半导体装置及其制造方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置及其制造方法，并且例如可应用于气体型加速度传感器。
背景技术：
近年来，随着移动信息设备不断完善，这些设备已经配备了各种传感器。对于游戏机、诸如移动电话的移动通信終端等等的控制器来说，加速度传感器已经成为不可或缺的装置。已知加速度传感器具有多种类型，包括光学类型、电容类型、压电电阻类型、以及气体温度分布类型。光学类型的加速度传感器使用光纤作为其部件，且因此对于其小型化/集成化来说还存在某些限制。另外三种类型可基于MEMS技术来制造。注意到当加速度传感器集成进紧凑电子设备时，通常采用基于MEMS(微机电系统)技术制造的加速度传感器。日本未审专利申请公开No. 2000-65850(专利文献I)公开了ー种如下所述的热型加速度传感器。在半导体衬底上提供三个热隔离的条，且在中间的条上提供加热器。左和中间条上跨接热电偶。类似地，右和中间条上跨接另ー热电偶。通过放大器放大各个热电偶的电动势，且在放大的电动势上执行算法处理。通过计算这些热电偶的输出之间的差异而产生加速度输出信号。此外，日本未审专利申请No. 6-27124(专利文献2)中公开了ー种气体型加速度检测器。特别地，专利文献2公开了以下构造即，贯穿绝缘板形成孔；在绝缘板的一面上设置加热丝以使得加热丝跨在绝缘板的孔上；以及在绝缘板的另一面上设置热传感器以使得热传感器跨在绝缘板的孔上。日本未审专利申请公开No. 6-174738(专利文献3)公开的是，通过利用AC驱动加热发热元件来探測一对加热器的输出波形之间的相位差，以及根据所探測的相位差来计算角速度。

发明内容
本申请的发明人已经发现以下问题。当基于MEMS技术制造加速度传感器时，能够制造出具有复杂构造的加速度传感器。但是存在的问题是需要专用于MEMS技术的制造エ艺，且因此该制造エ艺不能与常规半导体制造エ艺相似。本发明的第一方面是提供一种半导体装置，包括其中形成有凹陷气道的堆叠体；设置在堆叠体中的发热部，发热部暴露于气道的底面上；以及以下述方式设置于堆叠体中的多个热传感部，使得多个热传感部暴露于气道的底面上，并且在气道的延伸方向上将发热部夹于其间。在堆叠体中提供气道、发热部以及多个热传感部，且发热部和多个热传感部暴露于气道的底面上。这种构造能提供具有与常规半导体制造エ艺高度相似性的加速度传感器。本发明的另一方面提供一种制造半导体装置的方法，包括在堆叠体中形成发热部；以多个热传感部将发热部夹于其间的方式，在堆叠体中形成多个热传感部；以及提供凹陷气道，其沿发热部和多个热传感部被设置的方向延伸，发热部和多个热传感部暴露于气道的底面上。根据本发明的ー个方面，能提供具有与常规半导体制造エ艺高度相似性的加速度传感器。

结合附图对某些实施例的下述说明将使上述和其他方面、优点和特征更加显而易见，其中图I是根据本发明第一实施例的半导体装置的示意性顶视图；图2是根据本发明第一实施例的半导体装置的示意性截面图；图3是根据本发明第一实施例的半导体装置的示意性截面图；图4是根据本发明第一实施例的加热器的示意性顶视图；图5是示出根据本发明第一实施例的加热器驱动电路的电路图；图6是示出根据本发明第一实施例的热探测电路的电路图；图7是说明根据本发明第一实施例的用于探测加速度的原理的曲线图；图8是说明根据本发明第一实施例的用于探测加速度的原理的曲线图；图9是示出根据本发明第一实施例的用于探测加速度的构造的框图；图10是根据本发明第二实施例的半导体装置的示意性截面图；图11是根据本发明第二实施例的半导体装置的示意性顶视图；图12是示出根据本发明第二实施例的热探测电路的电路图；图13是示出根据本发明第三实施例的热探测电路的电路图；图14是示出根据本发明第三实施例的热探测电路的操作原理的曲线图；图15是示出根据本发明第四实施例的加热器驱动电路的电路图；
图16是示出根据本发明第四实施例的加热器驱动电路的操作的时序图；图17是根据本发明第五实施例的半导体装置的示意性截面图；图18是根据本发明第六实施例的半导体装置的示意性截面图；图19是根据本发明第七实施例的半导体装置的示意性截面图；图20是根据本发明第八实施例的半导体装置的示意性截面图；图21是示出根据本发明第九实施例的加热器的示意图；图22是根据本发明第十实施例的半导体装置的示意图；图23是示出根据本发明第十一实施例的用于探测加速度的构造的框图；图24是根据本发明第十二实施例的半导体装置的示意性截面图；图25是根据本发明第十二实施例的半导体装置的示意性截面图26是根据本发明第十三实施例的半导体装置的示意性顶视图；图27A是根据參考例的加速度传感器的示意性水平截面图；图27B是根据參考例的加速度传感器的示意性垂直截面图；图28A是根据本发明第十四实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图28B是根据本发明第十四实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图29是示出根据本发明第十四实施例的半导体装置的制造方法的示意性截面图；图30A是根据本发明第十五实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图30B是根据本发明第十五实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图31A是根据本发明第十六实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图31B是根据本发明第十六实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图32是示出根据本发明第十六实施例的半导体装置的制造方法的示意性截面图；图33A是根据本发明第十七实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图33B是根据本发明第十七实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图34A是根据本发明第十八实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图34B是根据本发明第十八实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图35A是根据本发明第十九实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图35B是根据本发明第十九实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图36A是根据本发明第二十实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图36B是根据本发明第二十实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图37是根据本发明第二十一实施例的半导体装置的示意性顶视图；图38A是根据本发明第二十二实施例的加热器或热传感器的示意性顶视图；图38B是根据本发明第二十二实施例的加热器或热传感器的示意性顶视图；图38C是根据本发明第二十二实施例的加热器或热传感器的示意性顶视图；图39A是根据本发明第二十三实施例的加热器或热传感器的示意性顶视图；图39B是根据本发明第二十三实施例的加热器或热传感器的示意性顶视图；图40A是根据本发明第二十四实施例的加热器或热传感器的示意性透视图；图40B是根据本发明第二十四实施例的加热器或热传感器的示意性透视图；图41是根据參考例的半导体装置的示意性顶视图；图42是根据本发明第二十五实施例的半导体装置的示意性顶视图；图43A是根据本发明第二十五实施例的半导体装置的示意性截面图；图43B是根据本发明第二十五实施例的半导体装置的示意性截面图；图43C是根据本发明第二十五实施例的半导体装置的示意性截面图；图43D是根据本发明第二十五实施例的半导体装置的示意性截面图；图44是根据本发明第二十六实施例的半导体装置的示意性顶视图；图45是根据本发明第二十七实施例的半导体装置的示意性顶视图；图46是示出根据本发明第二十八实施例的电阻读取电路的电路图；图47是示出根据本发明第二十九实施例的电阻读取电路的电路图48是根据本发明第二十九实施例的电阻读取电路的示意性截面图；图49是示出根据本发明第三十实施例的电阻读取电路的电路图；图50A是根据本发明第三十一实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图50B是根据本发明第三十一实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图51A是根据本发明第三十二实施例的半导体装置的示意性水平截面图；图51B是根据本发明第三十二实施例的半导体装置的示意性垂直截面图；图52是示出根据本发明第三十三实施例的热探测电路的电路图；图53A是说明根据本发明第三十三实施例的热探测电路的探測原理的曲线图；图53B是说明根据本发明第三十三实施例的热探测电路的探測原理的曲线图；图54是示出根据本发明第三十四实施例的半导体装置的测量构造的框图；图55是示出根据本发明第三十四实施例的读取电路的电路图；图56是示出根据本发明第三十四实施例的半导体装置的測量结果的曲线图；图57是示出根据本发明第三十五实施例的热探测电路的电路图；图58是示出根据本发明第三十六实施例的热探测电路的电路图；图59是示出根据本发明第三十七实施例的比较器的电路图；图60A是示出根据本发明第三十七实施例的比较器的电路图；图60B是示出根据本发明第三十七实施例的比较器的电路图；以及图61是示出根据本发明第三十七实施例的比较器的电路图。
具体实施例方式以下參考

本发明的实施例。下述实施例彼此关联且可根据需要彼此组合。此外，通过上述组合获得的有益效果也包括在本发明的有益效果内。相同的部件采用相同的附图标记，且忽略其重复说明。附图用于解释本发明，且本发明的范围不应受限于附图。第一实施例以下參考

根据本发明的实施例。图I是半导体装置的示意性顶视图。图2和3是半导体装置的示意性截面图。图4是加热器的示意性顶视图。图5是示出加热器驱动电路的电路图。图6是不出热探测电路的电路图。图7和8是解释用于探测加速度的原理的曲线图。图9是示出用于探测加速度的构造的框图。如根据以下说明而更加显而易见的是，在根据本发明的该实施例中，在堆叠体中提供气道、发热部以及多个热传感部，且发热部和多个热传感部暴露于气道的底面上。气道可通过使用常规半导体エ艺技术(层沉积、光刻、蚀刻、剥离、衬底键合、旋涂、电镀等等)而提供在堆叠体中。类似地，发热部和热传感部也可通过使用常规半导体エ艺而提供在堆叠体中。因此，在不使用任何专用于MEMS技术的エ艺的情况下，可通过使用常规半导体エ艺来制造加速度传感器。而且还能将加速度传感器集成进半导体电路芯片中。通过将加速度传感器集成进半导体电路芯片可获得多种优点。例如，能降低将加速度传感器集成进半导体电路芯片所产生的总成本。而且可取消常规制造方法所必需的组装エ艺。注意到可任意确定气道、发热部以及热传感部的特定构造和特定数目，且不应将其局限于下述说明中。这同样适用于堆叠体的特定构造。此外，还可任意确定热传感部相对于发热部的间隔。以下说明具体实施例。如图I中所示，半导体装置100包括堆叠体10，布线层(最上层布线结构)20，至少两个热传感器(热传感部)30和50，以及加热器(发热部)40。如图2中所示，堆叠体10包括半导体衬底SUB以及布线结构层LI至L3。注意到布线层20是堆叠体10的构成层，且因此被包括在堆叠体10中。如图3中所示，布线结构层L3的上表面SlO由保护层21覆盖。在壁线20a和20b之间的部分上表面SlO上不形成保护层21。还可考虑将保护层21设置为被包括在堆叠体10中。如图3中所示，MOS晶体管MlOO形成在半导体衬底SUB中。