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公開番号2021092453
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210617
出願番号2019223485
出願日20191211
発明の名称湿度センサ
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 27/22 20060101AFI20210521BHJP(測定;試験)
要約【課題】保護膜と感湿膜との密着性を向上した湿度センサを提供する。
【解決手段】半導体基板上に絶縁膜を介して形成された配線層と、配線層を覆う保護膜と、保護膜上に形成された感湿膜と、を有し、保護膜と感湿膜との間に金属酸化膜が形成されている湿度センサである。また、金属酸化膜はAl2O3から形成されている。また、感湿膜はポリイミドから形成されている。また、感湿膜は、保護膜及び金属酸化膜を挟んで、配線層の一部である下部電極上に形成され、感湿膜上に上部電極が形成されている。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項1】
半導体基板上に絶縁膜を介して形成された配線層と、
前記配線層を覆う保護膜と、
前記保護膜上に形成された感湿膜と、を有し、
前記保護膜と前記感湿膜との間に金属酸化膜が形成されている湿度センサ。
続きを表示(約 480 文字)【請求項2】
前記金属酸化膜はAl



から形成されている請求項1に記載の湿度センサ。
【請求項3】
前記感湿膜はポリイミドから形成されている請求項1又は2に記載の湿度センサ。
【請求項4】
前記感湿膜は、前記保護膜及び前記金属酸化膜を挟んで、前記配線層の一部である下部電極上に形成され、
前記感湿膜上に上部電極が形成された請求項1乃至3の何れか一項に記載の湿度センサ。
【請求項5】
前記半導体基板上に絶縁膜を介して形成された参照電極を有し、
前記下部電極と前記上部電極とにより湿度検出用キャパシタが構成され、前記下部電極と前記参照電極とにより参照用キャパシタが構成された請求項4に記載の湿度センサ。
【請求項6】
前記半導体基板中の不純物拡散層により形成された加熱部を有する請求項1乃至5の何れか一項に記載の湿度センサ。
【請求項7】
前記半導体基板に形成された温度検出部を有する請求項6に記載の湿度センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、湿度センサに関する。
続きを表示(約 4,700 文字)【背景技術】
【0002】
湿度センサには、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センサでは、感湿膜が電極間に配置され、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】
湿度センサでは、例えば、半導体基板上に窒化シリコン膜等の絶縁性の保護膜が形成され、更に保護膜の直上にポリイミド系ポリマー等からなる吸湿性を備えた感湿膜が形成される(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2006−234576号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記の構造では保護膜と感湿膜との密着性が問題となる場合があり、保護膜と感湿膜との密着性の向上が求められている。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、保護膜と感湿膜との密着性を向上した湿度センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本湿度センサ(10)は、半導体基板(70)上に絶縁膜(111)を介して形成された配線層(121)と、前記配線層(121)を覆う保護膜(112)と、前記保護膜(112)上に形成された感湿膜(86)と、を有し、前記保護膜(112)と前記感湿膜(86)との間に金属酸化膜(113)が形成されている。
【0008】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【0009】
開示の技術によれば、保護膜と感湿膜との密着性を向上した湿度センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本実施形態に係る湿度センサを例示する平面図である。
本実施形態に係る湿度センサを例示する断面図である。
モールド樹脂を除去した状態における湿度センサの平面図である。
センサチップの構成を示す模式図である。
ESD保護回路の構成を例示する回路図である。
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。
湿度検出部の構成を例示する回路図である。
温度検出部の構成を例示する回路図である。
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。
下部電極及び上部電極の形状を例示する平面図である。
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。
絶縁膜と感湿膜との密着性について説明をする図(その1)である。
絶縁膜と感湿膜との密着性について説明をする図(その2)である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
[湿度センサの概略構成]
図1は、本実施形態に係る湿度センサを例示する平面図である。図2は、本実施形態に係る湿度センサを例示する断面図であり、図1のA−A線に沿う断面を示している。
【0013】
図1及び図2を参照すると、湿度センサ10は、平面形状が略矩形状であって、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。又、湿度センサ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、湿度センサ10の平面形状は、矩形状に限られず、円形、楕円形、多角形等であってもよい。
【0014】
湿度センサ10は、センサチップ20と、モールド樹脂40と、複数のパッド41と、複数のリード端子42とを有する。センサチップ20のパッド41とリード端子42とは、ボンディングワイヤ43により電気的に接続されている。
【0015】
センサチップ20、パッド41、リード端子42、及びボンディングワイヤ43は、例えば、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。センサチップ20の下面には、絶縁膜44が形成されている。湿度センサ10の下面には、リード端子42と絶縁膜44とが露出している。
【0016】
パッド41は、例えば、アルミニウムやアルミシリコン合金(AlSi)等により形成されている。リード端子42は、例えば、ニッケルや銅等により形成されている。ボンディングワイヤ43は、例えば、金線や銅線等により形成されている。絶縁膜44は、例えば、樹脂とシリカ等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、例えば、カーボンブラックやシリカ等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。
【0017】
湿度センサ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。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。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。
【0018】
開口部50を形成する際には、金型をセンサチップ20に押しあてながらモールド樹脂40により封止する。このときの金型によるセンサチップ20への押圧力によって、チップ割れ等の破損が生じるおそれがある。この破損を防止するために、センサチップ20の厚みT1は200μm以上であることが好ましい。
【0019】
図3は、モールド樹脂を除去した状態における湿度センサの平面図である。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。
【0020】
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。
【0021】
図3では、一例として、センサチップ20の外周部には、6個のパッド41が形成されており、各々がボンディングワイヤ43を介してリード端子42と接続されている。リード端子42は、例えば、信号処理及び制御用の半導体チップと接続される。
【0022】
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。形成許容領域25は、製造時に、センサチップ20と金型との間に位置ずれが最も大きく発生した場合であっても、湿度検出部21及び温度検出部22が開口部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。
【0023】
[センサチップの構成]
図4は、センサチップの構成を示す模式図である。前述のパッド41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41を、パッド41a〜41fと区別して示している。なお、パッド41a〜41fを区別する必要がない場合は、単にパッド41という。
【0024】
パッド41a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。パッド41aは、配線や基板を介して、例えば、信号処理及び制御用の半導体チップと電気的に接続される。
【0025】
パッド41bは、湿度検出部21の下部電極83(後述)に電気的に接続された下部電極端子(BOT)である。パッド41b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41cは、湿度検出部21の上部電極84(後述)に電気的に接続された湿度検出用端子(HMD)である。パッド41c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41dは、湿度検出部21の参照電極82(後述)に電気的に接続された参照電極端子(REF)である。パッド41d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。
【0026】
パッド41e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41eは、温度の検出信号を取得するために用いられる。パッド41f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41f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。
【0027】
又、パッド41a以外のパッド41b〜41f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41b〜41fのそれぞれと、グランド電極端子としてのパッド41a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41aに接続され、カソード側がパッド41b〜41fのうちの何れかに接続されている。
【0028】
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41b〜41f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が発生することはない。
【0029】
[ESD保護回路の構成]
図5は、ESD保護回路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。
【0030】
図6は、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。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。
(【0031】以降は省略されています)

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