CN111198214A - 检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测装置，目的在于提高抗噪性。该检测装置具有：半导体基板；检测部，其设置于所述半导体基板的上方，输出与物理量对应的信号；以及噪声抑制层，其设置于所述检测部的下方的所述半导体基板内，或所述检测部与所述半导体基板之间。

Description

检测装置
技术领域
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的湿度检测装置，其中，湿敏膜由介电常数根据吸收的水分量而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，在基板上并设有静电电容根据湿度变化的传感器部、进行将从传感器部输出的电荷变换为电压的处理等的电路部。
作为用于这样的静电电容式的湿度检测装置的电路部，已知通过电荷放大器将从传感器部输出的电荷变换为电压的结构(例如，参照专利文献2)。在该电路部中，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，并设有传感器部和电路部，但从小型化、低成本化的要求出发，设想将传感器部和电路部设为芯片状，在电路部上安装传感器部的层叠结构。
在将传感器部和电路部并设的情况下，由于两者相分离，因此两者间传递的噪声的影响较小，但设为层叠结构的情况下，传感器部和电路部接近，因此可能有噪声的影响。
尤其，如上所述，从电路部通过交流驱动信号驱动传感器部的情况下，在传感器部和电路部的双方有可能产生较大的噪声，因此希望能够提高抗噪性。
专利文献1：日本专利第5547296号
专利文献2：日本专利第6228865号
发明内容
本发明的目的在于提高抗噪性。
公开的技术为检测装置，该检测装置具有：半导体基板；检测部，其设置于所述半导体基板的上方，输出与物理量对应的信号；以及噪声抑制层，其设置于所述检测部的下方的所述半导体基板内，或所述检测部与所述半导体基板之间。
根据本发明，能够实现抗噪性的提高。
附图说明
图1是举例表示第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是用于说明传感器芯片的元件构造的概要断面图。
图9是举例表示下部电极以及上部电极的形状的平面图。
图10是举例表示ASIC芯片的结构的图。
图11是说明测定序列的时序图。
图12是用于说明第二实施方式的传感器芯片的元件结构的概要断面图。
图13是用于说明第三实施方式的传感器芯片的元件结构的概要断面图。
图14是去除了模制树脂的状态下的湿度检测装置的平面图。
图15是表示传感器芯片的结构的概要平面图。
图16是举例表示温度检测部的结构的电路图。
图17是用于说明传感器芯片的元件结构的概要断面图。
图18是举例表示构成加热部的n型扩散层的形状以及保护环的平面图。
图19是举例表示噪声抑制部的等价电路的图。
图20是举例表示ASIC芯片的结构的图。
符号说明
10湿度检测装置(检测装置)；20、20a、20b传感器芯片(第1半导体芯片)；21湿度检测部(检测部)；22温度检测部；23加热部；24焊盘；25形成允许区域；30 ASIC芯片(第2半导体芯片)；40模制树脂；50开口部；51有效开口部；60 ESD保护电路；70 p型半导体基板；70an型半导体基板；80湿度检测用电容器；81参照用电容器；82参照电极；83下部电极；84上部电极；84a开口；86湿敏膜；87外覆膜；200、200a、200b噪声抑制层；201保护环；210噪声抑制部；300驱动部；301电荷放大器(电荷电压变换部)；400绝缘膜。
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，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。
＜第1实施方式＞
[概要结构]
对本发明的第一实施方式的湿度检测装置10的结构进行说明。
图1是举例表示第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，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，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(Application Specific Integrated Circuit，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(Die Attach Film，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(PlatingLead Package，镀铅封装)方式。
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分别由树脂和二氧化硅等的混合物构成的绝缘材料形成。模制树脂40是包含炭黑、二氧化硅等的混合物的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的壁部为锥形状，且开口面积向下方变小。将该开口部50中实际露出传感器芯片20的最下端的部分称为有效开口部51。
形成开口部50时，将金属模具按压在传感器芯片20的同时通过模制树脂40进行密封。通过此时的金属模具向传感器芯片20和ASIC芯片30的按压力，有可能产生芯片破裂等损坏。为了防止该损坏，优选传感器芯片20的厚度T1和ASIC芯片30的厚度T2例如分别为200μm以上。
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，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，在通过有效开口部51露出的区域设有湿度检测部21。此外，在湿度检测部21的下方的p型半导体基板70(参照图8)内设有用于抑制噪声的噪声抑制层200。
此外，在传感器芯片20的端部形成有多个键合焊盘(bonding pad)(以下，简称为焊盘)。在本实施方式中，形成有5个焊盘24。焊盘24例如由铝或铝硅合金(ALSi)形成。
