(57)【要約】【課題】容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された半導体装置であって、前記容量素子における広範囲の容量値に渡って、小型且つ低コストで製造できる半導体装置を提供する。【解決手段】容量素子（湿度センサ素子）１０と、容量素子１０を用いた電気信号処理回路（センサ信号処理回路）とが、同じ半導体基板１の一方の面側に形成されてなる半導体装置１００，１０１であって、容量素子１０が、半導体基板１上に、スクリーン印刷により形成されてなる半導体装置とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極および誘電体膜からなる容量素子と、前記容量素子を用いた電気信号処理回路とが、同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる半導体装置であって、
前記半導体基板上に、前記容量素子の構成要素である第１電極、第２電極もしくは誘電体膜のうち少なくとも一つの構成要素が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記容量素子が、下層の前記第１電極と上層の前記第２電極の間に前記誘電体膜が挟まれた、積層型の容量素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１電極が、シリコン窒化膜により保護された前記電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなり、
前記誘電体膜と第２電極が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１電極、誘電体膜および第２電極が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記容量素子が、絶縁膜を介して、前記電気信号処理回路の直上に配置されてなることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記容量素子が、湿度によってその容量が変化する湿度センサ素子であり、
前記電気信号処理回路が、前記湿度センサ素子の容量変化を電気信号処理するセンサ信号処理回路であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２電極が、複数個の貫通穴を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２電極が、櫛歯状であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２電極が、透湿性を有する多孔質膜からなることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記容量素子が、前記誘電体膜と、同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された櫛歯状の前記第１電極と第２電極とを備える、櫛歯電極型の容量素子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１電極と第２電極が、前記半導体基板上に形成され、前記第１電極と第２電極を覆うようにして、前記誘電体膜が形成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１電極と第２電極上に保護膜が形成され、前記誘電体膜が、前記保護膜上に形成されてなることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記誘電体膜が、前記半導体基板上に形成され、前記第１電極と第２電極が、前記誘電体膜上に形成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第１電極と第２電極が、前記半導体基板上に形成された前記誘電体膜中に形成されてなることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第１電極と第２電極が、シリコン窒化膜により保護された前記電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなり、
前記誘電体膜が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記第１電極、第２電極および誘電体膜が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記容量素子が、絶縁膜を介して、前記電気信号処理回路の直上に配置されてなることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記容量素子が、湿度によってその容量が変化する湿度センサ素子であり、