注意到图2是沿图I的线X2-X2截取的示意性截面图，且图3是沿图I的线X3-X3截取的示意性截面图。图I至3中所示的半导体装置100设置于半导体IC(集成电路)芯片中，该芯片具有任意尺寸并被容纳在处于气密状态的填充有惰性气体(例如氮气)的封装中。可通过各种公知技术来实现实际的封装结构和气密密封方法。通过使用常规半导体エ艺将多个层叠置在半导体衬底上而形成堆叠体10。通过在半导体衬底SUB上顺序形成布线结构层LI至L3、布线层20以及保护层21而形成堆叠体10。通过在绝缘层上提供布线层来形成布线结构层LI，此外，也以类似方式形成另两个布线结构层L2和L3。注意到图I至3中所示的结构可通过使用常规半导体エ艺(层沉积、光刻、蚀刻、剥离、退火、旋涂等)来制造。因为这些エ艺是本领域技术人员所公知的，所以省略其详细说明。布线层20是导电层，并通过光刻等エ艺构造成所需图案。布线层20包括突出(凸起)的壁线20a和20b。气道22形成在壁线20a和20b之间。壁线20a是沿y轴延伸的长直线。壁线20b具有类似构造。气道22也沿y轴延伸。壁线和气道沿垂直于堆叠体10的堆叠方向(z轴方向)的轴线延伸。壁线与加热器和传感器同处相同的布线层中，或处于加热器和传感器之上的布线层中。此外，设置壁线以便围绕加热器和传感器。以此方式，由形成在布线层结构之上从而作为壁的壁线来构造突出的凸块，且气道形成于壁内。这些壁线的表面可由或不由诸如氧化物膜/聚酰亚胺膜的绝缘膜覆盖。在本实例中，与专利文献I相比，在不在堆叠体10中形成通过孔以及在不需要额外エ艺的情况下可形成气道。此外，通过形成长条形状的壁线，能确保为设置于相同半导体衬底SUB中的其他部件提供足够的布线空间。換言之，因为可利用设置于相同村底中的其他部件的布线空间中的空余空间来形成一对壁线，所以可将芯片尺寸的増加最小化。热传感器30，加热器40以及热传感器50在暴露状态下设置于气道22的底面上。通过形成在布线结构层L3上并被图案化的导电层(优选为铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、镍(Ni)、钛(Ti)、铬(Cr)、铁(Fe)、金(Au)、钼(Pt)、钒(V)、其合金、其氧化物或其氮化物)来形成热传感器30，加热器40以及热传感器50。加热器40夹在热传感器30和50之间。当从加热器40观察时，热传感器30和50设置在大致相等的位置。热传感器30和50通过气道22中存在的气体而热连接至加热器40。无需将加热器40与热传感器30和50之间的距离设置为彼此完全相等，因为可根据需要通过在加速度传感器的控制器一侧执行的处理而进行偏移调整。注意到优选的是，热传感器30，加热器40以及热传感器50的表面应尽量暴露于气体。參考图2，仅热传感器30，加热器40以及热传感器50的底面接触布线层结构，且它们的侧面和顶面暴露于气体。为了进ー步增加这些表面的面积，优选对热传感器30，加热器40以及热传感器50的表面执行蚀刻、CVD或电镀，以便它们具有不平坦(凹凸)表面。热传感器30包括从顶部观察具有矩形的线部31(以下也简称为“连接盘(land) ”)，从顶部观察具有矩形的连接盘32，以及图案化线部33。此外，热传感器30设置于图案化区域R30中。图案化线部33是沿y轴布局为波状图案的突起线的一部分。图案化线部不是必需布局为波状图案。组成图案化线部33的布线的一端连接至岛状连接盘31，且另一端连接至岛状连接盘32。图案化区域R30设置在一对壁线之间。与热传感器30 类似，加热器40包括连接盘41，连接盘42，以及图案化线部43，且设置在图案化区域R40中。与热传感器30类似，热传感器50包括连接盘51，连接盘52以及图案化线部53，且设置在图案化区域R50中。各个图案化线部43和53的构造类似于图案化线部33的构造。图案化区域R30至R50彼此具有大致相同的尺寸，但本发明并不限于上述构造。虽然连接盘31，32，41，42，51和52排列在一行中，但可任意确定连接盘的布局图案。即本发明不限于上述特殊的实例。各个图案化区域R30，R40和R50都是矩形区域，且其具有约10 μ M至30 μ M的长度以及约10 μ M至30 μ M的宽度。为了实现更高精度的加速度探測，各个图案化区域都形成在上述很小的区域中。如图2中示意地所示，设置在布线结构层L3上的各个连接盘都通过设置在布线结构层L3中的槽线而连接至设置在布线结构层L2上的布线层。例如，连接盘31通过槽线Τ31连接至布线层ML31。注意到通过在绝缘层中形成通过孔，并用导电材料填充该通过孔而形成槽线。如图3中示意地所示，形成在半导体衬底SUB上的晶体管MlOO包括源区(S)、栅结构(G)以及漏区(D)。源区通过槽线Ts连接至源布线层Ms。栅电极通过槽线Tg连接至栅布线层Mg。漏区通过槽线Td连接至漏布线层Md。源布线Ms通过布线连接(未示出)连接至其他电路部件。类似地，栅布线Mg以及漏布线Md也连接至其他电路部件。控制信号输入焊盘(pad)Pl、參考电位提供焊盘P2、以及信号输出焊盘P3提供在布线结构层L3上。例如，晶体管MlOO中包括的作为电路部件的功能电路根据通过控制信号输入焊盘Pl的控制信号输入而进行操作。注意到焊盘Pl至P3通常设置于芯片外围区域上。但是处于说明性目的，在本实例中采用较简单的方式对其进行说明。如图I至3中所示，构成热传感器30，加热器40以及热传感器50的布线图案与其他布线结构(例如，图3中所示的焊盘Pl至P3)形成于相同层中，或形成于壁线之下的层中。以此方式，在不明显改变现有制造エ艺的情况下可将热传感器30，加热器40以及热传感器50集成进堆叠体10中。通过利用布线空间中的空闲空间来形成上述布线图案，能在不增加当前芯片尺寸的情况下将加速度传感器集成进现有IC芯片中。图4示出从顶部观察时加热器40的构造。如图4中所示，图案化线部43中的线宽窄于将加热器连接至加热器驱动电路的线部的宽度。沿χ轴的方向，向上和向下地布置这种狭窄的线，且因此以波状图案沿y轴延伸。上述狭窄的线是发热构件，其能根据流过其中的电流产生热量。如上所述，通过高密度地布置该狭窄的线，可在气道22的底部上提供很小的热源。设V和R分表代表电源电压以及加热器的阻值，则加热器的功耗P表达为“P= V2/R”。因此，通过将加热器的阻值确保为某一水平，就可降低加热器的功耗。因此，通过使用狭窄的线增加加热器的阻值，就能降低加热器的功耗。注意到，加热器的图案化构造不一定是单层构造。即，可通过使用多层布线层(例如四层)构造加热器。以此方式，能在较小的区域中提供加热器，且由此能进ー步提高加速度传感器的精度。在本实施例中，通过存在于布线结构层LI至L3中的绝缘层，将图案化线部43自身与半导体衬底SUB热隔离。如果加热器40的图案化线部43产生的热量传递至半导体衬底SUB，则会对半导体衬底SUB中提供的部件的操作产生不利影响。在本实施例中，如上所述，因为图案化线部43形成在半导体衬底SUB之上，并且其间插入存在于布线结构层LI至L3中的绝缘层，所以从半导体衬底SUB观察吋，图案化线部43是热隔离的。通过抑制从图案化线部43传递到半导体衬底SUB的热量，能够有效提高半导体装置100的操作可靠性。通过使用接地布线层，也可避免热量通过连接线从图案化线部43传递至半导体衬底SUB。
各个热传感器30和50都具有与图4中所示的加热器40大致相同的构造。应当注意，虽然热传感器30和50不需要产生热量，但它们的构造也与加热器40 (其中布置了狭窄的线)类似，以便它们可以探測由其附近环境中的温度变化而导致的阻值变化。參考图5说明加热器驱动电路的构造实例。注意到，以下说明是建立在假设将该驱动电路提供在图2中所示的半导体衬底SUB之上的基础上的。如图5中所示，加热器驱动电路包括MOS晶体管Ml以及电阻R1，它们串联在电源电压VDD和接地电位GND之间。通过控制器60控制MOS晶体管的导通/截止。图I至3中所示的加热器40对应于图5中所示的电阻R1。例如，控制器60为MOS晶体管Ml的栅极端子提供驱动脉沖。MOS晶体管Ml响应于驱动脉冲而被导通。在MOS晶体管Ml处于导通状态的过程中，电流流过电阻R1，且由此使得加热器40产生热量。參考图6说明热探测电路的构造实例。注意到以下说明是建立在假设热探测电路提供在图2中所示的半导体衬底SUB之上的基础上的。热探测电路根据构成热传感器的线的温度变化来探測电阻变化。每升高一度，则形成在硅衬底上的金属线(铜，铝等)的片电阻増加I至2%。热探测电路感应这种电阻变化且由此探測温度。此外，还可使用氧化钒，其能展现对于热量的更大的温度变化。如图6中所示，热探测电路包括电流源CS1、电阻R2、放大器AMP、以及算木处理单元61。电流源CSl和电阻R2串联连接在电源电压VDD和接地电位GND之间。电流源CSl和电阻R2之间的节点连接至放大器AMP的正输入端子。參考电压VREF连接至放大器AMP的负输入端子。放大器AMP的输出提供至算木处理单元61。图I至3中所示的热传感器30对应于图6中所示的电阻R2。电阻R2的温度根据通过气体传递的加热器40的温度而变化。输入至放大器AMP的正输入端子的电压根据电阻R2的阻值的变化而变化。放大器AMP放大參考电压VREF和输入电压之间的差值，并输出放大的差值。注意到图6中所示的相同的热探测电路也适用于热传感器50。算木处理单元61执行从连接至相应的热传感器30和50的电路输出的值的算术处理，且由此计算加速度。參考图7和8说明加速度计算原理/方法。如上所述，注意到，热传感器30和50在从加热器40的观察时基本以等距设置。因此，在半导体装置100没有移动时，热传感器30和50彼此感应大致相同的热量。注意到，为了减小由热传感器相对于加热器的布置距离的变化而导致的影响，优选的是，调整热传感器30和50之间产生的偏移。以此方式，能更高精度地探測加速度。如图7中所示，可根据热传感器30和50之间的温差来计算加速度。如图7中示意所示，当半导体装置100移动时，从半导体装置100观察吋，由实线表示的热分布偏移至由虚线表示的曲线。热传感器30中的温度随热传感器50中的温度降低而増大。在停止状态下的时间tl和移动状态下的时间t2之间，在热传感器30中存在温差。在停止状态下的时间tl和移动状态下的时间t2之间，在热传感器50中也存在温差。根据由热传感器30和50传感的温度之间的差异来计算加速度。注意到可根据实验获得计算加速度的实际公式，且省略其详细说明。注意到，由于传感器位置的变化，部件的变化等等，而导致在停止状态下的相应热传感器30和50的输出电压不必彼此相等。在这种情况下，首先存储在非加速状态下的各个热传感器的输出，并根据与所存储的值的差来探測加速状态下的加速度。热传感器至加热器的热传递路径除了通过气体的路径外还包括通过层间绝缘膜的路径以及通过硅衬底的路径。但是，不管芯片加速与否，除通过气体的路径之外的路径造成的热传递不会发生变化。因此，可以通过利用在非加速状态下获得的各个热传感器的输出作为參考输出来探測加速度，从而消除由这些路径造成的影响。如图8中所示，可通过脉冲驱动加热器40，且由此根据热传感器30和50的温度变化波形之间的相位差来计算加速度。如图8中示意地所示，当通过脉冲驱动加热器40吋，在加热器40周围形成波状热分布。热波形的顶点对应于通电状态下的加热器40，且热波形的底部对应于断电状态下的加热器40。热传感器30中的温度根据波形变化，而波形随时间变化。热传感器50中的温度以类似方式进行变化。如图8中示意地所示，当半导体装置100移动时，当从半导体装置100观察时，由实线表示的热分布偏移至由虚线表示的曲线。响应于此，热传感器30中的温度变化从对应于由实线表示的热分布的相位变化到对应于由虚线表示的热分布的相位。图8中示意性示出的热分布的差异在热传感器30中被探测为温度变化的相位变化。根据热传感器30和50中的温度变化的相位差来计算加速度。注意到，可根据实验获得用于计算加速度的实际公式，且省略其详细说明。參考图9说明根据图8中所示方法来计算加速度的电路构造的实例。如图9中所示，參考时钟71提供给加热器40，且还分别提供给相位探測器72和73。根据所提供的參考时钟71由脉冲驱动加热器40。根据与參考时钟相比较，由相位探測器73探測热传感器30中的温度变化的相位。