ASIC芯片30是驱动以及信号处理用的半导体芯片，进行后述的动作。
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所对应的焊盘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～24e。另外，不需要区分焊盘24a～24e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与构成传感器芯片20的p型半导体基板70(参照图8)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的参照电极82(参照图8)电连接的第2驱动端子T2。
焊盘24e是供给电源电压的电源端子(VDD)。焊盘24e与噪声抑制层200电连接。
此外，焊盘24a以外的焊盘24b～24e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～24e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～24e的近旁。ESD保护电路60被模制树脂40覆盖，因此不产生光电效应导致的不需要的电荷。
[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-Oxide Semiconductor，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是使NMOS晶体管的源极、栅极和背栅短路(所谓的二极管连接)。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和栅极电极74。在p型半导体基板70的表面上经由栅极绝缘膜75形成了栅极电极74。栅极电极74配置在2个n型扩散层71、72间。
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和接触层73共通连接并短路。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由金属、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具有湿度检测用电容器80和参照用电容器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。参照用电容器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。参照用电容器81的另一方的电极(参照电极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吸收的水分量而变化。
参照用电容器81，在电极间设有后述的第2绝缘膜111(参照图8)。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，参照用电容器81的静电电容不变化，或者即使变化也极小。
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的静电电容与参照用电容器81的静电电容的差，能够测定相对湿度。通过ASIC芯片30进行该相对湿度的测定。
[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8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8中，在与湿度检测部21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的断面，为了容易理解构造而进行了简化。
如图8所示，使用上述的p型半导体基板70形成传感器芯片20。在p型半导体基板70的表层形成有噪声抑制层200和接触层100。噪声抑制层200由与p型半导体基板70极性相反的n型扩散层形成。接触层100由p型扩散层形成。
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，也可以用与ESD保护电路60的n型扩散层71、72相同的制造工序来形成噪声抑制层200。用通过对n型杂质(例如磷)进行离子注入来进行向基板中的杂质添加的离子注入工序来形成噪声抑制层200和n型扩散层71、72。
另外，代替离子注入工序，也可以用通过热处理进行杂质添加的热扩散工序来形成噪声抑制层200以及n型扩散层71、72。
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。
用于向噪声抑制层200施加电源电压的配线108由第1配线层120形成。配线108的一端经由第1插销层122与噪声抑制层200连接，另一端经由第2插销层123以及第2配线层121与焊盘24e连接。
参照用电容器81的参照电极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8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，用于使湿度检测用电容器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配置于与参照电极82相对的位置。
焊盘24a～24e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，且根据湿度容易吸附或脱落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上设有外覆膜87以便覆盖上部电极84。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～24e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和参照电极82构成平行平板的参照用电容器81。此外，湿度检测用电容器80和参照用电容器81配置于噪声抑制层200的上方。即，参照电极82配置于噪声抑制层200与下部电极83之间。
通过向噪声抑制层200施加电源电压，在噪声抑制层200与p型半导体基板70的p型区域间产生的pn结成为逆偏置，耗尽层扩大。