前記電気信号処理回路が、前記湿度センサ素子の容量変化を電気信号処理するセンサ信号処理回路であることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記第１電極もしくは第２電極が、
前記半導体基板上に形成された保護膜の開口部を介して、前記電気信号処理回路のアルミニウム（Ａｌ）からなる配線パッドに、スクリーン印刷により一体的に接続されてなることを特徴とする請求項２乃至１８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記開口部に露出する配線パッド上に、前記第１電極もしくは第２電極の材料である導電ペーストが充填されてなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記保護膜と配線パッドが、平坦化されてなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２２】
前記開口部に露出する配線パッド上に、金（Ａｕ）層が形成され、
当該Ａｕ層を介して、前記第１電極もしくは第２電極が、前記Ａｌからなる配線パッドに接続されてなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子と、前記容量素子を用いた電気信号処理回路とが、同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量素子と、前記容量素子を用いた電気信号処理回路とが、同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる半導体装置が、例えば、特開２００２−２４３６９０公報（特許文献１）に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示された半導体装置は１チップに集積化された容量式湿度センサで、前記容量素子が、湿度によってその容量が変化する湿度センサ素子であり、前記電気信号処理回路が、前記湿度センサ素子の容量変化を電気信号処理するセンサ信号処理回路である。
【０００４】
図１１は、特許文献１に開示された容量式湿度センサ９０の模式的な断面図である。
【０００５】
図１１の容量式湿度センサ９０では、半導体基板１の一方の面側に、湿度センサ素子とセンサ信号処理回路が形成されている。
【０００６】
湿度センサ素子形成部では、半導体基板１上に形成されたシリコン酸化膜２上に、２個の電極９ａ，９ｂが、離間して対向するように形成されている。２個の電極９ａ，９ｂは、シリコン窒化膜３により保護されたセンサ信号処理回路の配線９ｈと同じアルミニウム（Ａｌ）金属層からなり、同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された櫛歯状の電極となっている。また、２個の電極９ａ，９ｂを覆うように、前記シリコン窒化膜３と感湿膜４が形成されている。感湿膜４は、周囲の雰囲気の湿度変化に応じて誘電率が変化するポリイミド等の誘電体膜である。感湿膜４は、スピンコートを用いて半導体基板１上の全面に形成された後、フォトリソグラフィとエッチングからなるパターニング工程で形成される。
【０００７】
センサ信号処理回路形成部は、基準容量（リファレンス容量）形成部と、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部とからなる。湿度センサ素子における電極９ａ，９ｂ間の容量変化は、基準容量と比較され、ＣＭＯＳトランジスタ等形成部で電気信号処理される。以上のようにして、図１１の容量式湿度センサ９０では、湿度変化に伴う電極９ａ，９ｂ間の容量変化を測定し、雰囲気の湿度が測定される。
【特許文献１】特開２００２−２４３６９０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１１に示す容量式湿度センサ９０では、湿度センサ素子である容量素子とセンサ信号処理回路である電気信号処理回路とが、同じ半導体基板１に集積化されており、小型化された半導体装置となっている。
【０００９】