根据与參考时钟相比较，由相位探測器72探測热传感器50中的温度变化的相位。注意到，假设将图6中所示的放大器AMP的输出提供给相位探測器72和73。相位比较单元74探測由相位探測器72提供以及由相位探測器73提供的波形之间的相位差。如图9中所示，当半导体装置100移动时，从半导体装置100观察，气体以相反方向移动。因此，从加热器40到热传感器30 (从加热器40的观察时，其处于前向侧)的热传递时间比从加热器40到热传感器50 (其位于反向面)的热传递时间长。在图9所示的实例中，在热传感器中将这种时间差探测为温度变化的相位差，且根据该相位差计算加速度。通过根据用于热传感器30的传递时间(其根据相位探測器73输出的脉冲的上升沿时序来进行探測)与用于热传感器50的传递时间(其根据相位探測器72输出的脉冲的上升沿时序来进行探測)之间的差异来计算加速度，可以在能减小由绝对温度探測等造成的精度变化而导致的不利影响的状态下，计算加速度。在图8和9中所示的方法中，因为探测到交替方式的暂时的温度变化，所以温度的绝对值不会对计算精度产生任何直接影响。因此，与探测温度的绝对值的方法相比，能更高精度地计算加速度。注意到可由本领域技术人员根据需要任意确定半导体装置100的具体制造流程，且可进行各种改迸。图I至3中所示的构造仅是实例。图I至3以简化方式示出IC芯片构造的一部分，且并未示出其中集成了各种电路/部件的整个IC芯片。如开篇所述，在根据本发明的本实施例中，气道22，加热器40以及热传感器30和50提供在堆叠体10中，且加热器40和热传感器30和50暴露于气道的底面上。可利用常规半导体エ艺技术(层沉积、光刻、蚀刻、剥离、衬底键合、旋涂、电镀等等)将气道22提供在堆叠体10中。类似地，也可利用常规半导体エ艺技术将加热器40和热传感器30和50提供在堆叠体10中。因此，能在不利用专用于MEMS技术的任何エ艺的情况下，通过利用常规半导体エ艺来制造加速度传感器。此外，还能将加速度传感器集成进半导体电路芯片中。通过将加速度传感器集成进半导体电路芯片可获得各种优点。例如，能通过将加速度传感器集成进半导体电路芯片而降低总成本。此外，可取消常规制造方法所必需的组装エ艺。注意到，可任意确定气道、加热器以及热传感器的具体构造和具体数量。类似地，也可任意确定堆叠体的具体构造。第二实施例參考图10至12说明根据本发明的第二实施例。在本实施例中，与第一实施例相反，通过探测连接至热传感器的PN结的正向电压的变化来探测热传感器中的温度变化，即，热传感器之上的气体的温度变化。通过利用PN结来取代电阻器，可更高精度地探測温度变化。注意到，由PN结构成的ニ极管的正向电压随每度的温度而变化约2mV。因此，当温度变化10°C时，可获得约20mV的信号。图10是半导体装置的示意性截面图。图11是半导体装置的示意性顶视图。图12是示出热探测电路的电路图。如图10中所示，通过杂质的热扩散在半导体衬底SUB (P型衬底)中形成N阱区11和13。通过杂质的热扩散在N阱区11中形成P阱区12。在N阱区13中形成P阱区14。热传感器30的连接盘31通过槽线T31，T31_2和T31_l以及布线结构层中形成的线ML31和ML31_2连接至P阱区12。热传感器50的连接盘51通过槽线T51，T51_2和T51_l以及布线结构层中形成的线ML51和ML51_2连接至P阱区14。如图11中所示，P阱区12直接形成在连接盘31之下。P阱区12的形成范围大于连接盘31的形成范围。P阱区14直接形成在连接盘51之下。P阱区14的形成范围大于连接盘51的形成范围。注意到，可任意确定P阱区以及连接盘的相对位置关系，并且其并不限于本实例。与图6中所示的热探测电路相比，在图12中所示的热探测电路中，由ニ极管Dl取代电阻器R2。以此方式，根据ニ极管Dl的阴极电压的变化，通过探测温度变化就能高精度地探測热传感器的温度。注意到在图12中，假设图11中所示的热传感器30和50中的每个的线部都设置于ニ极管Dl的阴极端子和电流源CSl之间的节点NI与电流源CSl之间。类似于第一实施例，在本实施例中，图案化线部43通过存在于布线结构层LI至L3中的绝缘层而与半导体衬底SUB热隔离。如果加热器40的图案化线部43所产生的热量传递至半导体衬底SUB，则会对半导体衬底SUB中提供的ニ极管的操作产生不利影响。在本实施例中，如上所述，因为图案化线部43形成在半导体衬底SUB之上且它们之间插入存在于布线结构层LI至L3中的绝缘层，所以从半导体衬底SUB观察吋，图案化线部43是热隔离的。通过抑制从图案化线部43传递至半导体衬底SUB的热量，可以有效提高半导体装置100的操作可靠性。第三实施例參考图13和14说明根据本发明的第三实施例。在本实施例中，热探测电路包括參考电压发生电路。即使在这样的情况下，也可获得类似于上述实施例的有利效果。图13是示出热探测器的电路图。图14示出热探测电路的操作原理。
如图13中所示，电流源CS3和电阻器R3之间的节点连接至放大器(比较器)AMP的负输入端子。电阻器R3的热容远大于电阻器R2的热容。电阻器R3邻近电阻器R2设置，且因此在相同的时刻具有与电阻器R2大致相同的温度。图14中所示的实线表示电阻器R2响应于加热器40的间歇驱动的温度变化。图14中所示的虚线表示电阻器R3响应于加热器40的间歇驱动的温度变化。如图14中所示，具有较大热容的电阻器R3几乎不受通过气体传递的热量的影响。因此，输入到放大器AMP的负输入端子的电压大致保持恒定。因为电阻器R2和R3的电阻值之间的量值关系与随温度变化的电阻值相反，所以放大器AMP可探測温度变化的相位。以此方式，能以相对简单的构造形成热探测电路。电阻器R2和R3之间的主要区别在于在气道22中暴露的面积。因此，不会对制造エ艺产生任何大的影响。第四实施例參考图15和16说明根据本发明的第四实施例。在本实施例中，以时分方式，电流以正向和反向流过电阻器Rl (即，加热器40)。如上述实施例所述，加热器40包括狭窄的线，其随电流流过其间而产生热量。因此，如果固定电流流动方向，则由于电迁移而导致可能会损坏狭窄的线。本实施例考虑到上述情况，且流过加热器40的电流流动方向以适当时间间隔反转，因此能最小化构成加热器40的线的劣化。以此方式，能延长加热器40的寿命，且因此能提供具有较高可靠性的加速度传感器。图15是示出加热器驱动电路的电路图。图16是示出加热器驱动电路的操作的时序图。如图15中所示，加热器40的驱动电路包括MOS晶体管M2至M5，电阻器Rl以及控制器65。MOS晶体管M2至M4串联连接在电源电压VDD和接地电位GND之间。MOS晶体管M3和M5串联连接在电源电压VDD和接地电位GND之间。电阻器Rl设置在MOS晶体管M2和M4之间的节点以及MOS晶体管M3和M5之间的节点之间。如图16中所示，通过控制器65控制各个MOS晶体管的导通/截止。如图16中所示，在时间tl至时间t2的时间周期中，晶体管M3和M4导通且晶体管M2和M5截止。当从正向观察图15时，流过电阻器Rl的电流从左流向右(正向方向)。在时间t2至时间t3的时间周期中，晶体管M2至M5导通。因此没有电流流过电阻器R1。在时间t3至时间t4的时间周期中，晶体管M3和M4截止且晶体管M2和M5导通。当从正向观察图15时，流过电阻器Rl的电流从右流向左(反向方向)。在时间t4至时间t5的时间周期中，晶体管M2至M5都导通。因此，没有电流流过电阻器R1。通过重复上述循环，流过电阻器Rl (即，加热器40)的电流以时分方式正向/反向流动，因此能最小化加热器40的老化。
第五实施例參考图17说明根据本发明的第五实施例。在本实施例中，除了上述实施例中所述的构造外，还将盖板(覆盖构件)80设置在保护层21之上，并且由此如图17中所示，气道22被从上部进行覆盖。以此方式，封闭气道22的顶部。因此能有效避免从加热器40传递至气道22中包含的气体的热量向上扩散。优选地，可使用热导率低于半导体的玻璃板或陶瓷板来用作盖板80。覆盖气道22的覆盖构件不限于类似于盖板80的板状构件。第六实施例參考图18说明根据本发明的第六实施例。在本实施例中，除了上述实施例中所述的构造外，如图18中所示，通过位于壁线20a和20b之间的保护层21形成气道22。当保护层侵入到壁线之间时，凹陷可用作在图18中所示的壁线之间形成的气道。如图18中所示，气道22的宽度随离半导体衬底SUB的距离增加而变窄(Wl > W2)。以此方式，能产生顶部较窄的气道22，因此能防止由加热器40加热的气体向上溢出。通过将由加热器40加热的气体限制在气道22中，能提高由热传感器30和50进行的气体温度探測的精度。第七实施例參考图19说明根据本发明的第七实施例。在本实施例中，与上述实施例相反，通过将其中形成有长开ロ的板状部件设置在衬底上(布线结构层上)而形成气道22，以替代通过将布线层20构形成所需图案来形成气道22。即使在上述情况下，也能获得类似于上述实施例的有利效果。如图19中所示，板状构件(最上层布线结构)25设置在衬底(半导体衬底SUB以及布线结构层LI至L3)之上。板状部件25例如是玻璃板，陶瓷板等。在板状部件25中形成开ロ，且该开ロ用作气道22。注意到在图19中，出于说明性目的而省略对加热器、热传感器等的说明。可任意确定用于将板状构件堆叠在衬底上的具体方法。例如，优选地，通过将板状构件键合到衬底而将板状构件堆叠在衬底之上。也可任意确定将板状构件固定到衬底的方法。例如，通过板状构件和衬底之间插入粘合剂而将板状构件固定在衬底上。在这种情况下，采用不会使粘合剂渗入气道22量来涂覆粘合剤。第八实施例參考图20说明根据本发明的第八实施例。在本实施例中，将图17中所示的盖板80应用至图19中所示的实施例。即使在该情况下，可能获得类似于上述实施例的有利效
果O第九实施例參考图21说明根据本发明的第九实施例。在本实施例中，通过布置与图4中所示不同的布线图案来形成加热器。即使在该情况下，可能获得类似于上述实施例的有利效果。如图21中所示，通过螺旋形布置的线来形成加热器。线的一端通过沟槽连接至位于布线结构层中的线。线的另一端也以类似方式连接。图21中所示的加热器设置在各个边都约为9.6μπι长的矩形区域中。也可以类似于图21中所示的布线图案来构造热传感器。第十实施例參考图22说明根据本发明的第十实施例。在本实施例，热探测电路以及加热器驱动电路设置为远离热传感器30，加热器40以及热传感器50，以便防止由加热器40产生的热量导致的特性波动。更优选地，如图22中所示的示意性位置间隔可以看出，加热器40和加热器驱动电路之间的距离(例如，距离W91)大于加热器40和热传感器30之间的距离(例如,距离W90)。类似地，热传感器30和热探测电路之间的距离(例如，距离W92)大于加热器40和热传感器30之间的距离。以此方式，能有利地避免由加热器40引起的热效应而导致的各个电路的特性的波动。注意到其他特征类似于上述实施例，因此不再赘述。即使在本实施例中，也能获得类似于上述实施例的有利效果。第^^ 一实施例參考图23说明本发明的第十一实施例。在本实施例中，采用图23中所示的探测构造。如图23中所示，热传感器50的输出与加热器40的时钟信号混合，且来自混频器172的输出信号的低频分量选择性地通过低通滤波器174。此外，热传感器30的输出与加热器40的时钟信号混合，且来自混频器173的输出信号的低频分量选择性地通过低通滤波器175。电压比较单元176将来自低通滤波器174和175的输入电压值彼此比较。当半导体装置100没有被加速吋，热传感器30和50的输出信号基本上与加热器40的时钟信号一致。但是当半导体装置100被加速时，借助对应于通过气体的热传导的量来调制时钟信号。通过将热传感器30或者50输出的调制信号与时钟信号混合，可获得如下的信号，在该信号中组合了具有作为时钟信号两倍的频率分量的信号和接近于DC的低频信号。通过仅使低频通过低通滤波器，可提取接近DC的信号。低通滤波器的输出电压值变化对应于由通过气体进行的热传导造成的调制的量。根据该原理，电压比较单元176将低通滤波器174和175的输出电压相互比较。则可根据电压比较单元176的比较结果来探测加速度。注意到其他特征类似于上述实施例，因此不再赘述。