图9是举例表示下部电极83以及上部电极84的形状的平面图。如图9所示，下部电极83和上部电极84均为矩形。以覆盖下部电极83的方式形成上部电极84。
开口84a优选尽可能小，越小越能够防止电场向空气中泄露。实际上形成有多个开口84a。另外，开口84a并不限于正方形，既可以是细长的长方形，也可以是圆形。另外，也可以将开口84a配置成交错状。优选开口84a是圆形且是交错状排列。
另外，在图9中省略了图示，但在下部电极83的下方形成有矩形的参照电极82。
[ASIC芯片的结构]
接着，对ASIC芯片30的结构进行说明。
图10是举例表示ASIC芯片30的结构的图。如图10所示，ASIC芯片30具有驱动部300、电荷放大器301、控制部302、AD转换器(ADC)303。
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而构成的电荷电压变换(CV变换)部。
第1驱动电路DRV1根据来自控制部302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302的控制，向传感器芯片20的第2驱动端子T2施加与第1驱动信号逆相的第2驱动信号，该第2驱动信号是矩形波的交流驱动信号。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。
第1驱动信号和第2驱动信号彼此是逆相位。即，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。
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的电压增益非常大，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的反相输入端子的输入阻抗非常高，因此电流几乎不流入到反相输入端子。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302的控制进行接通或断开。
ADC303根据来自控制部302的控制，将运算放大器OP1的输出电压Vo变换为数字信号Ds。
控制部302对ASIC芯片30内的各部进行控制。控制部302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、ADC303的模拟-数字变换动作。
图11是说明测定序列的时序图。在测定序列中，控制部302以交替地反复进行重置期间Trst和电荷传送期间Tchg的方式对各部进行控制。控制部302在重置期间Trst将开关电路SW1设为接通来对电容器C1的电荷进行放电，并且将第1驱动信号设为高电平，将第2驱动信号设为低电平。控制部302在电荷传送期间Tchg将开关电路SW1设为断开来设为能够对电容器C1进行充电的状态，并且将第1驱动信号设为低电平，将第2驱动信号设为高电平。
通过该控制，在电荷传送期间Tchg，从电荷放大器301输出用下式(1)表示的电压Vo。
Vo＝VDD×(Cs-Cr)/C1+Vref···(1)
其中，Cs为湿度检测用电容器80的静电电容，Cr为参照用电容器81的静电电容。
控制部302使用从ADC303输出的数字信号Ds来进行湿度计算处理，计算出相对湿度(％RH)。
[效果]
在上述测定序列中，向传感器芯片20的湿度检测部21输入交流的第1驱动信号和第2驱动信号，因此湿度检测用电容器80的上部电极84的电位和参照用电容器81的参照电极82的电位在时间上反复进行反转。这样，湿度检测用电容器80和参照用电容器81的电极间的电位差始终发生变化，因此每当电位反转时，在电极配线中电流流动。
假设不存在噪声抑制层200的情况下，电流从湿度检测部21流入到p型半导体基板70，成为噪声源。在p型半导体基板70中产生噪声时，有可能对ASIC芯片30的动作产生影响。此外，在ASIC芯片30中产生的噪声也有可能对传感器芯片20的动作产生影响。为了抑制这样的芯片间的噪声的影响，考虑在芯片间插入绝缘层。但是，从小型化、薄型化的要求出发，产生将各芯片薄膜化的需要，因此在芯片间配置绝缘层并非是优选的。
在本实施方式中，在位于湿度检测部21的下方的p型半导体基板70的表层设有被赋予固定电位的噪声抑制层200，因此从湿度检测部21向p型半导体基板70的电流的流入减少，噪声的产生被抑制。此外，通过噪声抑制层200降低从ASIC芯片30对湿度检测部21的噪声的影响。
此外，在本实施方式中，将噪声抑制层200设为n型扩散层，向噪声抑制层200赋予将与p型半导体基板70间的pn结设为逆偏置的固定电位。由此，耗尽层扩大，抗噪性提高。
另外，在上述实施方式中，将对噪声抑制层200赋予的固定电位设为与驱动传感器芯片20的驱动信号的高电平同样的电源电压VDD，但优选赋予比该高电平大的固定电位。
此外，在上述实施方式中，在p型半导体基板70的表层形成噪声抑制层200，但并不限定于p型半导体基板70的表层，也可以在p型半导体基板70内的较深位置形成噪声抑制层200。
＜第二实施方式＞
接着，对第二实施方式的湿度检测装置进行说明。
在上述第一实施方式中，将构成传感器芯片的半导体基板的极性设为p型，但在第二实施方式中，将半导体基板的极性设为n型。
图12是用于说明第二实施方式的传感器芯片20a的元件结构的概要断面图。在本实施方式中，在n型半导体基板70a内形成由p型扩散层构成的噪声抑制层200a和由n型扩散层构成的接触层100a。
在本实施方式中，通过向焊盘24a施加电源电压VDD，向n型半导体基板70a赋予高电位。此外，在本实施方式中，通过将焊盘24e设为接地电位GND，将噪声抑制层200a设为低电位。由此，在本实施方式中，在噪声抑制层200与p型半导体基板70间的pn结也成为逆偏置，耗尽层扩大。
在本实施方式中，ESD保护电路60也由n型半导体基板70a构成，因此将各扩散层的极性设为相反即可。
对于本实施方式的湿度检测装置的结构而言，除了半导体基板内的各层的极性不同之外，与第一实施方式的湿度检测装置的结构相同。
本实施方式的湿度检测装置能够实现与第一实施方式的湿度检测装置同样的效果。
另外，并不限定于n型半导体基板70a的表层，也可以在n型半导体基板70a内的较深的位置形成噪声抑制层200a。
＜第三实施方式＞
接着，对第三实施方式的湿度检测装置进行说明。