しかしながら、図１１に示す容量式湿度センサ９０には、次のような問題点がある。第一に、半導体装置９０の容量素子の形成に用いられているフォトリソグラフィとエッチングからなるパターニング工程は、大きな製造コストを要する工程であり、これが半導体装置９０のコストダウンの妨げとなっている。第二に、櫛歯電極型の容量素子９０は、２つの電極の間に誘電体膜が挟まれた積層型の容量素子に較べて、小さな容量値しか得られない。第三に、半導体装置９０では配線の保護膜であるシリコン窒化膜３を容量素子の構成要素としているため、これによっても容量値が低減され、大きな容量値が必要な場合には容量素子の占有面積が増大する。
【００１０】
そこで本発明の目的は、容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された半導体装置であって、前記容量素子における広範囲の容量値に渡って、小型且つ低コストで製造できる半導体装置を提供することにある。特に、本発明は、容量式湿度センサに好適な上記半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、第１電極、第２電極および誘電体膜からなる容量素子と、前記容量素子を用いた電気信号処理回路とが、同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる半導体装置であって、前記半導体基板上に、前記容量素子の構成要素である第１電極、第２電極もしくは誘電体膜のうち少なくとも一つの構成要素が、スクリーン印刷により形成されてなることを特徴としている。
【００１２】
上記の半導体装置では、前記容量素子の構成要素である第１電極、第２電極もしくは誘電体膜のうちの少なくとも一つの構成要素が、大きな製造コストを要するフォトリソグラフィとエッチングからなるパターニング工程を用いることなく、スクリーン印刷により形成される。このため、当該半導体装置は、従来に較べて低コストで製造することができ、容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された、小型で安価な半導体装置とすることができる。
【００１３】
請求項２に記載のように、前記容量素子は、下層の前記第１電極と上層の前記第２電極の間に前記誘電体膜が挟まれた、積層型の容量素子とすることができる。
【００１４】
積層型の容量素子は、小さな占有面積にも拘わらず、大きな容量値を持った容量素子とすることができる。従って、この積層型の容量素子を上記のようにスクリーン印刷により形成することで、大きな容量値を持つ容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された、小型且つ低コストで製造できる半導体装置とすることができる。
【００１５】
請求項３に記載のように、上記の積層型の容量素子においては、下層の前記第１電極が、シリコン窒化膜により保護された前記電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなり、前記誘電体膜と第２電極が、スクリーン印刷により形成されてなる半導体装置とすることができる。
【００１６】
これによれば、前記容量素子の第１電極を形成するための特別な工程を必要とせず、電気信号処理回路の配線形成工程と共用することができるため、当該半導体装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００１７】
請求項４に記載のように、上記の積層型の容量素子においては、前記第１電極、誘電体膜および第２電極の全てをスクリーン印刷により形成することもできる。
【００１８】
この場合には、請求項５に記載のように、前記容量素子を、絶縁膜を介して前記電気信号処理回路の直上に配置することができる。これにより、半導体基板における電気信号処理回路形成部と別位置に容量素子を配置する場合に較べて、当該半導体装置全体の占有面積をさらに小さくすることができる。また、当該容量素子は前記配線の保護膜であるシリコン窒化膜を構成要素としないため、上記の第１電極が電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなる容量素子に較べて、より大きな容量値を持つ容量素子とすることができる。
【００１９】
請求項６に記載のように、上記の半導体装置は、前記容量素子が、湿度によってその容量が変化する湿度センサ素子であり、前記電気信号処理回路が、前記湿度センサ素子の容量変化を電気信号処理するセンサ信号処理回路である、容量式湿度センサに好適である。
【００２０】
容量式湿度センサは、湿度変化に伴う湿度センサ素子の容量変化を、センサ信号処理回路を用いて測定する。この湿度センサ素子の感度向上には、大きな容量値を持つことが好ましい。また、車両等で多数用いられる容量式湿度センサは、小型且つ安価であることが要求される。従って、容量素子が大きな容量値を持ち、小型且つ低コストで製造できる上記の半導体装置は、容量式湿度センサに好適である。