即使在该实施例中，也能获得类似于上述实施例的有利效果。第十二实施例參考图24和25说明根据本发明的第十二实施例。在本实施例中，如图24中所示，N区13和P区14之间的结位于远离热传感器30的位置。类似地，N区11和P区12之间的结位于远离热传感器50的位置。通过以此方式确保ニ极管之间的距离，能通过半导体衬底SUB降低ニ极管之间的热传导的影响。注意到，满足“W200 < W201 < W202 < W204”的关系。如图25中所示，优选地，将用于散热的线ML200设置在加热器40和半导体衬底SUB之间，更具体来说，直接设置在加热器40之下。以此方式，可切断通过半导体衬底SUB从加热器40至ニ极管的热传导路径，因此能提高热传感器对通过气体传递的热量的灵敏性。优选地，希望将线ML200固定到接地端或固定电位。因为用于固定线ML200的电位的布线变成热传导路径，所以布线优选设置在用于驱动加热器的线附近。而且，将该布线连接至接地端或固定电位的节点优选设置在加热器驱动电路附近。其他特征类似于上述实施例，所以不再赘述。即使在该实施例中，也能获得类似于上述实施例的有利效果。第十三实施例參考图26说明根据本发明的第十三实施例。在本实施例中，如图26中所示，四个热传感器30(50)设置在加热器40周围。四个热传感器30以90度角间隔设置在加热器40周围。換言之，该实施例可如下说明。热传感器30a和30c相对于加热器40对称设置。热传感器30b和30d相对于加热器40对称设置。热传感器对30a和30c的设置方向大致垂直于热传感器30b和30d的设置方向。通过采用上述构造，能通过比较热传感器30a和30c的输出来探测χ轴方向的加速度，且通过比较热传感器30b和30d的输出来探測y轴方向的加速度。以此方式，能借助较小的构造来探测多个方向上的位移。注意到其他特征类似于上述实施例，且因此不再赘述。即使在该实施例中，也能获得类似于上述实施例的有利效果。注意到本发明不限于上述实施例，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种变型。可任意确定最上层布线结构的具体材料，且其可由绝缘层构成。构成加热器、热传感器等的线可由硅等制成。也可任意确定气道的延伸形式，且其并不限于直线形式。第十四实施例为了使本发明和现有技术之间的差异变得清楚，在下文中说明没有应用本发明的參考例。图27A和27B是通过密封和形成专利文献I中公开的热型加速度传感器而获得參考例的水平截面图和垂直截面图。在參考例的加速度传感器900中，在硅衬底901内部挖掘并形成充满气体的腔(中空部)902。从顶部观察和从侧面观察时，加热器903设置在腔902的中心。加热器903从加速度传感器900的ー侧延伸至相对侧。热传感器904和905设置在加热器903的两侧。热传感器904和905从加速度传感器900的ー侧延伸至其相对侧。即，在參考例的加速度传感器900中，因为通过切掉硅衬底901的内部而形成内部腔902，所以腔902具有与硅衬底901类似的外部形状，即，具有矩形水平界面和矩形垂直界面。此外，加热器903和热传感器904和905形成为悬置在腔902的内部中。在參考例的加速度传感器900中，腔902中包含的气体通过加热器903加热，且气体温度通过热传感器904和905探測。当參考例的加速度传感器900移动时，腔902中包含的气体不跟随加速度传感器900的移动，并因此在加速度传感器900的移动方向的反方向上流动。因此，在位于加热器903两侧上的热传感器904和905的位置处之间的气体的温度分布变得不对称。因此在參考例的加速度传感器900中，可通过比较热传感器904和905的输出来探测施加于加速度传感器900上的加速度。以下參考图28A和28B说明根据本发明的该实施例的半导体装置100。图28A和28B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。因为图I仅示出半导体装置100的一部分，所以其仅示出沿Y方向延伸的壁线20a和20b。与此相反，图28A和28B示出构成要被充满气体的中空部的整个壁线。如图28A和28B中所示，半导体装置100包括堆叠体10、最上层布线结构20 (壁布线20a和20b)、热传感器30、热传感器50、以及加热器40。注意到，因为壁线形成为连续线，所以在以下说明中将整个壁线称为“20a”或“20b”。堆叠体10包括半导体衬底SUB以及布线结构层し半导体衬底SUB是硅衬底。类似于图2，布线结构层L包括布线结构层LI至L3，且各个布线结构层都包括层间绝缘膜以及布线层。此外，最上层布线结构20是形成在最上层中的金属线(布线层)，并构成壁线20a。在本实例中，壁线20a、加热器40、以及热传感器30和50都形成在相同的最上层中。加热器40设置在堆叠体10的最上层中，且热传感器30和50在Y方向上设置于加热器40的两侧。注意到，加热器40和热传感器30和50的各个线或所有线也可都称为“加热器/热传感器线110”。设置限定气体流动的壁线20a(20b)从而从顶部观察吋，以大致矩形形状围绕加热器/热传感器线110。布线结构层L的上表面SlO和壁线20a由保护层21 (覆盖膜)覆盖。在位于壁线20a的内部的上表面SlO的一部分上并未形成保护层21。即，加热器/热传感器线110并未被保护层21覆盖，且线表面暴露于气体。而且，类似于图17，盖板80设置在突起的保护层21之上。盖板80是玻璃衬底、硅衬底等。盖板80叠置在壁线20a的整个上表面上，且保护层21插入其间。因为壁线20a接触盖板80，所以由壁线20a围绕的区域变成封闭的中空部24。即，中空部24在如下状态下被密封和形成中空部24的顶部由盖板80覆盖；底部由接触最上层的布线结构层L(L3)的层间绝缘膜覆盖；且侧面由壁线20a覆盖。位于加热器/热传感器线110附近的中空部24的部分空间被称为“气道22”，且在Y方向(气流方向)上位于气道22两侧的部分空间被称为“空腔23 (23a和23b) ”。该中空部24充满气体，例如空气、氮气或IS气。在具有图28A和28B所示构造的半导体装置100中，中空部24中包含的气体由加热器40加热，且气体的温度分布由图7和8中所示的热传感器30和50測量。通过进行上述过程，可根据热传感器30和50之间的温差探測加速度。以下參考图29说明图28A和28B中所示的半导体装置100的制造方法。首先，在步骤SlOl中，制备半导体衬底SUB以及在半导体衬底SUB上形成构成热探测电路等(未示出)的MISFET (金属-绝缘体-半导体场效应晶体管)。接着在步骤S102中，在步骤SlOl中形成的半导体衬底SUB上形成布线结构层L以及最上层布线结构20。S卩，在半导体衬底SUB上堆叠并形成包括了布线层和层间绝缘膜的布线结构层L，且在布线结构层L上形成壁线20a和加热器/热传感器线110而作为最上层布线。对于层间绝缘膜来说，可使用通过将碳混入氧化硅而获得的物质，或使用氧化硅。接着在步骤S103中，在步骤S102中形成的堆叠体10的整个上表面上沉积保护层21。即，保护层21形成为覆盖布线结构层L，壁线20a以及加热器/热传感器线110的整个上表面。在本实例中，保护层21的材料是聚酰亚胺。接着在步骤S104中，通过将光暴露于步骤S103中形成的堆叠体10的上表面而移除加热器/热传感器线110附近的部分保护层21。即，通过将光暴露于位于壁线20a中的布线结构层L以及加热器/热传感器线110的上表面而移除部分保护层21，以致暴露布线结构层L的层间绝缘膜和加热器/热传感器线110。接着在步骤S105中，将盖板80粘接并键合至步骤S104中形成的堆叠体10的顶部。即，由于壁线20a的存在而导致从保护层21的剰余部分突出的部分保护层21与盖板80接触并接合至该盖板80。通过上述エ艺，可形成图28A和28B中所示的半导体装置100。如上所述，在根据本发明的该实施例的半导体装置中，要被充满气体的中空部通过堆叠体的最上层上的壁线形成，且加热器和多个热传感器设置于中空部中。堆叠体之上存在的气体通过加热器加热，且其温度通过热传感器探測。通过上述过程可探測施加于半导体装置上的加速度。如上所述，在图27A和27B所示的參考例的加速度传感器中，需要切除硅衬底的内部以形成腔，并将加热器和热传感器以悬置状态设于腔内。因此非常难于制造加速度传感器。在本发明中，因为加速度传感器使用图28A和28B中所示的半导体装置构造，所以可通过使用图29中所示的常规半导体エ艺来制造加速度传感器。因此能提高制造效率并实现更高的封装密度。第十五实施例參考图30A和30B说明根据本发明实施例的半导体装置100。图30A和30B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。在图30A和30B中所示的半导体装置100中，与图28A和28B中所示的半导体装置100相比，在加热器/热传感器线110上形成覆盖膜111。其他构造类似于图28A和28B中所示的装置。S卩，加热器/热传感器线110的暴露部分由用于加热器/热传感器的覆盖膜111覆盖。覆盖膜111被形成为覆盖加热器/热传感器线110的整个上表面和侧面，否则其将暴露于气体。覆盖膜111的材料实例包括诸如聚酰亚胺的有机材料、诸如SiO2的氧化物膜、以及诸如SiN，TiN和TaN的氮化物膜。如上所述，通过在加热器/热传感器线110上形成覆盖膜，使得加热器/热传感器线110不直接暴露于气体。因此能避免加热器/热传感器线110的金属材料由于接触气体而被腐蚀或损坏。此外，覆盖膜111的厚度优选形成为薄于用于诸如壁线20a的其他部件的保护层(保护膜)的厚度。通过将覆盖膜111形成为薄膜，可提高热导率，因此能提高加热器的发热效率和/或热传感器的探测灵敏度。第十六实施例參考图31A和31B说明根据本发明的该实施例的半导体装置100。图31A和31B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。当图31A和31B中所示的半导体装置100与图28A和28B中所示的半导体装置100比较时，其中形成有加热器/热传感器线110的布线层的层级不同，但其他构造是类似的。在图28A和28B中所示的半导体装置100中，加热器/热传感器线110与壁线20a都形成于相同的最上层中。与此相反，在根据图31A和31B所示的本实施例的半导体装置100中，形成在布线层中的加热器/热传感器线110形成在壁线20a之下。例如，布线结构层L包括布线结构层LI至L3，且加热器/热传感器线110形成在布线结构层L3(中间层)的布线层中，其直接位于最上层下。在壁线20a内部，使堆叠体的表面被向下挖掘至布线结构层L2的上表面。中空部24以如下状态密封和形成其中，中空部24的顶部由盖板80覆盖；底部由布线结构层L(L2)的中间层的层间绝缘膜覆盖；且侧面由壁线20a覆盖，且布线结构层L(L3)的层间绝缘膜接触最上层。即，与图28A和28B中所示的中空部24相比较，图3IA和31B中所示的中空部24被形成为具有大出下述量的深度，所述量等于布线结构层L3的厚度。接着參考图32说明图31A和31B中所示的半导体装置的制造方法。注意到图32中所示的エ艺与图29中所示的エ艺的区别在于加热器/热传感器线110的形成位置以及用于暴露加热器/热传感器线110的蚀刻エ艺，而其他エ艺类似。首先在步骤S201中，制备半导体衬底SUB且在半导体衬底SUB上形成构成热探测电路等(未示出)的MISFET。接着在步骤S202中，在步骤S201中形成的半导体衬底SUB上形成布线结构层L以及最上层布线结构20。S卩，在半导体衬底SUB上层叠并形成包括了布线层和层间绝缘膜的布线结构层L，且在布线结构层L3的布线层上形成加热器/热传感器线110从而作为中间层布线。在加热器/热传感器线110上形成层间绝缘膜，且在层间绝缘膜上形成壁线20a从而作为最上层布线。接着在步骤S203中，在步骤S202中形成的堆叠体10的整个上表面之上沉积保护层21。即，保护层21形成为覆盖布线结构层L以及壁线20a的整个上表面。接着在步骤S204中，通过对步骤S203中形成的堆叠体10的上表面执行曝光而移除位于加热器/热传感器线110上以及其周围的部分保护层21。