在上述第一以及第二实施方式中，噪声抑制层形成于半导体基板内，但在第三实施方式中，噪声抑制层形成于半导体基板的上方。
图13是用于说明第三实施方式的传感器芯片20b的元件结构的概要断面图。在本实施方式中，在p型半导体基板70上经由绝缘膜400设有噪声抑制层200b。
绝缘膜400是与ESD保护电路60的栅极绝缘膜75对应的层，通过与栅极绝缘膜75同样的制造工序而形成。绝缘膜400也存在于第一以及第二实施方式的传感器芯片20、20a，但在图8和图12中省略了图示。
噪声抑制层200b是由金属或多晶硅构成的导电层。此外，噪声抑制层200b是与ESD保护电路60的栅极电极74对应的层，与栅极电极74通过同一制造工序而形成。
向噪声抑制层200b赋予固定电位。具体地，噪声抑制层200b与焊盘24e电连接，从焊盘24e施加电源电压VDD。另外，向噪声抑制层200b赋予的固定电位并不限定于电源电压VDD，也可以是比电源电压VDD大的电位。
在本实施方式中，在湿度检测部21与p型半导体基板70间设有被设为固定电位的噪声抑制层200b，因此从湿度检测部21向p型半导体基板70的电流流入减少，噪声的产生被抑制。此外，通过噪声抑制层200降低从ASIC芯片30对湿度检测部21的噪声的影响。
另外，在本实施方式中，将半导体基板的极性设为p型，但与第二实施方式同样地，也能够将半导体基板的极性设为n型。
＜第四实施方式＞
接着，对第四实施方式的湿度检测装置进行说明。
图14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14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，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和加热部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。即，加热部23的面积比湿度检测部21大。这样，作为密封部件的模制树脂40在露出湿度检测部21和温度检测部22的状态下对传感器芯片20等进行密封。
此外，在传感器芯片20的端部形成有多个键合焊盘(bonding pad)(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(都参照图20)。
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所对应的焊盘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。
制造时，以引线端子41为基准决定ASIC芯片30的安装位置。以ASIC芯片30的位置或引线端子41中的某个为基准，决定传感器芯片20在ASIC芯片30上的安装位置。通过使用了金属模具的传递模具法等形成开口部50，但该金属模具的位置以引线端子41为基准来决定。
图14所示的符号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。安装时，将该形成允许区域25设定于开口部50的形成区域内，以便即使在ASIC芯片30、传感器芯片20以及金属模具间产生的位置偏移最大的情况下，也能够从开口部50可靠地露出。只要湿度检测部21和温度检测部22形成于形成允许区域25内，不论上述位置的偏移，都能够从开口部50可靠地露出。
[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15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15中，将图14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经由配线或基板，与温度检测部22或加热部23等各部电连接。另外，焊盘24a与构成传感器芯片20的p型半导体基板70(参照图17)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的参照电极82(参照图17)电连接的第2驱动端子T2。
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，因此不产生光电效应导致的不需要的电荷。
[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16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个端子间的电阻值，能够测定温度。
如图16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13)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17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17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，为了容易理解构造而进行了简化，各部的位置关系等与实际不同。
如图17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型扩散层103a、103b。在p型扩散层103a、103b的表层分别形成有p型的接触层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构成上述的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18)。n型扩散层106具有预定的电阻值(例如，约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构成上述的加热部23。
此外，在第2深n阱100b的表层，在形成了构成加热部23的n型扩散层106的p阱105的周围形成有n型扩散层109a。在n型扩散层109a的表面形成有n型的接触层109b。
以包围p阱105的周围的方式形成n型扩散层109a。此外，以包围n型扩散层109a的周围的方式形成上述的p型扩散层103b。n型扩散层109a和p型扩散层103b构成后述的保护环201(参照图18)。