【００２１】
積層型の容量素子が形成された半導体装置を容量式湿度センサとして用いるにあたっては、上層の前記第２電極が透湿性を有することが必要である。そのためには、例えば請求項７〜９に記載のように、複数個の貫通穴を有する第２電極、櫛歯状である第２電極、あるいは透湿性を有する多孔質膜からなる第２電極を用いることが好ましい。
【００２２】
請求項１０に記載のように、前記容量素子は、前記容量素子が、前記誘電体膜と、同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された櫛歯状の前記第１電極と第２電極とを備える、櫛歯電極型の容量素子とすることもできる。
【００２３】
櫛歯電極型の容量素子は小さな容量値を持った容量素子であるが、第１電極と第２電極を同時に形成できるため、積層型の容量素子に較べて安価に製造することができる。従って、この櫛歯電極型の容量素子を上記のようにスクリーン印刷により形成することで、さらに低いコストで製造することができ、小さな容量値を持つ容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された、小型で非常に安価な半導体装置とすることができる。
【００２４】
上記の櫛歯電極型の容量素子は、例えば請求項１１に記載のように、前記第１電極と第２電極が、前記半導体基板上に形成され、前記第１電極と第２電極を覆うようにして、前記誘電体膜が形成されてなる容量素子とすることができる。
【００２５】
この場合には、請求項１２に記載のように、前記第１電極と第２電極上に保護膜が形成され、前記誘電体膜が、前記保護膜上に形成されてなる容量素子とすることができる。この第１電極と第２電極上に形成された保護膜により、例えば第１電極と第２電極が高い湿度雰囲気に曝される場合においても、電極の腐食を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。尚、請求項１５に記載のように、前記第１電極と第２電極が、シリコン窒化膜により保護された前記電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなり、前記誘電体膜が、スクリーン印刷により形成されてなるようにすることで、第１電極と第２電極を形成するための特別な工程が必要なくなる。これによって、当該半導体装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００２６】
上記の櫛歯電極型の容量素子は、請求項１３に記載のように、前記誘電体膜が、前記半導体基板上に形成され、前記第１電極と第２電極が、前記誘電体膜上に形成されてなる容量素子とすることもできる。また、請求項１４に記載のように、前記第１電極と第２電極が、前記半導体基板上に形成された前記誘電体膜中に形成されてなる容量素子とすることもできる。この場合には、第１電極と第２電極の形成面の両側を所定の誘電体膜とすることができるため、櫛歯電極型の容量素子であっても、その容量値を大きくすることができる。
【００２７】
請求項１６に記載のように、前記第１電極と第２電極がシリコン窒化膜により保護された前記電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなる場合を除いて、前記第１電極、第２電極および誘電体膜は、全てスクリーン印刷により形成されてなることが好ましい。
【００２８】
この場合には、請求項１７に記載のように、前記容量素子を、絶縁膜を介して前記電気信号処理回路の直上に配置することができる。これにより、半導体基板における電気信号処理回路形成部と別位置に容量素子を配置する場合に較べて、当該半導体装置全体の占有面積を小さくすることができる。また、当該容量素子では前記配線の保護膜であるシリコン窒化膜を構成要素としないため、上記の第１電極と第２電極が電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなる容量素子に較べて、より大きな容量値を持つ容量素子とすることができる。
【００２９】
請求項１８に記載のように、積層型の容量素子が形成された半導体装置と同様にして、櫛歯電極型の容量素子がスクリーン印刷により形成されてなる上記半導体装置も小型且つ低コストで製造でき、容量式湿度センサに好適である。
【００３０】