S卩，通过对位于壁线20a 内部的布线结构层L的上表面进行曝光而移除部分保护层21，以便暴露布线结构层L的层间绝缘膜。接着在步骤S205中，通过利用保护层21作为掩模而对步骤S204中形成的堆叠体10的上表面执行干法蚀刻，以便移除布线结构层L的部分层间绝缘膜。即，对于壁线20a的内部区域来说，蚀刻布线结构层L3的层间绝缘膜，并且由此暴露作为布线结构层L3的布线层的加热器/热传感器线110，以及布线结构层L2的层间绝缘膜。接着在步骤S206中，盖板80粘合到步骤S205中形成的堆叠体10的顶部并与其接合。通过上述エ艺形成图31A和31B中所示的半导体装置100。如上所述，在根据本发明的本实施例的半导体装置中，利用由在堆叠体最上层上的壁线和下层的层间绝缘膜形成的层级差来形成要被充满气体的中空部。通过将加热器和多个热传感器置于该中空部中，通过加热器加热堆叠体上的空气，并通过热传感器探測温度，能在图28A和28B中所示的实施例的情况下探测半导体装置的移动速度。此外，可通过使用如图29中所示エ艺的常规半导体エ艺来制造加速度传感器。此外因为加热器/热传感器线110形成在被向下挖掘的布线结构层L中，所以可扩大中空部24。在本实施例中，即使在壁线20a的厚度和水平尺寸等于图28A和28B中所示的实施例的厚度和水平尺寸时，也可使中空部24的体积大于图28A和28B中所示的实施例的体积。当中空部较狭窄时，气体不能顺利流动。因此，通过扩大中空部，可使气体流动得更顺利，因此能提高加速度传感器的灵敏度。第十七实施例參考图33A和33B说明根据本发明的该实施例的半导体装置100。图33A和33B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。在图33A和33B中所示的半导体装置100中，与图31A和31B中所示的半导体装置100相比，不同之处在于壁线20a的布局图案和由壁线20a定义并形成的中空部24的形状。其他构造类似于图31A和31B中所示的构造。在图33A和33B中所示的半导体装置100中，类似于图31A和31B中所示的半导体装置100，加热器/热传感器线110形成于位于最上层下的布线层中。以此方式，能为加热器/热传感器线110上的气流提供较大空间。以下说明本实施例中的中空部24的形状，该形状由壁线20a的布局图案构成。在图31A和31B中所示的半导体装置100中，中空部24的水平截面大致为矩形，且其长边位于Y方向，且因此从腔23a至气道22以及至腔23b的水平截面的宽度保持不变。
与此相反，在图33A和33B中所示的半导体装置100中，X方向(垂直于气流的方向)上的中空部24的水平截面的宽度在热传感器30和50附近的区域和其他区域之间明显不同。S卩，热传感器30和50所处的气道22的宽度较窄，而具有较宽宽度的腔23a和23b则形成在气道22两侧。在图33A和33B中，各个腔23a和23b的水平截面大致为矩形，且其长边沿X方向，且长边的长度大于气道22的宽度。注意到，本实施例仅需要腔23a和23b的宽度大于气道22的宽度。因此腔的形状不限于矩形。即，腔的形状实例包括正方形和其他多边形。此外，本实施例仅需要气道22的宽度在热传感器30和50附近较窄。例如，加热器40附近的宽度大于热传感器30和50附近的宽度。当半导体装置100移动时，中空部24中包含的气体不能跟随半导体装置100的移动。因此，气流会以半导体装置100的移动方向相反的方向流动。当腔23中的气体移动至腔23b时，气体需要穿过热传感器30和50附近的气道22。当具有较大空间的腔23a中的气体试图穿过具有较窄空间(瓶颈)的气道22时，具有较大体积的气体突然进入瓶颈，由此使气压増大。因此，当气体穿过气道22时，气体流速比腔23a和23b中的情况快。随着气道22中气流加快，由较快气流导致的热传递速度也变快。此外，还增加了传递的热量。因此，与没有瓶颈部的情况相比，传感器的温度变化更快且更大，因此能提高加速度传感器的灵敏度。如上所述，在类似于图27A和27B中所示的參考例或图31A和31B中所示的加速度传感器中，密封有气体的中空部的形状在热传感器区域和其他区域之间不变。因此气流速度也不变。因此，不能够控制气流速度。因此，为了提高加速度传感器的灵敏度，需要增大中空部的尺寸和/或加热器/热传感器线的尺寸。在本实施例中，在探测堆叠体之上的气流的加速度传感器中，气流流过区域的部分较窄，由此使在该部分中流动的气体快于其他部分中流动的气体。通过将热传感器设于流速较高的该部分中，能提高对气体温度的探测灵敏度。第十八实施例參考图34A和34B说明根据本发明该实施例的半导体装置100。图34A和34B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。在图34A和34B中所示的半导体装置100中，与图33A和33B中所示的半导体装置100相比，不同之处在于壁线20a的布局图案以及由壁线20a定义并形成的中空部24的腔的形状。其他构造类似于图33A和33B中所示的构造。在图33A和33B中所示的半导体装置100中，各个腔23a和23b都大致为矩形，且其长边沿X方向。腔23a和23b的侧面(壁线)以直角邻接气道22的侧面(壁线)。与此相反，在图34A和34B中所示的半导体装置100中，腔23a和23b的侧面(壁线)以大于直角的角度邻接气道22的侧面(壁线)。即，由壁线20a形成的中空部24的宽度在设置了热传感器30和50的气道22的部分附近最窄，且随着离热传感器30和50的距离增加而逐渐加宽。換言之，中空部24的宽度在最远离热传感器30和50的部分最宽，且随着离热传感器30和50的距离减小而逐渐变窄。本实施例仅需要邻接气道22的腔23a和23b的侧面相对于Y方向(气流方向)傾斜。即，只要满足上述要求，则腔23a和23b的形状可以是任意的。
如上所述，在本实施例中，腔的形状随着离热传感器的距离减小而逐渐变化。以此方式，与腔的拐角和气道成直角的情况相比，空气阻カ变得较小，因此能使气流更加平缓。因此能提高加速度传感器的灵敏度。例如，当密封在中空部24中的材料对由壁线造成的空气阻カ敏感时，可通过相对于气道倾斜腔的侧面来降低空气阻力，因此能显著増加流速。第十九实施例在图33A和33B，图34A和34B中，说明了中空部24的水平截面在热传感器附近变化的实例。在本实施例中，说明中空部24的垂直截面在热传感器附近变化的实例。图35A和35B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。在图35A和35B中所示的半导体装置100中，与图28A和28B，图31A和31B中所示的半导体装置100相比，不同之处在于其中形成加热器或热传感器的布线层的位置(层级)。其他构造类似于图28A和28B，图31A和31B中所示的构造。在图28A和28B，图31A和31B中所示的半导体装置100中，加热器40和热传感器30和50形成在相同布线层中。与此相反，图35A和35B中所示的半导体装置100中，加热器40和热传感器30和50形成在不同布线层中。如图35A和35B所示，热传感器30和50与壁线20a形成在相同的最上层中，而加热器40形成在布线结构层L中，其位于壁线20a之下。例如，布线结构层L包括布线结构层LI至L3，且加热器40形成在布线结构层L3的布线层中(中间层)，其直接位于最上层之下。在夹在热传感器30和50之间的加热器40附近的区域中，堆叠体的表面被向下挖掘至布线结构层L2的层间绝缘膜的上表面。即，在加热器40附近的区域中，在Z方向上中空部24的深度较深，而在热传感器30和50附近的区域中，在Z方向上中空部24的深度较小。如上所述，在本实施例中，热传感器30和50形成在最上层中，且加热器40形成在从最上层向下挖掘的下布线层中。以此方式，中空部的空间在加热器40附近较大，且在热传感器30和50附近较小。因此，类似于图33A和33B，图34A和34B中的构造，能增加热传感器附近的气流速度，且因此能提高加速度传感器的灵敏度。第二十实施例在本实施例中，说明了中空部24的垂直截面在热传感器附近变化的另ー实例。图36A和36B是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。在图36A和36B中所示的半导体装置100中，与图28A和28B中所示的半导体装置100相比，不同之处在于与腔邻接的层。此外，在图36A和36B中所示的半导体装置100中，与图31A和31B中所示的半导体装置100相比，不同之处在于其中形成加热器/热传感器线的层的位置。其他构造类似于图28A和28B，图31A和31B中所示的构造。在图28A和28B，图31A和31B中所示的半导体装置100中，其中设置了加热器/热传感线110的布线层与邻接腔23a和23b的层是相同的层。与此相反，图36A和36B中所示的半导体装置100中，其中设置了加热器/热传感线110的布线层与邻接腔23a和23b的层不同。如图36A和36B所示，加热器/热传感器线110与壁线20a形成在相同的最上层中。腔23a和23b邻接位于壁线20a下的布线结构层し例如，布线结构层L包括布线结构层LI至L3。此外，在夹在壁线20a与热传感器30和50之间的腔23a和23b中，堆叠体的表面被向下挖掘至布线结构层L2的层间绝缘膜的上表面。S卩，在腔23a和23b中以及它们附近，在Z方向上中空部24的深度较大，而在热传感器30和50附近的区域中，在Z方向上中空部24的深度较小。如上所述，在本实施例中，加热器/热传感器线110形成在最上层中，且邻接腔23a和23b的布线结构层被向下挖掘至下面的层。因此，中空部的空间在腔23a和23b中或其附近较大，且在热传感器30和50附近较小。因此类似于图35A和35B，能増加热传感器附近的气体流速，且因此提高加速度传感器的灵敏度。第二 ^^ 一实施例在本实施例中，说明了中空部24的垂直截面在热传感器附近变化的另ー实例。图37是根据本实施例的半导体装置100的水平截面图。注意到半导体装置100的垂直截面类似于图33B等中所示的情況。
在图33A和33B中所示的半导体装置100中，形成在X方向上延伸的气道，且在气道两侧形成腔。与此相反，在图37中所示的半导体装置100中，除了图33A和33B中所示的构造外，还形成在Y方向上延伸的另ー气道，且在该气道两侧形成腔。如图37中所示，加热器40设置在中央，且四个热传感器30 (50)沿X方向和Y方向设置在加热器40附近。在Y方向上，热传感器30a(50)，加热器40和热传感器30b (50)以此顺序排列成一行。此外，在X方向上,热传感器30c (50),加热器40和热传感器30d(50)以此顺序排列成一行。在Y方向上延伸的气道22a和22b形成在设置热传感器30a和30b的位置处。气道22a和22b构成气道22y，且腔23a和23b形成在气道22y两侧。此外，在X方向上延伸的气道22c和22d形成在设置热传感器30c和30d的位置处。气道22c和22d构成气道22x，且腔23c和23d形成在气道22x两侧。換言之，气道22y和22x彼此成直角相交，且加热器40设置在上述气道的交点处。四个热传感器30与加热器40等距地设置在相应气道中。注意到类似于图33A和33B，图34A和34B，腔可具有其他各种形状。如上所述，在本实施例中，设置热传感器以致不仅在X方向还在Y方向上夹着加热器。因此类似于图26，能利用四个热传感器探測沿两个不同轴(即X方向和Y方向)的加速度。而且在本实施例中，中空部的宽度在沿X方向和Y方向延伸且其中设置了四个热传感器的气道部中较窄，且在位于气道部外部的四个腔中较宽。以此方式，类似于图33A和33B等，能增大气道部中的气流速度，且因此提高加速度传感器的灵敏度。第二十二实施例參考图38A，38B和38C说明根据本发明该实施例的加热器/热传感器线110的布线图案。图38A，38B和38C示出从顶部观察时的加热器40或热传感器30或50的布线图案。如上所述，在半导体装置100中，加热器40和热传感器30和50由金属线形成，且通过利用线的寄生电阻而将其用作加热器和热传感器。因此，为了使加热器40和热传感器30和50有效工作，需要增大金属线的电阻值。因此，为了增大线的电阻值，在本实施例中，如图38A，38B和38C中所示，加热器/热传感器线110布局为细长的线。图38A，38B和38C示出曲折形布线图案的三个实例。
