参照電極８２が形成されている。
【００８２】
図１１は、加熱部２３を構成するｎ型拡散層１０６の形状を例示する平面図である。図１１に示すように、ｎ型拡散層１０６は、細長い短冊状の領域が複数平行に並べられた一次元格子状となっている。この一次元格子状のｎ型拡散層１０６の一端が前述の配線１０７に接続され、他端が前述の配線１０８に接続されている。加熱部２３は、温度検出部２２の全体を覆うように、温度検出部２２の下方に位置している。
【００８３】
［ＡＳＩＣチップの機能構成］
次に、ＡＳＩＣチップ３０に構成される機能部について説明する。
【００８４】
図１２は、ＡＳＩＣチップ３０の機能構成を例示するブロック図である。図１２に示すように、ＡＳＩＣチップ３０には、湿度計測処理部３１、温度計測処理部３２、加熱制御部３３、及び故障判定部３４が構成されている。
【００８５】
湿度計測処理部３１は、下部電極端子としてのパッド２４ｂに所定の駆動電圧を印加するとともに、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃの電位と、参照電極端子としてのパッド２４ｄの電位とを検出する。そして、湿度計測処理部３１は、両者の検出値の差（電位差）に基づいて信号処理を行うことにより、相対湿度（％ＲＨ）を算出する。
【００８６】
温度計測処理部３２は、温度検出用端子としてのパッド２４ｅの電位を検出し、検出電位に対応する温度を算出する。
【００８７】
加熱制御部３３は、加熱用端子としてのパッド２４ｆに所定の駆動電圧を印加することにより、加熱部２３に電流（例えば１０ｍＡ程度）を流して発熱させる。加熱制御部３３は、パッド２４ｆへの印加電圧を制御することにより、発熱量の制御を行う。
【００８８】
故障判定部３４は、湿度計測処理部３１により計測された相対湿度と、温度計測処理部３２により計測された温度とに基づいて故障判定を行う。故障判定部３４は、故障判定時に、加熱部２３の加熱開始及び終了に関する指示を、加熱制御部３３に与える。具体的には、故障判定部３４は、加熱部２３を発熱させた後、温度が上昇しない場合、及び、温度は上昇するが湿度が低下しない場合に、故障と判定する。
【００８９】
［開口部の形成位置］
次に、湿度検出装置１０の製造時における開口部５０の形成に伴う歩留りの低下を抑制するための開口部５０の形成位置について説明する。
【００９０】
図１３は、開口部５０の形成位置を説明する図である。
【００９１】
本実施形態では、センサチップ２０は、Ｘ方向に対向する第１辺２０ａ及び第２辺２０ｂと、Ｙ方向に対向する第３辺２０ｃ及び第４辺２０ｄとを有し、第１辺２０ａ及び第２辺２０ｂを短辺とする長方形である。
【００９２】
同様に、ＡＳＩＣチップ３０は、Ｘ方向に対向する第１辺３０ａ及び第２辺３０ｂと、Ｙ方向に対向する第３辺３０ｃ及び第４辺３０ｄとを有し、第１辺３０ａ及び第２辺３０ｂを短辺とする長方形である。
【００９３】
センサチップ２０の第１辺２０ａ及び第２辺２０ｂは、ＡＳＩＣチップ３０の第１辺３０ａ及び第２辺３０ｂと平行である。センサチップ２０の第３辺２０ｃ及び第４辺２０ｄは、ＡＳＩＣチップ３０の第３辺３０ｃ及び第４辺３０ｄと平行である。
【００９４】
センサチップ２０において、複数のパッド２４は、センサチップ２０の第１辺２０ａに沿って配置されている。パッド２４と第１ボンディングワイヤ４３を介して接続されるＡＳＩＣチップ３０の第１パッド３５は、第１辺３０ａに沿って配置されている。
【００９５】
センサチップ２０の中心位置をＣ１、開口部５０の中心位置をＣ２とする。開口部５０は、中心位置Ｃ２が、センサチップ２０の中心位置をＣ１よりも、パッド２４が形成されていない第２辺２０ｂ側に変位した位置に形成されている。
【００９６】
また、開口部５０の中心位置Ｃ２は、センサチップ２０の中心位置Ｃ１を通るＹ方向に平行な直線上に位置することが好ましい。
【００９７】
また、センサチップ２０の中心位置Ｃ１は、開口部５０内に位置していることが好ましい。
【００９８】
さらに、開口部５０は、センサチップ２０上に位置し、かつ、前述の湿度検出部２１及び温度検出部２２の形成許容領域２５を露出させる大きさであることが好ましい。
【００９９】
［湿度検出装置の製造方法］