請求項１９に記載のように、容量素子がスクリーン印刷により形成されてなる上記半導体装置においては、前記第１電極もしくは第２電極が、前記半導体基板上に形成された保護膜の開口部を介して、前記電気信号処理回路のアルミニウム（Ａｌ）からなる配線パッドに、スクリーン印刷により一体的に接続されてなることが好ましい。これにより、ワイヤボンディング等に較べて信頼性の高い電気接続を得ることができ、また製造コストも低減することができる。
【００３１】
上記のように、第１電極もしくは第２電極を電気信号処理回路のＡｌからなる配線パッドにスクリーン印刷により一体的に接続する場合には、請求項２０に記載のように、前記開口部に露出する配線パッド上に、前記第１電極もしくは第２電極の材料である導電ペーストを充填しておくことが好ましい。また、請求項２１に記載のように、前記保護膜と配線パッドを、平坦化してもよい。これらにより、前記開口部の上面と開口部の底面に露出する配線パッドの段差を低減できるため、より確実な接続を得ることができる。
【００３２】
また、配線パッドのＡｌとの密着性を向上して接続抵抗を低減するために、請求項２２に記載のように、前記開口部に露出する配線パッド上に、金（Ａｕ）層を形成し、当該Ａｕ層を介して、前記第１電極もしくは第２電極を、前記Ａｌからなる配線パッドに接続するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。
【００３４】
図１（ａ）は、容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる本発明の半導体装置の一例で、容量式湿度センサ１００の模式的な断面図である。尚、図１（ａ）の容量式湿度センサ１００において、図１１に示した従来の容量式湿度センサ９０と同様の部分については、同じ符号を付けた。
【００３５】
図１（ａ）の容量式湿度センサである半導体装置１００では、半導体基板１の一方の面側に、容量素子として、湿度によってその容量が変化する湿度センサ素子１０が形成されている。また、半導体基板１の湿度センサ素子１０と同じ面側に、電気信号処理回路として、湿度センサ素子１０の容量変化を電気信号処理する、基準容量やＣＭＯＳトランジスタ等からなるセンサ信号処理回路が形成されている。
【００３６】
図１（ａ）の容量式湿度センサ１００では、湿度センサ素子である容量素子１０が、センサ信号処理回路形成部と別位置において、半導体基板１上のシリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３からなる積層膜上に配置されている。尚、シリコン酸化膜２はセンサ信号処理回路形成部におけるアルミニウム（Ａｌ）金属層からなる配線１０ｈの層間絶縁膜であり、シリコン窒化膜３は配線１０ｈの保護膜である。
【００３７】
図１（ａ）に示す容量素子１０は、下層の第１電極１０ａと上層の第２電極１０ｂの間に誘電体膜４が挟まれた、積層型の容量素子である。積層型の容量素子１０は、小さな占有面積にも拘わらず、大きな容量値を持った容量素子とすることができる。湿度センサ素子である容量素子１０の誘電体膜４は、周囲の雰囲気の湿度変化に応じて誘電率が変化する、ポリイミドからなる感湿膜である。
【００３８】
図１（ａ）の積層型の容量素子１０は、第１電極１０ａ、誘電体膜４および第２電極１０ｂの全てがスクリーン印刷により形成される。従って、図１１に示した従来の容量式湿度センサ９０と異なり、大きな製造コストを要するフォトリソグラフィとエッチングからなるパターニング工程は用いていない。このため、図１（ａ）の容量式湿度センサ１００は、従来に較べて低コストで製造することができ、大きな容量値を持つ積層型の湿度センサ素子１０とセンサ信号処理回路とが同じ半導体基板１に集積化された、小型で安価な容量式湿度センサとすることができる。
【００３９】
図１（ｂ）は、積層型の容量素子１０を持つ別の半導体装置の例で、容量式湿度センサ１０１の模式的な断面図である。
【００４０】
図１（ｂ）の容量式湿度センサ１０１では、湿度センサ素子である容量素子１０を、シリコン窒化膜３からなる絶縁膜を介して、センサ信号処理回路の直上に配置している。このため、図１（ｂ）の容量式湿度センサ１０１は、センサ信号処理回路形成部と別位置に容量素子１０を配置する図１（ａ）の容量式湿度センサ１００に較べて、全体の占有面積を小さくすることができる。
【００４１】
図２は、別の積層型の容量素子１１を持つ半導体装置の例で、容量式湿度センサ１１０の模式的な断面図である。
【００４２】
図２の容量式湿度センサ１１０における積層型の容量素子１１は、下層の第１電極１１ａが、シリコン窒化膜３により保護されたセンサ信号処理回路の配線１０ｈと同じ、アルミニウム（Ａｌ）金属層からなる。尚、誘電体膜４と第２電極１０ｂは、図１（ａ），（ｂ）に示す容量素子１０と同様に、スクリーン印刷により形成される。