如图38A，38B和38C中所示，加热器/热传感器线110布局为曲折形，以便可有效地在较小区域中布局细长的线。曲折形线是指具有Z字形布线图案的线，其中，线以在ー个方向和相反方向上交替折回的方式布局。图38A和38B示出在Y轴正方向和Y轴负方向(气流方向)上左右不对称的布线图案，且图38C示出在Y轴正方向和Y轴负方向上左右対称的布线图案。在图38A所示的布线图案中，加热器/热传感器线110包括曲折形曲折线部IlOa以及直线的折回线部110b。在布线图案120中，曲折线部IlOa设置在Y轴方向正侧，且折回线部IlOb设置在Y轴方向负侧。曲折线部I IOa的一端通过宽线113a连接至槽线(通孔)112a，且另一端连接至折回线部110b。曲折线部IlOa由沿气流方向(Y方向)延伸的交替折回的线构成。折回线部IlOb的一端连接至曲折线部IlOa且另一端通过宽线113b连接至槽线 112b。折回线部IlOb向垂直于气流方向的方向(X方向)以直线从折回线部IlOa的另ー端延伸至位于槽线112a附近的槽线112b。例如，作为布线图案120的实际构成的ー个实例，假设布线材料是铜；线宽是0. 2um ;线间隔是0. 2 ii m ;膜厚是0. 3 y m ;线长是Imm ;且电阻是700 Q。在这种情况下，布线图案120形成为在X方向上的总长是50 iim且在Y方向上的长度为15 ym。类似于布线图案120，图38B中的布线图案121包括曲折线部IlOa以及折回线部IlOb0在布线图案121中，曲折线部IlOa以及折回线部IlOb的位置关系相对于布线图案120反转。S卩，曲折线部IlOa设置在Y轴方向负侧，且折回线部IlOb设置在Y轴方向正侧。在图38C中所示的布线图案122中，加热器/热传感器线110包括两个曲折线部IlOa和110c。这两个曲折线部IlOa和IlOc成行地设置在Y方向上。其中ー个曲折线部(即，曲折线部IlOa)通过宽线113a连接至槽线112a，且另ー端连接至曲折线部110c。类似地，另ー曲折线部(即，曲折线部IlOc)通过宽线113b连接至槽线112b，且另一端连接至曲折线部110a。通过如上所示以曲折形布局构成热传感器30和50的加热器/热传感器线110，能有效地对线进行布局。此外，通过以此方式布局线(即，沿平行于气流方向布局线的延伸方向(长边方向))，可减小由线导致的气流扰动。因此能防止气流发生扰动，因此能提高加速度传感器的灵敏度。此外，加热器/热传感器线通过使用位于加热器/热传感器线之下的层中的金属线连接至其他电路，且位于下层中的金属线和加热器/热传感器线通过槽线连接。通过使用下层线用作除加热器/热传感器线之外的线，且由此避免线暴露于气体，从而能抑制对气流的影响且因此提高加速度传感器的灵敏度。此外加热器/热传感器线在与槽线连接的部位的宽度比其他部分的宽度大。以此方式，能确保对槽线部中的耐EM(电迁移)性。第二十三实施例參考图39A和39B说明根据本发明该实施例的加热器/热传感器线110的布线图案的组合。图39A和39B示出从顶部观察时，加热器40和热传感器30和50的布线图案，并示出在图38A，38B和38C中示出的布线图案120至122被应用至半导体装置100时可使用的布线图案的组合的实例。
图30A示出如下实例，其中加热器40是由布线图案122构成的线；热传感器30是由布线图案120构成的线；且热传感器50是由布线图案121构成的线。图39B示出如下实例，其中加热器40是由布线图案122构成的线；热传感器30是由布线图案121构成的线；且热传感器50是由布线图案120构成的线。因为加热器40需要传递基本等于热传感器30和50的热量，所以优选采用在气流方向上左右対称的布线图案122。因为热传感器30和50需要以基本上相同的灵敏度探测加热器40产生的热量，所以优选使用从加热器40观察时対称的布线图案。即在图39A中，各个热传感器30和50在接近加热器40的ー侧上具有其曲折线部110a，且在远离加热器40的ー侧上具有其折回线部110b。此外，从加热器40观察时，热传感器30和50是对称的。在图39B中，各个热传感器30和50在接近加热器40的ー侧上具有其折回线部110b，且在远离加热器40的ー侧上具有其曲折线部110a。此外，从加热器40观察时，热传感器30和50是对称的。注意到，在采用左右対称的布线图案122用作各个加热器40和热传感器30和50吋，也可以获得类似的有益效果。特别地，如图39A中所示，通过在加热器40附近设置热传感器30和50的曲折线部，可在靠近加热器40的位置处探测加热器40的热量。因此，能进一步提高热传感器的灵敏度。第二十四实施例參考图40A和40B说明根据本发明该实施例的加热器/热传感器线110的布线图案的另ー实例。图40A和40B是加热器/热传感器线110的布线图案的透视图，并示出图38A，38B和38C中所示的曲折形布线图案的折叠部。图40A示出如下实例，其中，加热器/热传感器线110的折叠部由单布线层形成。在这种情况下，折叠部垂直于气流方向设置，因此能阻碍气流。图40B示出如下实例，其中，下层中的线用作折叠部。在这种情况下，折叠部通过槽线TllO连接至下层线ML110。下层线MLllO连接在槽线TllO之间，以便加热器/热传感器线110通过使用下层线MLllO折回。以此方式，在可能阻碍气流的区域中没有形成壁线，因此能提高气流速度。但是，槽线部耐EM性不佳，因此引发断线的可能性。因此优选通过图40A中所示的单布线层形成折叠部。即因为加热器/热传感器线110如图38A，38B以及38C中所示以细长的线布局，所以希望尽可能不排除槽线(通孔)，以便确保耐EM性。注意到如图40B中所示使用槽线时，优选地将流过加热器的最大电流的值降低为小于图40A中所示的构造中的值，以便避免断线的发生。第二十五实施例在本实施例中，说明了在将虚拟金属设置于半导体装置100中吋，由虚拟金属(虚拟图案)构成的布线图案。在Cu布线エ艺中，需要在芯片的整个表面上设置虚拟金属，以便形成很小的线。在某一区域中没有布局线时，在该区域中以预定图案布局虚拟金属。图41示出以简化方式将虚拟金属设置在图28A和28B或图31A和31B中所示的半导体装置100中的參考例。在该參考例中，因为在腔23a和23b中没有形成线，所以多个、虚拟金属片设置在腔23a和23b中。如图41中所示，通常使用颗粒状虚拟图案(各个颗粒基本上都为正方形的)。即，颗粒状虚拟金属片130a和130b被设置在腔23a和23b的整个区域中。但是当如图41中所示使用颗粒状虚拟图案时，气流被阻挡，且因此气流被虚拟金属片扰乱。因此，劣化加速度传感器的灵敏度。因此，本实施例采用图42中所示的虚拟图案。图42示出类似于图28A和28B或图31A和31B中所示的半导体装置100的水平截面。如图42中所示，在根据本实施例的半导体装置100中，虚拟金属形成为各个片都具有长矩形形状的虚拟图案。在其中没有形成线的半导体装置100的腔23a和23b中，矩形虚拟金属片131a和131b设置为沿气体流动的Y方向延伸。各个虚拟金属片131a和131b 都具有矩形形状，且长边沿Y方向延伸。多个虚拟金属片131a和131b以预定间隔设置在腔23a和23b中。注意到在本申请中，単独的虚拟线可称为“虚拟金属”且多个虚拟线也可在本申请中称为“虚拟金属”。图43A至43D是图42中所示的半导体装置100的垂直截面图，并示出虚拟金属片131和加热器/热传感器线110在深度方向(Z方向)上的位置关系。图43A示出如下实例，其中，加热器/热传感器线110形成在位于最上层之下并没有形成虚拟金属的布线层中。即，其具有与图31A和31B中所示的半导体装置100类似的构造。例如，当加热器/热传感器线110由Al线形成时，无需虚拟金属。因此，可使用图43A中所示的构造。图43B示出如下实例，其中加热器/热传感器线110形成在最上层布线中，且虚拟金属131也设置在最上层布线中。即，通过在图28A和28B中所示的半导体装置100的构造中的腔23a和23b中的最上层中形成虚拟金属131a和131b而获得该实例。注意到在该情况下，虚拟金属也设置在包括于布线结构层L中的布线层中，但在图中省略其显示。图43C示出ー个实例，其中，加热器/热传感器线110形成在位于最上层之下的布线层中，且虚拟金属131仅形成在与加热器/热传感器线110相同的下层的布线层中。即，通过在图31A和31B中所示的半导体装置100的构造中的腔23a和23b中的与加热器/热传感器线110相同的布线层中形成虚拟金属131a和131b而获得该实例。该构造可用于在最上层布线层中不需要虚拟金属的エ艺。图43D示出ー个实例，其中，加热器/热传感器线110形成在位于最上层之下的布线层中，且虚拟金属131设置在最上层布线层和下层布线层的每个中。即，通过在与加热器/热传感器线110(布线结构层L3的布线层)相同的下层布线层中形成虚拟金属131a和131b，并且进ー步通过在图31A和31B中所示的半导体装置100的构造中的腔23a和23b中的最上层布线中形成虚拟金属131a和131b而获得该实例。此外，布线结构层L3的层间绝缘膜132a和132b形成在最上层的虚拟金属131a和131b以及下层的虚拟金属131a和131b之间。在相应布线层中形成的虚拟金属具有相同的形状，且设置为在垂直方向上(Z方向)置于彼此顶部并在其间插入层间绝缘层。注意到在这种情况下，不需要将虚拟金属直接设置在加热器/热传感器线110之上。如上所述，在本实施例中，使用细长的矩形虚拟金属片，并且将其设置为它们的长边方向平行于气流方向。因此，可最小化由虚拟图案导致的气流的扰动。因此增加气体流速并由此提高加速度传感器的灵敏度。第二十六实施例在本实施例中说明虚拟金属设置于半导体装置100中的另ー实例。图44是根据本发明该实施例的半导体装置100的水平截面图，且示出将类似于图42中所示的虚拟金属应用于图33A和33B中所示的半导体装置100的实例。如图44中所示，细长的矩形虚拟金属片设置在包含腔23a和23b以及气道22的中空部24的空闲空间中，其中未形成加热器/热传感器线110。在图44中，虚拟金属片设置在X方向和Y方向上。在腔23a中，多个虚拟金属片131a平行于气体沿其流动的Y方向设置。虚拟金属片131a从腔23a的一端沿Y方向(从矩形的长边)延伸到气道22的热传感器30附近。因为中空部24的宽度在气道22中较窄且在腔23a中较宽，所以虚拟金属片131a的数量随着离气道22的距离增加而增加。通过以此方式设置虚拟金属片131a，腔23a中的气体可更顺利地从腔23a的Y方向端流至气道22 —侧。此外，多个虚拟金属片131c和131d平行于X方向设置在热传感器30 —侧上的腔23a的拐角部中。虚拟金属片131c和131d在X方向(从矩形的短边)上从腔23a的一端朝向腔23a的中心延伸至虚拟金属片131a附近。通过以此方式设置虚拟金属片131c和131d，腔23a中的气体可更顺利地从腔23a的X方向端流至气道22 —侧。注意到，其他虚拟金属片可设置在其他空闲空间中，例如，腔23a的其他拐角部。类似于腔23a，虚拟金属片131b设置在的Y方向上，且虚拟金属片131e和131f 设置在腔23b中X方向上。借助这些虚拟金属片，腔23b中的气体可更顺利地从Y方向端和X方向端流至气道22 —侧。第二十七实施例在本实施例中，说明了虚拟金属设置在半导体装置100中的另ー实例。图45是根据本发明该实施例的半导体装置100的水平截面图，且示出将类似于图42中所示的虚拟金属应用于图34A和34B中所示的半导体装置100的实例。如图45中所示，细长的矩形虚拟金属片设置在没有形成加热器/热传感器线110的腔23a和23b的空闲空间中。在图45中，虚拟金属片设置在相对于X轴和Y轴倾斜的方向上。在图45中，腔23a和23b的宽度在设置热传感器30和50的区域中最窄，且随着离热传感器30和50的距离增加而逐渐变宽。