次に、湿度検出装置１０の製造方法について説明する。
【０１００】
図１４〜図１７は、湿度検出装置１０の製造工程を例示する図である。図１４〜図１７では、ＹＺ面に沿った断面を概略的に示している。
【０１０１】
まず、図１４（Ａ）に示すように、平板状のプレート２００上に、リード端子４１を、ニッケル（Ｎｉ）や銅（Ｃｕ）を用いて電鋳などの方法により形成する。プレート２００は、例えばステンレス製である。
【０１０２】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、プレート２００の表面上に、半導体製造方法を用いて製造された複数のＡＳＩＣチップ３０を、第２ＤＡＦ４５を介して固着する。なお、実際には多数のセンサチップ２０がプレート２００上に固着されるが、図１４（Ｂ）では、簡略化のため、２つのセンサチップ２０のみを示している。
【０１０３】
次に、図１５（Ａ）に示すように、各ＡＳＩＣチップ３０の表面上に、半導体製造方法を用いて製造されたセンサチップ２０を、第１ＤＡＦ４２を介して固着する。
【０１０４】
そして、図１５（Ｂ）に示すように、各ＡＳＩＣチップ３０上の第２パッド３６とリード端子４１との間を第２ボンディングワイヤ４４で接続し、各センサチップ２０上のパッド２４とＡＳＩＣチップ３０上の第１パッド３５との間を、第１ボンディングワイヤ４３で接続する。以下、図１５（Ｂ）に示す構成を、以下、被成形品２１０という。
【０１０５】
次に、図１６（Ａ）に示すように、上型２２１と下型２２２とからなる金型２２０を用意し、下型２２２の上に被成形品２１０を載置する。
【０１０６】
金型２２０は、トランスファモールド法による樹脂封止用の金型である。上型２２１には、上述のモールド樹脂４０に開口部５０を形成するための複数の凸部２２１ａが設けられている。凸部２２１ａは、断面が台形状である。
【０１０７】
離型フィルム２３０は、上型２２１の内面全体を覆う面積を有し、上型２２１の内面の凹凸に倣って変形する柔軟性を有する。また、離型フィルム２３０は、樹脂成型時の加熱温度に耐え得る耐熱性と、モールド樹脂４０及び金型２２０から容易に剥離することが可能な剥離性を有する。離型フィルム２３０は、例えば、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフロロエチレン）によって形成されている。
【０１０８】
次に、図１６（Ｂ）に示すように、上型２２１を、離型フィルム２３０を介して下型２２２に当接させる。このとき、各凸部２２１ａの先端面がセンサチップ２０の表面の開口形成領域に当接するように位置調整を行う。具体的には、凸部２２１ａにより形成される開口部５０の中心位置Ｃ１が、センサチップ２０の中心位置Ｃ１よりも第２辺２０ｂ側に位置し、中心位置Ｃ１が開口形成領域に含まれるように、凸部２２１ａの位置調整を行う。
【０１０９】
このとき、センサチップ２０及びＡＳＩＣチップ３０が上型２２１により押されて密着する際にかかる応力によって破損しないように、センサチップ２０の厚みＴ１（図２参照）とＡＳＩＣチップ３０の厚みＴ２（図２参照）とを、それぞれ２００μｍ以上とすることが好ましい。
【０１１０】
なお、金型２２０の内部空間の高さＷは、上型２２１が第１ボンディングワイヤ４３や第２ボンディングワイヤ４４に接触することのない値に設定されている。
【０１１１】
このように上型２２１と下型２２２とを離型フィルム２３０を介して閉じた状態として、金型２２０を加熱し、金型２２０の内部空間へ、矢印で示すように供給路を介してモールド樹脂４０を流し込む。これにより、センサチップ２０、ＡＳＩＣチップ３０、第１ボンディングワイヤ４３、第２ボンディングワイヤ４４、及びリード端子４１がモールド樹脂４０で封止される。
【０１１２】
モールド樹脂４０が固化した後、図１７（Ａ）に示すように、上型２２１を下型２２２から分離し、湿度検出装置１０を取り出し、離型フィルム２３０を湿度検出装置１０から剥離する。モールド樹脂４０には、上型２２１の凸部２２１ａにより上述の開口部５０が形成される。
【０１１３】
そして、湿度検出装置１０の境界部分（図１７（Ａ）中の破線で示す部分）でモールド樹脂４０及びプレート２００をスクライブした後、プレート２００を剥離することにより、図１７（Ｂ）に示すように、個片化された複数の湿度検出装置１０が完成する。