【００４３】
図２の容量式湿度センサ１１０では、容量素子１１の第１電極１１ａを形成するための特別な工程を必要とせず、センサ信号処理回路の配線１０ｈ形成工程と共用することができるため、図１（ａ），（ｂ）の容量式湿度センサ１００，１０１に較べて、製造コストを低減することができる。尚、第１電極１１ａの形成をセンサ信号処理回路の配線１０ｈ形成工程と共用しているため、図２の容量式湿度センサ１１０では、配線１０ｈの保護膜であるシリコン窒化膜３が、必然的に誘電体膜として容量素子１１の構成要素となる。一方、図１（ａ），（ｂ）の容量式湿度センサ１００，１０１では、容量素子１０が配線１０ｈの保護膜であるシリコン窒化膜３を構成要素としないため、誘電体膜４の厚さを同じとした場合には、図２の容量式湿度センサ１１０における容量素子１１に較べて、より大きな容量値を持つ容量素子とすることができる。
【００４４】
図１（ａ），（ｂ）および図２に示す積層型の容量素子１０，１１は、容量式湿度センサ１００，１０１，１１０における湿度センサ素子であるため、上層の第２電極１０ｂが透湿性を有することが必要である。図３（ａ）〜（ｃ）に、透湿性を有する第２電極の例を示す。図３（ａ）は、複数個の貫通穴ｈを有する第２電極１０ｂｈの上面図である。図３（ｂ）は、櫛歯状である第２電極１０ｂｋの上面図である。図３（ｃ）は、透湿性を有する多孔質膜からなる第２電極１０ｂｐの上面図である。図３（ｃ）の第２電極１０ｂｐは、例えば、ベーク時に揮発する樹脂成分を多く導電ペーストに混入させることにより、形成することができる。これらの図３（ａ）〜（ｃ）に示す第２電極を用いれば、貫通穴ｈや櫛歯の隙間、あるいは膜に多く形成された孔を通して、湿度成分である水分子を誘電体膜４に素早く吸着または脱離させることができる。
【００４５】
上記の図１（ａ），（ｂ）および図２に示す半導体装置１００，１０１，１１０は、スクリーン印刷により積層型の容量素子１０，１１が形成された半導体装置であった。次に、スクリーン印刷により別の型の容量素子が形成された半導体装置の例を示す。
【００４６】
図４（ａ）は、容量式湿度センサである半導体装置１２０の模式的な断面図であり、図４（ｂ）は、半導体装置１２０に形成された湿度センサ素子である容量素子１２の模式的な上面図である。尚、図４（ａ）に示す半導体装置１２０において、図１（ａ）に示す半導体装置１００と同様の部分については、同じ符号を付けた。
【００４７】
半導体装置１２０における容量素子１２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ポリイミドからなる感湿膜である誘電体膜４と、同一平面に互いの櫛歯が噛み合って対向するように離間して配置された櫛歯状の第１電極１２ａと第２電極１２ｂとを備える、櫛歯電極型の容量素子である。図４（ａ），（ｂ）の半導体装置１２０における櫛歯電極型の容量素子１２では、第１電極１２ａと第２電極１２ｂが半導体基板１上のシリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３からなる積層膜上に形成され、第１電極１２ａと第２電極１２ｂを覆うようにして、誘電体膜４が形成されている。第１電極１２ａ、第２電極１２ｂおよび誘電体膜４は、全てスクリーン印刷により形成される。
【００４８】
櫛歯電極型の容量素子１２は、積層型の容量素子と較べると小さな容量値を持った容量素子ではあるが、第１電極１２ａと第２電極１２ｂを同時に形成できるため、積層型の容量素子に較べて安価に製造することができる。従って、この櫛歯電極型の容量素子１２を上記のようにスクリーン印刷により形成することで、さらに低いコストで製造することができ、小さな容量値を持つ容量素子１２と電気信号処理回路とが同じ半導体基板１に集積化された、小型で非常に安価な半導体装置とすることができる。
【００４９】
図５は、櫛歯電極型の容量素子１２を持つ別の半導体装置の例で、容量式湿度センサ１２１の模式的な断面図である。
【００５０】
図５の容量式湿度センサ１２１では、図１（ｂ）の容量式湿度センサ１０１と同様に、湿度センサ素子である容量素子１２を、シリコン窒化膜３からなる絶縁膜を介して、センサ信号処理回路の直上に配置している。このため、図５の容量式湿度センサ１２１は、センサ信号処理回路形成部と別位置に容量素子１２を配置する図４（ａ）の容量式湿度センサ１２０に較べて、全体の占有面積を小さくすることができる。尚、図５の容量式湿度センサ１２１では、センサ信号処理回路上のシリコン窒化膜３を平坦化して、容量素子１２の容量値の安定化が図られている。