使用通常的半导体制造工序(CMOS工艺)来形成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相同的制造工序形成作为电阻体的n型扩散层106。通过对n型杂质(例如磷)进行离子注入来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以及接触层109b。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，也可以用通过热处理进行杂质添加的热扩散工序来形成n型扩散层106，91，93以及接触层109b。
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以及接触层109b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。
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。
用于使加热部23的一端接地到接地电位的配线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。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以及接触层109b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。
参照用电容器81的参照电极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17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，用于使湿度检测用电容器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配置于与参照电极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，且根据湿度容易吸附或脱落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上设有外覆膜87以便覆盖上部电极84。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和参照电极82构成平行平板的参照用电容器81。此外，湿度检测用电容器80和参照用电容器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。由此，湿敏膜86因加热而温度上升，从而吸附与湿度对应的量的水分子，因此介电常数发生变化，湿度检测用电容器80的静电电容下降。此外，温度检测部22检测因加热部23产生的温度上升。
图18是举例表示构成加热部23的n型扩散层106的形状的平面图。如图18所示，n型扩散层106将多个细长的长方形的区域平行排列而成为一维格子状。该一维格子状的n型扩散层106的一端与上述配线107连接，另一端与上述配线108连接。加热部23以覆盖温度检测部22整体的方式位于温度检测部22的下方。
此外，图18示出了由n型扩散层109a和p型扩散层103b构成的保护环201。n型扩散层109a与第2深n阱100b连接，被赋予作为加热用端子TH的焊盘24f的电位。n型扩散层109a经由配线107与p阱105电连接，向p阱105赋予接地电位。
保护环201使在湿度检测部21的下方的p型半导体基板70内构成的噪声抑制部210(参照图19)的电位稳定。
另外，参照电极82配置在噪声抑制部210与下部电极83之间。
[噪声抑制部]
接着，对上述噪声抑制部的功能以及作用进行说明。
图19是举例表示了在p型半导体基板70上构成的噪声抑制部210的等效电路的图。在图19中，CJ1表示形成于n型扩散层106与p阱105的层间的pn结的结电容。CJ2表示形成于p阱105与第2深n阱100b的层间的pn结的结电容。CJ3表示形成于第2深n阱100b与p型半导体基板70的层间的pn结的结电容。
R1表示n型扩散层106的扩散电阻。R2表示p阱105的扩散电阻。R3表示第2深n阱100b的扩散电阻。R4表示p型半导体基板70的基板电阻。
噪声抑制部210由n型扩散层106、p阱105、第2深n阱100b、p型半导体基板70构成。即，噪声抑制部210通过将极性交替反转的4个半导体层设为层压构造来构成。在本实施方式中，噪声抑制部210是npnp型构造。
经由下拉电阻RP以及开关电路SW，例如将电源电压VDD供给至作为加热用端子HT的焊盘24f。在驱动加热部23的情况下，开关电路SW接通，作为驱动电压向焊盘24a施加电源电压VDD。此外，作为电阻体的n型扩散层106发热，并且噪声抑制部210所包含的各pn结成为逆偏置状态。
在不驱动加热部23的情况下，开关电路SW断开而成为下拉状态，焊盘24a经由下拉电阻RP与地连接。
图19中的箭头Np表示在ASIC芯片30产生并朝向湿度检测部21的噪声的峰值电压的大小。这样，噪声抑制部210将噪声的峰值电压通过由各pn结形成的电容器进行分压而使其衰减。向湿度检测部21传递通过噪声抑制部210将峰值电压进行衰减后的噪声N。在湿度检测部21中，抑制针对湿度检测动作的噪声的影响。
另外，噪声抑制部210针对在传感器芯片20产生并朝向ASIC芯片30的噪声，也具有同样的抑制效果。
[ASIC芯片的结构]
接着，对ASIC芯片30的结构进行说明。
图20是举例表示ASIC芯片30的结构的框图。如图20所示，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。
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，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测量出的相对温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，经过一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。
[效果]