为了适应腔23a和23b的形状，虚拟金属片131a和131b的间隔在热传感器30和50附近较窄，且随着离热传感器30和50的距离增加而逐渐变宽。即，虚拟金属片的节距根据腔的内部宽度变化。通过以此方式在朝向热传感器30和50的倾斜方向上设置虚拟金属片131a和131b，腔23a和23b中存在的气体可更顺利地从腔23a和23b的Y方向端流至气道22 —侧。第二十八实施例在本实施例中，说明了包括在半导体装置100的热探测电路中的电阻测量电路的构造。电阻测量电路是用于测量热传感器的电阻值的电路。例如，在图6中所示的热探测电路中，用于测量电阻器R2的电阻值的电流源CSl和放大器AMP构成电阻測量电路。图46示出根据本发明该实施例的电阻测量电路的构造。如图46中所示，该电阻測量电路410包括用于测量传感器电阻器RS的电阻值的负载电阻RL和比较器CMP。首先，说明图46和图6之间的对应关系。图46中的负载电阻器RL，传感器电阻器RS以及比较器CMP分别对应于图6中的电流源CS1，电阻器R2以及放大器AMP。负载电阻器RL和传感器电阻器RS串联连接在电源电压VDD和接地电位GND之间。此外，负载电阻器RL和传感器电阻器RS之间的节点NI输入至比较器CMP的正输入端子(CIN)。传感器电阻器RS表示热传感器30和50的线电阻。负载电阻器RL是用于将偏压施加至传感器电阻器RS的电阻器。比较器CMP将节点NI处测量的电压VNl与參考电压VREF进行比较，放大它们的差值并将放大的差值输出为测量电压C0UT。在图46中，具有较大温度系数的电阻器用作传感器电阻器RS，且具有较小温度系数的电阻器用作负载电阻器RL。具有较大温度系数的传感器电阻器RS被设置为在其中电阻器暴露于气体的区域中的热传感器30或50。具有较小温度系数的负载电阻器RL可设置在电阻器没有暴露于气体的任意位置。在一般用于硅芯片上的电阻(resistive)体中，诸如Cu和Al的金属具有相对大的温度系数。因此，金属线用作具有较大温度系数的传感器电阻RS。温度系数是金属线的十分之一的多晶硅用作具有较小温度系数的负载电阻器RL。在图46中，因为传感器电阻器RS和负载电阻器RL串联，所以热量从暴露于气体的传感器电阻器RS传递至负载电阻器RL。在下文中，计算由温度变化导致的图46中节点NI处的电压VN1。首先，假设传感器电阻器RS以及传感器电阻器RS的电阻值分别由下述表达式I和2表达[表达式I]Rs(AT) = RsoX (1+KSX AT)[表达式2]Rl(AT) = RloX (1+KlX A T)在表达式I和2中，RSO和RLO分别表示在參考温度下，传感器电阻器RS和负载电阻器RL的电阻值，且KS和KL分别表示传感器电阻器RS和负载电阻器RL的温度系数。A T表示与參考温度的温度差。当温度从參考温度变化AT时产生图46中节点NI处的电压VN1，其通过利用表达式I和2的下述表达式3表达[表达式3]
剛啦澤Sr-
RsoX (l+ Ksx AT) = —-z.........、---J1-—t X Vdd
Rmx(t + Ksx AT) + RLhx(1 + Klk AT)
「 nRm Rsd x Rm x (Ks - Kl)x AT I T +一—^^-■ IxVdb
k Rm + Rm(Rso + Rm) J根据表达式3，如果KS = KL,则无论温度怎样变化，电压VNl都保持恒定。S卩，当KS = KL，该电阻测量电路的输出变为恒定。因此，不能探测温度。在本实施例中，满足KS>> KL的关系。因此能根据利用传感器电阻器RS而产生的热量，输出电压VN1，且因此避免由于负载电阻器RL导致的灵敏度劣化。如上所述，在本实施例中，具有较大温度系数的电阻元件和具有较小温度系数的电阻元件串联，且利用具有较大温度系数的电阻元件来探测气体温度。虽然热量从具有较大温度系数的电阻元件传递至具有较小温度系数的电阻元件，但具有较小温度系数的电阻元件的电阻值变化较小。因此能最小化对气体温度探测上产生的影响并由此能可靠地探測温度。第二十九实施例在本实施例中，说明了半导体装置100的电阻测量电路的另ー构造实例。图47示出根据本发明该实施例的电阻测量电路的构造。在图47中所示的电阻测量电路410中，与图46中所示的电阻测量电路相比，加入额外的电阻器RI1，但其他构造类似于图46中所示构造。在图47中，电阻器RII连接在传感器电阻器RS和负载电阻器RL之间的节点Nl(电压输出端子)与比较器CMP的正输入端子(CIN)之间。电阻器RIl是具有热导率低于传感器电阻器RS的热导率的电阻器。例如，多晶硅，TiN或TaN可用作具有低热导率的电阻体。为了帮助理解本实施例的操作原理，图48示出其中由MISFET构成比较器CMP的半导体芯片的截面图。如图48中所示，在构成比较器CMP的MISFET中，源区S和漏区D形成在半导体衬底SUB的上表面中，且栅极端子(栅极结构)G形成在半导体衬底SUB上的源区S和漏区D之间夹着的区域中。在本实例中，栅极端子G作为比较器CMP的正输入端子CIN。栅极端子G不直接接触硅衬底。但是，因为栅极端子G和硅衬底之间插入的绝缘膜的厚度等于或小于用于线的层间绝缘膜的厚度的百分之一，所以其倾向于通过其来传递热量。此外，因为硅具有高热导率，所以硅衬底倾向于从其散热。因此，如图46中所示，当传感器电阻器RS直接连接至比较器CMP的正输入端子CIN时，传感器电阻器RS中的热量容易通过比较器CMP的正输入端子CIN逃离至半导体衬底SUB，如图48中箭头所示。因此，不能通过热传感器30和50精确探测温度。因此在本实施例中，如图47中所示，具有低热导率的电阻器RIl插入节点NI和比较器CMP(MISFET)的输入端子之间。以此方式，能避免传感器电阻器RS中的热量逃离至比较器CMP —侧，且因此能提高热传感器的灵敏度。第三十实施例在本实施例中，说明了半导体装置100的电阻测量电路的另ー构造实例。图49示出根据本发明该实施例的电阻测量电路的构造。在图49中所示的电阻测量电路410中，与图47中所示的电阻测量电路相比，加入额外的电阻器RI2，但其他构造类似于图47中所示构造。在图49中，具有低热导率的电阻器RIl连接在传感器电阻器RS和负载电阻器RL之间的节点NI (电压输出端子)和比较器CMP的正输入端子(CIN)之间。在本实施例中，在传感器电阻器RS和接地电位GND之间连接额外的电阻器RI2。类似于电阻器RI1，电阻器RI2是热导率比传感器电阻器RS低的电阻器。例如，多晶硅，TiN或TaN可用作具有低热导率的电阻体。连接至接地电位GND的线通常通过良好的接触而连接到硅衬底。因此，如图47中所示，当传感器电阻器RS直接连接接地电位GND时，传感器电阻器RS中的热量逃离至接地电位GND。因此，不能通过热传感器30和50精确探测温度。因此，在本实施例中，具有低热导率的电阻器RI2插入传感器电阻器RS和接地电位GND之间。以此方式，从传感器电阻器RS至接地电位GND的路径的热导率变得较低。因此能避免传感器电阻器RS中的热量逃离至接地电位GND—侧，且由此能提高热传感器的灵敏度。第三^^ 一实施例在本实施例中，说明了从半导体装置100中的加热器/热传感器线至电阻测量电路(比较器)的布线实例。图50A和50B是根据本发明该实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。与图31A和31B中所示的半导体装置100相比，在图50A和50B中加入从加热器/热传感器线延伸至比较器的线，但其他构造类似于图31A和31B中所示的构造。类似于图31A和31B，图50A和50B示出如下实例，其中加热器/热传感器线110形成在位于最上层之下的层中。注意到加热器/热传感器线110可形成在最上层上，如图28A和28B中所示。在图50A和50B中，类似于图2，布线结构层L包括多个布线结构层，且各个布线结构层都包括布线层和层间绝缘膜。在假设布线结构层L包括布线结构层LI至L4的情况下进行以下说明。在半导体装置100中，最上层布线结构20形成在最上层中，且加热器/热传感器线110形成在布线结构层L4的布线层中，其位于最上层布线结构20之下。线ML210 (ML210a和ML210b)形成在布线结构层L3的布线层中，其位于加热器/热传感器线110之下。线ML200和线ML220(ML220a和ML220b)形成在布线结构层L2的布线层中，其位于线210之下。构成作为电阻测量电路的比较器CMP的晶体管M230(M230a和M230b)被形成在布线结构层LI中，其位于线ML200和线ML220，以及半导体衬底SUB之下。注意到类似于图25，位于加热器40下的线ML200是用于切断从加热器40到硅衬底的热传导的线。热传感器30和50具有如图38A，38B和38C中所示的布线结构，且热传感器30和50的线端部都通过槽线(通孔)T210a和T210b而连接至位于下层中的线ML210a和ML210b的一端。线ML210a和ML210b的另一端通过槽线T220a和T220b而连接至位于线ML210a和ML210b之下的线ML220a和ML220b的一端。线ML220a和ML220b的另一端通过槽线(接触)T230a和T230b而连接至晶体管M230a和ML230b的栅极端子G。为了避免由加热器40造成的热效应，电阻测量电路(M230a和M230b)设置在远离加热器40的位置。因此线ML210a和ML210b形成为使得从侧面观察时其朝向远离加热器40的方向延伸，且随后从顶部观察时其从加热器40而弯曲至相反的方向。以此方式，线ML210a和ML210b将热传感器30和50与电阻测量电路连接。如上所述，热传感器通过形成在位于热传感器之下的层中的线而连接至电阻测量电路。因此，因为这些线不暴露于中空部分中，所以这些线在不影响加速度传感器的灵敏度的情况下可自由布局。第三十二实施例在本实施例中，说明了半导体装置100中从加热器/热传感器线到电阻測量电路(比较器)的另一布线实例。图51A和51B是根据本发明该实施例的半导体装置100的水平截面图和垂直截面图。与图50A和50B中所示的构造相比，在图51A和51B中示出其中加入额外的电阻器R231的实例。各个电阻器R231对应于图47中的电阻器RI1，且其为具有低热导率并连接在热传感器和比较器CMP之间的电阻器。对于电阻器R231来说，使用具有低热导率的多晶硅。因此，通过槽线(接触)形成从上布线层向下至下多晶硅层的连接，以及随后形成从下多晶硅层向上至上布线层的连接。在半导体装置100中，最上层布线结构20形成在最上层中，且加热器/热传感器线110形成在布线结构层L4的布线层中，其位于最上层布线结构20之下。线ML210 (ML210a和ML210b)和线ML211(ML211a和ML211b)形成在布线结构层L3的布线层中，其位于加热器/热传感器线110之下。线ML200和线ML220 (ML220a和ML220b)，线ML221 (ML221a和ML221b)以及线ML222 (ML222a和ML222b)形成在布线结构层L2的布线层中，其位于线210之下。构成作为电阻测量电路的比较器CMP的晶体管M230(M230a和M230b)被形成在布线结构层LI中，其位于线ML200和线ML220，以及半导体衬底SUB之下。热传感器30和50的线端部都通过槽线T210a和T210b连接至位于下层中的线ML210a和ML210b的一端。线ML210a的另一端通过槽线T221a、下层中的线ML221、以及槽线T231a而连接至最下层中的电阻器R231的一端。电阻器R231的另一端通过槽线T232a、上层中的线ML222a、以及槽线T222a而连接至上层中的线ML211a的一端。类似地，线ML210b的另一端通过槽线T221b、下层中的线ML221b、以及槽线T231b连接至最下层中的电阻器R23Ib的一端。电阻器R23Ib的另一端通过槽线T232b、上层中的线ML222b、以及槽线T222b而连接至上层中的线ML211b的一端。线ML211a和ML211b的另一端通过槽线T220a和T220b连接至下层中的线ML220a和ML220b的一端。