【００５１】
図６〜８は、別の櫛歯電極型の容量素子を持つ半導体装置の例で、それぞれ、櫛歯電極型の容量素子１３〜１５が形成された容量式湿度センサ１３０，１４０，１５０の模式的な断面図である。
【００５２】
図６に示す容量式湿度センサ１３０の容量素子１３においては、図４，５に示す櫛歯電極型の容量素子１２と異なり、第１電極１２ａと第２電極１２ｂ上に保護膜４ｃが形成され、ポリイミドからなる感湿膜の誘電体膜４が、前記保護膜４ｃ上に形成されている。この第１電極と第２電極上に形成された保護膜４ｃにより、第１電極１２ａと第２電極１２ｂが高い湿度雰囲気に曝される場合においても、電極の腐食を抑制することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。一方、図４，５に示す櫛歯電極型の容量素子１２では、図６に示す保護膜４ｃが無く、また配線１０ｈの保護膜であるシリコン窒化膜３を容量素子の構成要素としていないため、図６の容量素子１３や上記の第１電極と第２電極が電気信号処理回路の配線と同じ金属層からなる容量素子に較べて、より大きな容量値を持つ容量素子とすることができる。
【００５３】
図７に示す容量式湿度センサ１４０の容量素子１４においては、図４〜６に示す櫛歯電極型の容量素子１２，１３と異なり、第１電極１４ａと第２電極１４ｂが、半導体基板１（シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３からなる積層膜）上に形成された誘電体膜４上に形成されている。
【００５４】
また、図８（ａ）に示す容量式湿度センサ１５０の容量素子１５では、第１電極１５ａと第２電極１５ｂが、半導体基板１（シリコン酸化膜２とシリコン窒化膜３からなる積層膜）上に形成された誘電体膜４中に形成されている。この場合には、図８（ｂ）に示すように、第１電極１５ａと第２電極１５ｂの形成面の両側を所定の誘電体膜４とすることができるため、図４，５に示す櫛歯電極型の容量素子１２に較べて、約２倍の大きな容量値を持つ容量素子とすることができる。
【００５５】
次に、本発明の半導体装置における第１電極と第２電極の電気信号処理回路への接続構造を説明する。
【００５６】
図９（ａ），（ｂ）は、上記接続構造の一例である。図９（ａ）は、半導体装置１６０における容量素子１６形成部の上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００５７】
図９（ａ），（ｂ）に示す半導体装置１６０では、容量素子１６における第１電極１６ａと第２電極１６ｂが、配線保護膜であるシリコン窒化膜３の開口部を介して、それぞれ、電気信号処理回路の配線パッド１０ｈａ，１０ｈｂに、スクリーン印刷により一体的に接続されている。これにより、ワイヤボンディング等に較べて信頼性の高い電気接続を得ることができ、また製造コストも低減することができる。尚、図９（ａ），（ｂ）に示す容量素子１６は積層型の容量素子であるが、櫛歯電極型の容量素子における第１電極と第２電極の電気信号処理回路への接続構造についても同様に形成することができる。
【００５８】
図１０（ａ）〜（ｃ）は別の接続構造の例で、それぞれ、容量素子の電極配線と電気信号処理回路の配線パッドとの接続部分の模式的な断面図である。
【００５９】
図１０（ａ）に示す半導体装置１７０では、シリコン窒化膜３の開口部に露出する配線パッド１０ｈｃ上に電極材料である導電ペースト１７ｄが予め充填されており、この充填された導電ペースト１７ｄに、容量素子の電極配線１７ｃがスクリーン印刷により一体的に接続されている。図１０（ａ）の半導体装置１７０では、シリコン窒化膜３の開口部の上面と開口部の底面に露出する配線パッド１０ｈｃの段差を予め充填された導電ペースト１７ｄにより低減できるため、電極配線１７ｃの段切れ不良が抑制され、図９（ａ），（ｂ）に示す半導体装置１６０に較べて、より確実な接続を得ることができる。
【００６０】
図１０（ｂ）に示す半導体装置１８０では、保護膜であるシリコン窒化膜３と配線パッド１０ｈｃが予め研磨されて平坦化されており、この平坦化されたシリコン窒化膜３と配線パッド１０ｈｃ上に、容量素子の電極配線１８ｃがスクリーン印刷により一体的に接続されている。これによっても、シリコン窒化膜３の開口部周りにおける段差がなくなるため、電極配線１８ｃの段切れ不良を防止することができ、確実な接続を得ることができる。
【００６１】
図１０（ｃ）に示す半導体装置１９０では、シリコン窒化膜３の開口部に露出するアルミニウム（Ａｌ）からなる配線パッド１０ｈｃ上に、金（Ａｕ）層５ｈを形成し、Ａｕ層５ｈを介して、容量素子の電極配線１９ｃがスクリーン印刷により一体的に接続されている。これにより、電極配線１９ｃと配線パッド１０ｈｃの密着性が向上し、電極配線１９ｃと配線パッド１０ｈｃの接続抵抗を低減することができる。