如上述测定序列那样，ASIC芯片30生成交流的驱动信号并施加至传感器芯片20的湿度检测部21，因此在ASIC芯片30中可能产生较大的噪声。根据本实施方式，配置于湿度检测部21的下方(ASIC芯片30侧)的噪声抑制部210使从ASIC芯片30向湿度检测部21的噪声的峰值电压衰减，因此向湿度检测部21的噪声的影响被抑制，提高抗噪性。
为了抑制这样的噪声，考虑在传感器芯片20与ASIC芯片30间插入绝缘层，但从小型化、薄型化的需求出发，产生将各芯片薄膜化的需要，因此在芯片间配置绝缘层并非是优选的。
＜变形例＞
以下，对其他变形例进行说明。
在上述各实施方式中，在构成传感器芯片的半导体基板上形成有噪声抑制层、ESD保护电路，但还可以形成温度检测部。该温度检测部可以由npn型或pnp型的双极型晶体管、1个或多个pn结二极管、作为电阻体的杂质扩散层等形成。优选温度检测部形成于从开口部50露出的位置。温度检测部也可以与噪声抑制层、ESD保护电路通过同一制造工序来形成。
另外，在上述实施方式中，噪声抑制部210由极性交替反转地层压的4个半导体层构成，但并不限定构成噪声抑制部的半导体层的数量，只要是2个以上即可。
此外，在上述实施方式中，传感器芯片20由p型半导体基板70构成，但替代p型半导体基板70，也可以使用n型半导体基板来构成传感器芯片20。
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的变化的压阻式等电阻变化型湿度传感器。
此外，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。
此外，在上述实施方式中，说明了通过在温度检测部的下方配置噪声抑制层来抑制针对温度检测部的噪声的方式，但噪声抑制层也可以设在到达焊盘24～24e的取出配线的正下方。在该情况下，根据与上述各实施方式同样的理由，也能够抑制针对取出配线的噪声。
此外，在本公开中，通过“覆盖”、“上”这样的语言表示的2个要素的位置关系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、以及将第1要素直接设在第2要素的表面上的两种情况。
以上，说明了本发明的优选实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述的实施方式进行各种变形以及置换。

Claims (16)

1.一种检测装置，其特征在于，具备：
半导体基板；
检测部，其设置于所述半导体基板的上方，输出与物理量对应的信号；以及
噪声抑制层，其设置于所述检测部的下方的所述半导体基板内，或所述检测部与所述半导体基板之间。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述噪声抑制层是设置于所述半导体基板内的极性与所述半导体基板相反的扩散层。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，
对所述噪声抑制层赋予将与所述半导体基板之间的pn结设为逆偏置的固定电位。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述噪声抑制层是设置于所述检测部与所述半导体基板之间的由金属或多晶硅构成的导电层。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
通过包含所述噪声抑制层的以极性交替反转地方式层压的多个半导体层形成噪声抑制部。
6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，
对所述噪声抑制部施加将形成于所述多个半导体层的层间的各pn结设为逆偏置的电压。
7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，
所述噪声抑制部包括形成于所述半导体基板的表层的扩散层，
所述扩散层作为因电流流过而发热的电阻体发挥作用。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的检测装置，其特征在于，
所述检测部具有在一对电极间配置有湿敏膜的湿度检测用电容器，输出与湿度对应的信号。
9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，
所述湿度检测用电容器具有：
形成于所述半导体基板的上方的下部电极；
形成于所述湿敏膜上的上部电极；以及
配置于所述下部电极与所述上部电极之间的所述湿敏膜。
10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，
所述检测部具有：参照用电容器，其由所述下部电极、配置于所述噪声抑制层与所述下部电极之间的参照电极、配置于所述参照电极与所述下部电极之间的绝缘膜构成。
11.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，
所述湿敏膜由聚酰亚胺形成。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的检测装置，其特征在于，
所述检测装置具有：
第1半导体芯片，其包含所述半导体基板、所述检测部和所述噪声抑制层；以及
第2半导体芯片，其包含驱动所述检测部的驱动部和将从所述检测部输出的电荷变换为电压的电荷电压变换部，
所述第1半导体芯片被层压在所述第2半导体芯片上。
13.根据权利要求12所述的检测装置，其特征在于，
所述驱动部对所述检测部施加交流的驱动信号。
14.一种检测装置，其特征在于，具有：
第1半导体芯片，其具有半导体基板和检测部，该检测部设置于所述半导体基板的上方，输出与物理量对应的信号；以及
第2半导体芯片，其包含驱动所述检测部的驱动部和将从所述检测部输出的电荷变换为电压的电荷电压变换部，
所述第1半导体芯片被层压在所述第2半导体芯片上，在所述检测部与所述第2半导体芯片之间设有噪声抑制层。
15.根据权利要求14所述的检测装置，其特征在于，
所述噪声抑制层被设置在所述检测部与所述半导体基板之间。
16.根据权利要求14所述的检测装置，其特征在于，
所述噪声抑制层被设置在所述检测部的下方的所述半导体基板内。
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