【０１１４】
また、上記製造工程のように、第１ボンディングワイヤ４３及び第２ボンディングワイヤ４４の接続は、図１５（Ａ）に示すようにプレート２００上にＡＳＩＣチップ３０及びセンサチップ２０が固着された後に行うのが好ましいが、第２ボンディングワイヤ４４の接続を、図１４（Ｂ）に示すようにプレート２００上にＡＳＩＣチップ３０を固着した直後に行ってもよい。
【０１１５】
［効果］
上記製造方法では、センサチップ２０はＡＳＩＣチップ３０を基準として実装され、ＡＳＩＣチップ３０はプレート２００を基準として実装され、金型２２０はプレート２００を基準として被成形品２１０に取り付けられるので、実装誤差等により、開口部５０の形成位置にずれが生じる場合がある。開口部５０は、このようなずれが生じた場合であっても湿度検出部２１及び温度検出部２２を確実に露出させる大きさに形成されている。
【０１１６】
本実施形態では、開口部５０は、その中心位置Ｃ１が、センサチップ２０の中心位置Ｃ１よりもパッド２４と反対側（第２辺２０ｂ側）に位置するように形成されるので、パッド２４に接続される第１ボンディングワイヤ４３が開口部５０から露出することが防止される。これにより、製造時における不良の発生が低減し、歩留りが向上する。
【０１１７】
また、本実施形態では、センサチップ２０の中心位置Ｃ１は、開口部５０内に位置しているので、開口部５０の形成時において、センサチップ２０は、中心位置Ｃ１を含む領域が凸部２２１ａにより押圧される。これにより、凸部２２１ａでの押圧によるチップ割れ等の損傷が低減され、さらに歩留りが向上する。
【０１１８】
［その他の変形例］
以下に、その他の各種変形例について説明する。
【０１１９】
第１実施形態に係るＥＳＤ保護回路６０を構成するＮＭＯＳトランジスタ、又は変形例に係るＥＳＤ保護回路６０ａを構成するＰＭＯＳトランジスタのゲート電極の形成工程を、湿度検出部２１や温度検出部２２の配線層の形成工程と共通化してもよい。これにより、センサチップ２０の製造工程を簡略化することができる。
【０１２０】
また、ＥＳＤ保護回路は、ＭＯＳトランジスタに限られず、半導体基板中のｐｎ接合により構成することも可能である。この場合には、ゲート電極が不要となるので、センサチップ２０の製造工程をさらに簡略化することができる。
【０１２１】
上記実施形態では、温度検出部２２をｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０により構成しているが、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタにより構成してもよい。さらに、バイポーラトランジスタに代えて、１又は複数のｐｎ接合ダイオードにより温度検出部２２を構成してもよい。
【０１２２】
また、温度検出部２２は、ｐｎ接合を有するバンドギャップ型以外の温度センサであってもよい。例えば、温度検出部２２は、不純物拡散層（ｎ型拡散層又はｐ型拡散層）を抵抗体として用い、抵抗値の温度依存性に基づいて温度を検出する抵抗型温度センサであってもよい。
【０１２３】
図１８は、温度検出部を抵抗型温度センサとした例を示す図である。図１６に示す温度検出部２２ａは、第１抵抗体３０１と、第２抵抗体３０２と、第３抵抗体３０３と、第４抵抗体３０４とが互いに接続されたブリッジ回路３００を有する。
【０１２４】
第１抵抗体３０１と第２抵抗体３０２とは、電源電位（ＶＤＤ）とグランド電位との間に直列に接続される。同様に、第３抵抗体３０３と第４抵抗体３０４とは、電源電位とグランド電位との間に直列に接続される。
【０１２５】
第１〜第４抵抗体３０１〜３０４は、半導体基板の表層に形成されたｎ型拡散層又はｐ型拡散層である。第１抵抗体３０１と第４抵抗体３０４とは、不純物濃度がほぼ同一であって、温度係数がほぼ同一である。第２抵抗体３０２と第３抵抗体３０３とは、不純物濃度がほぼ同一であって、温度係数がほぼ同一である。
【０１２６】
第１抵抗体３０１と第２抵抗体３０２との接続部の電位Ｖ１は、外部端子ＯＵＴ１を介して差動増幅器３１０に入力される。第３抵抗体３０３と第４抵抗体３０４との接続部の電位Ｖ２は、外部端子ＯＵＴ２を介して差動増幅器３１０に入力される。外部端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、前述の温度検出用端子に代えて２つのパッド２４により形成されたものである。