【００６２】
以上、容量式湿度センサを例にして、本発明の半導体装置を説明した。容量式湿度センサは、湿度変化に伴う湿度センサ素子の容量変化を、センサ信号処理回路を用いて測定する。この湿度センサ素子の感度向上には、大きな容量値を持つ積層型の容量素子が好ましい。しかしながら、櫛歯電極型の容量素子であっても、例えば図８（ａ）に示す容量素子１５のように電極の両側に所定の誘電体膜を配置して、容量値を高めることができる。また、車両等で多数用いられる容量式湿度センサは、小型且つ安価であることが要求される。従って、容量素子が大きな容量値を持ち、小型且つ低コストで製造できる上記本発明の半導体装置は、容量式湿度センサに好適である。しかしながら、容量素子がスクリーン印刷により形成されてなる本発明の半導体装置は、容量式湿度センサに限らず、容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板の一方の面側に形成されてなる任意の半導体装置に適用することができる。
【００６３】
以上のようにして、本発明の半導体装置は、容量素子と電気信号処理回路とが同じ半導体基板に集積化された半導体装置であって、容量素子における広範囲の容量値に渡って、小型且つ低コストで製造できる半導体装置であり、特に、容量式湿度センサに好適な半導体装置となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】（ａ）は、本発明の半導体装置の一例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。（ｂ）は、積層型の容量素子を持つ別の半導体装置の例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【図２】別の積層型の容量素子を持つ半導体装置の例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は透湿性を有する第２電極の例で、それぞれの第２電極の上面図である。
【図４】本発明における別の半導体装置の例で、（ａ）は容量式湿度センサである半導体装置の模式的な断面図であり、（ｂ）は当該半導体装置に形成された湿度センサ素子である容量素子の模式的な上面図である。
【図５】櫛歯電極型の容量素子を持つ別の半導体装置の例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【図６】別の櫛歯電極型の容量素子を持つ半導体装置の例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【図７】別の櫛歯電極型の容量素子を持つ半導体装置の例で、容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【図８】別の櫛歯電極型の容量素子を持つ半導体装置の例で、（ａ）は容量式湿度センサの模式的な断面図であり、（ｂ）は当該半導体装置に形成された容量素子の容量値を説明する図である。
【図９】本発明の半導体装置における第１電極と第２電極の電気信号処理回路への接続構造を説明する図で、（ａ）は半導体装置における容量素子形成部の上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は別の接続構造の例で、それぞれ、容量素子の電極配線と電気信号処理回路の配線パッドとの接続部分の模式的な断面図である。
【図１１】従来の容量式湿度センサの模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
９０，１００，１０１，１１０，１２０，１２１，１３０，１４０，１５０，１６０，  １７０，１８０，１９０  半導体装置（容量式湿度センサ）
１  半導体基板
２  シリコン酸化膜
３  シリコン窒化膜
４  誘電体膜（感湿膜）
４ｃ  保護膜
１０〜１６  容量素子（湿度センサ素子）
１０ａ，１１ａ，１２ａ〜１６ａ  第１電極
１０ｂ，１０ｂｈ，１０ｂｋ，１０ｂｐ，１２ｂ〜１６ｂ  第２電極
１０ｈ  配線
１０ｈａ，１０ｈｂ，１０ｈｃ  配線パッド
１７ｃ〜１９ｃ  電極配線
１７ｄ  導電ペースト
５ｈ  金（Ａｕ）層
【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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