【０１２７】
差動増幅器３１０は、例えば、ＡＳＩＣチップ３０内に設けられており、電位Ｖ１と電位Ｖ２との差を増幅して、差動出力Ｖｏｕｔを出力する。第１抵抗体３０１と第４抵抗体３０４との抵抗値をＲ１、第２抵抗体３０２と第３抵抗体３０３との抵抗値をＲ２とすると、差動出力値Ｖｏｕｔは下式（１）で表される。
【０１２８】
Ｖｏｕｔ＝［（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）］×ＶＤＤ    ・・・（１）
抵抗値Ｒ１，Ｒ２の温度に対する変化がそれぞれ異なるので、差動出力Ｖｏｕｔに基づいて温度を求めることができる。なお、式（１）によると、差動出力Ｖｏｕｔは、電源電位ＶＤＤに依存するので、差動出力Ｖｏｕｔを電源電位ＶＤＤで割った値Ｖｏｕｔ／ＶＤＤに基づいて温度を求めることが好ましい。
【０１２９】
また、上記実施形態では、ＥＳＤ保護回路６０を、ＮＭＯＳトランジスタにより構成しているが、ＰＭＯＳトランジスタにより構成することも可能である。また、ＥＳＤ保護回路６０を構成するＭＯＳトランジスタのゲート電極の形成工程を、湿度検出部２１や温度検出部２２の配線層の形成工程と共通化することにより、センサチップ２０の製造工程が簡略化される。さらに、ＥＳＤ保護回路６０を半導体基板中のｐｎ接合により構成することも可能である。この場合には、ゲート電極が不要となるので、センサチップ２０の製造工程が簡略化される。
【０１３０】
また、上記実施形態では、加熱制御部３３をＡＳＩＣチップ３０内に設けているが、加熱制御部３３をＡＳＩＣチップ３０の外部に設けてもよい。すなわち、湿度検出装置１０の外部に設けられた外部装置（例えばマイコン）によって加熱制御を行い、ＡＳＩＣチップ３０とは別の電源からセンサチップ２０の加熱用端子に駆動電圧を供給してもよい。
【０１３１】
また、上記実施形態では、故障判定部３４をＡＳＩＣチップ３０内に設けているが、故障判定部３４をＡＳＩＣチップ３０の外部、すなわち湿度検出装置１０の外部の外部装置（例えばマイコン）内に設けてもよい。
【０１３２】
また、上記実施形態では、半導体基板に温度検出部２２や加熱部２３を形成しているが、これらに限られず、例えば、アンプ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、レギュレータなどの回路を、上記半導体製造工程を用いて同時に形成することも可能である。
【０１３３】
また、本開示において、「覆う」や「上」という文言により表される２つの要素の位置関係は、第１の要素を第２の要素の表面に、他の要素を介して間接的に設けられる場合、及び直接的に設けられる場合の両方を含む。
【０１３４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０  湿度検出装置、２０  センサチップ（第１半導体チップ）、２０ａ  第１辺、２０ｂ  第２辺、２０ｃ  第３辺、２０ｄ  第４辺、２１  湿度検出部、２２  温度検出部、２２ａ  温度検出部、２３  加熱部、２４  ボンディングパッド、２５  形成許容領域、３０  ＡＳＩＣチップ（第２半導体チップ）、３０ａ  第１辺、３０ｂ  第２辺、３０ｃ  第３辺、３０ｄ  第４辺、３５  第１パッド、３６  第２パッド、４０  モールド樹脂、４２  第１ＤＡＦ、４３  第１ボンディングワイヤ、４４  第２ボンディングワイヤ、４５  第２ＤＡＦ、５０  開口部、５１  有効開口部、８０  湿度検出用キャパシタ、８１  参照用キャパシタ、８２  参照電極、８３  下部電極、８４  上部電極、８６  感湿膜、８７  オーバーコート膜、２００  プレート、２１０  被成形品、２２０  金型、２２１  上型、２２１ａ  凸部、２２２  下型、２３０  離型フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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