线ML220a和ML220b的另一端通过槽线T230a和T230b而连接至晶体管M230a和ML230b的栅极端子G。通过在热传感器30和50以及电阻測量电路之间连接由多晶硅制成的具有低热导率的电阻器，能避免热量从热传感器30和50逃离，且因此能提高热传感器的灵敏度。第三十三实施例在本实施例中，说明了半导体装置100的热探测电路的构造。在半导体装置100中，例如可通过使用类似于图6中所示的热探测电路，通过热传感器来探測温度。但是，热传感器的输出电压会发生偏移，这归因于半导体装置的部件，周围环境等的变化。特别是，因为由于诸如温度的周围环境发生变化而导致输出电压中发生的偏移随时间明显变化，因此非常难于稳定地探測加速度。因此在本发明的该实施例中，使用图52中所示的电路构造以便能以动态方式校正热传感器的偏移。图52示出根据本发明该实施例的加热器驱动电路和热探测电路的电路构造实例。加热器驱动电路300对应于图5中所示的加热器驱动电路，且热探测电路400对应于图6中所示的热探测电路。加热器驱动电路300包括串联于电源电压VDD和接地电位GND之间的电阻器Rl和开关电路SW1。通过控制器60控制开关电路SWl的导通/断开。电阻器Rl对应于图5中的加热器40，且开关电路SWl对应于晶体管Ml。当开关电路SWl处于导通状态时，电流流过电阻器Rl且加热器40由此产生热量。另ー方面，当开关电路SWl处于断开状态时，カロ热器40不产生任何热量。热探测电路400包括对应于热传感器30或50的电阻器R2、测量电阻器R2的电阻值的电阻測量电路410、以及对电阻测量电路410的输出执行偏移校正的偏移校正电路420。电阻测量电路410包括电流源CS1，电阻器R2以及比较器CMP1。偏移校正电路420包括开关电路SW2，存储元件MEMl以及比较器CMP2。电流源CS I和电阻器R2串联在电源电压VDD和接地电位GND之间，且电流源CSl和电阻器R2之间的节点NI输入至比较器CMPl的正输入端子(CIN)。比较器CMPl比较节点NI处测量的电压VNl和參考电压VREF，放大它们的差值，并将放大的差值输出为测量电压 COUT。开关电路SW2将比较器CMPl的输出端子连接至比较器CMP2的正输入端子或存储元件MEM1。通过控制器60控制开关电路SW2的导通/断开。当开关电路SW2处于导通状态时，比较器CMPl的输出端子连接至比较器CMP2的正输入端子。另ー方面，当开关电路SW2处于断开状态时，比较器CMPl的输出端子连接至存储元件MEMl。当存储元件MEMl连接至比较器CMPl时，存储元件MEMl存储比较器CMPI的输出电压(测量电压)COUT来作为偏移电压V0FFSET。当比较器CMP2连接至比较器CMPl时，比较器CMP2比较比较器CMPl的输出电压COUT和存储在存储元件MEMl中的偏移电压V0FFSET，并将它们的差值输出为输出电压V0UT。加热器驱动电路300的开关电路SWl的导通/断开和热探测电路400的开关电路SW2的导通/断开通过控制器60以同步方式切換。即，加热器40的通电/断电的时序与热传感器输出的热探测同步，或与偏移存储时序同歩。通过断开开关电路SWl和SW2，在加热器处于断电状态时，通过电阻器(传感器电阻)R2的输出电压COUT存储进存储元件MEMl，从而作为偏移值V0FFSET。通过导通开关电路SWl和SW2，在加热器处于通电状态时通过从电阻器R2的输出电压COUT减去偏移值V0FFSET而获得的电压输出为输出电压VOUT。图53A和53B示出加热器40处于通电状态和断电状态时热传感器30和50附近的温度分布。如图53A中所示，当加热器40处于通电状态时，在半导体装置100处于停止和移动状态时的温度分布不同。即，在半导体装置100处于停止状态时，热传感器30侧和热传感器50侧之间的温度分布相对于加热器40来说是左右対称的。与此相反，当半导体装置100移动时会产生气流。因此，热传感器30侧和热传感器50侧之间的温度分布相对于加热器40来说不是左右対称的。因此能根据热传感器30附近以及热传感器50附近的温度差异来探測加速度。与此相反，如图53B中所示，当加热器40处于断电状态时，无论半导体装置100处于停止还是处于移动状态，温度分布都不变。即，因为加热器40没有产生热量且气温保持恒定，所以无论半导体装置100处于停止还是处于移动状态，温度分布都不变。因此，因为热传感器30附近和热传感器50附近的温度之间没有发生变化，所以没有探測到加速度。因此，当加热器处于断电状态时，热传感器之间的温度分布变成加速度对其没有影响的偏移值。即，偏移值是在没有由加热器40产生的热量施加的效果的状态下的热传感器的输出。在本实施例中，当加热器40断电时，该偏移值存储进图52中所示的存储元件MEMl中。此外，当加热器40通电时，该偏移值被比较器CMP2减去，且因此执行偏移校正。以此方式，可精确并稳定地探測加速度。此外，通过间歇操作加热器，且由此交替重复用于存储热传感器的偏移的步骤，以及对热传感器的探测值执行偏移校正的步骤，能实时校正特性波动。第三十四实施例在该实施例中，说明了利用图52中所示的热探测电路的半导体装置100的实际测
量結果。图54示出用于由半导体装置100，即，通过加速度传感器执行的測量加速度探測操作的測量系统的构造。在本实例中，通过将根据本发明ー个方面的半导体装置100的输出与另ー加速度传感器的输出进行比较来检查探测操作。为此，还同时测量用作參考加速度的加速度传感器501的输出以用于比较。加速度传感器501是典型的加速度传感器，其根据要被探測的加速度而输出信号。如图54中所示，根据本发明ー个方面的半导体装置100和加速度传感器501安装在相同的评估板502上，且该评估板502水平地振动。在评估板502上，測量热传感器的电阻值的电阻测量电路410连接至半导体装置100。电阻测量电路410可如上所述形成在半导体装置100内部，或可如图54中所示提供在半导体装置100外部。图55示出图54中所示的电阻测量电路410的电路构造。传感器电阻器RSl和RS2对应于半导体装置100的热传感器30和50。传感器电阻器RSl的两个端子以及传感器电阻器RS2的两个端子(即总共四个端子)连接至电阻测量电路410。电阻测量电路410包括电阻器Rrl至Rr4，运算放大器411，反馈电阻器Rf。电阻器Rrl至Rr4以电阻器Rr4，Rr3，Rr2和Rrl的顺序串联在电源电压VDD和接地电位GND之间。电阻器Rr4和Rr3之间的节点连接至电阻器RSl的一端，且由此将该节点处的电压Vl提供给传感器电阻器RS1。电阻Rr2和Rrl之间的节点连接至电阻器RS2的一端，且由此将该节点处的电压V2提供给传感器电阻器RS2。电阻器Rr3和Rr2之间的节点(电压Vm)连接至运算放大器411的正输入端子，且由此将该节点电压Vm提供给运算放大器411。电阻器RSl的另一端以及电阻器RS2的另ー端连接在一起，且该节点也连接至运算放大器411的负输入端子。因此，该节点电压Vs提供给运算放大器411。此外，运算放大器411的输出端子通过反馈构造中的反馈电阻器Rf连接至其负输入端子。在电阻测量电路410中，运算放大器411放大由电阻器RSl和RS2的电阻值变化产生的电压VS，且将该放大电压输出为探测电压(測量电压)Vsense。在本实例中，在电阻测量电路410在以下情况下操作的状态下进行测量即，电源VDD = 5V ;且电阻Rrl = Rr4=Ik Q , Rr2 = Rr3 = 100 Q ,且 Rf = IOk Q。此外，如图54中所示，脉冲发生器507连接至半导体装置100的加热器40。对于脉冲发生器507来说，使用33250A(Agilent (安捷伦))。通过从脉冲发生器507输出的脉冲信号而使得加热器40间歇并重复地通电和断电。加热器40的通电/断电频率是4Hz。此外，脉冲发生器507产生的脉冲信号由用于脉冲测量的数字万用表503測量。此外，连接至半导体装置100的电阻测量电路410的输出电压由用于TEG(测试元件组)测量的数字万用表504測量。同时，加速度传感器501的输出电压由用于參考測量的数字万用表505测量。对于各个数字万用表503至505来说，使用34410A(Agilent)。数字万用表503至505的測量结果输出至用于通过GPIB (通用接ロ总线)进行控制的个人电脑 506。用于控制的个人电脑506根据由数字万用表503测量的加热器的通电/断电脉冲以及由数字万用表504测量的电阻测量电路410的电压而获得探測的加速度。计算加热器处于断电状态过程中电阻测量电路410的测量的输出电压的平均值，且将计算获得的平均值存储为偏移值。在加热器处于通电状态过程中，从电阻測量电路410的测量的输出电压减去存储的偏移值，且由此执行偏移校正。随后，该偏移校正的电压用作测得的加速度。S卩，在该测量实例中，用于控制的个人电脑506执行偏移校正。S卩，图52中所示的偏移校正电路420对应于用于控制的个人电脑506。注意到，加速度传感器501的输出信号由数字万用表505測量，且用于控制的个人电脑506对该测量结果执行算木处理，且因此获得探測的加速度。图56示出图54中所示的测量系统的测量結果。图56中，水平轴表示时间，且其示出半导体装置100和加速度传感器501对随时间变化的加速度的响应。相对于水平轴，附图左侧的垂直轴是由电阻测量电路410输出的输出电压的刻度，且附图右侧的垂直轴是由加速度传感器501探測的加速度的刻度。虚折线(a)表示由加速度传感器501探測的參考加速度，且表示施加于测试板502上的加速度。链折线(b)表示由根据本发明ー个方面的电阻测量电路410输出的输出电压，其中，并未对其执行偏移校正。其对应于图55中的VSENS(图52中的C0UT)。实折线(c)表示通过对由折线(b)表示的输出电压执行偏移校正而获得根据本发明ー个方面的输出电压。其对应于图52中的VOUT。当根据本发明ー个方面的折线(b)与表示參考的折线(a)比较时，在如折线(b)所表示的执行偏移校正之前，由加速度传感器501探測的加速度的差异很大，这是因为由于偏移值随时间发生变化而导致输出电压发生偏移。与此相反，如根据本发明ー个方面的折线(c)所示，能看出可在执行偏移校正之后获得接近于由加速度传感器501探測的加速度的输出波形，这是因为通过偏移校正而消除了偏移。因此，通过利用图52中所示的偏移校正电路来执行实时校正，能执行产生类似于通过图56中所示的常规加速度传感器获得的效果的加速度探測操作。第三十五实施例在本实施例中，说明了通过模拟电路形成半导体装置100的偏移校正电路的实例。图57示出根据本发明该实施例的半导体装置100中的热探测电路的电路构造实例。图57示出图52中所示的存储元件MEMl的具体电路构造，且其他构造类似于图52中所示的构造。在图57中，电容Cref和输入电阻器Rref用作存储元件MEM1。输入电阻器Rref、的一端通过开关电路SW2连接至比较器CMPl的输出端子，且输入电阻器Rref的另一端连接至电容Cref的一端和比较器CMP2的负输入端子。电容Cref的另一端连接至接地电位GND。电容Cref和输入电阻器Rref构成低通滤波器。因此移除了输出电压COUT的偏移值的高频分量，且由此仅提取低频分量并存储在电容Cref中。如上所述，在本实施例中，能通过类似于图52中所示的构造来执行实时偏移校正。此外，通过由电容Cref和电阻器Rref形成存储元件MEM1，可容易地形成电路。而且，其还作为低通滤波器且因此避免由输出电压COUT中包含的高频噪声导致的影响。第三十六实施例在本实施例中，说明了由数字电路形成半导体装置100的偏移校正电路的实例。图58示出根据本发明该实施例的半导体装置100中的热探测电路的电路构造实例。在图58中，由数字电路形成图52中所示的偏移校正电路420，且其他构造类似于图52中所示的构造。在图58中，偏移校正电路420包括AD转换器ADCl、存储元件MEMl、数字滤波器DFl、以及减法器SUl。AD转换器ADCl将比较器CMPl的输出信号转换成数字信号，并将获得的数字信号输出至减法器SUl或存储元件MEM1。当加热器处于断电状态时，该数字信号存储在存储元件MEMl中。数字滤波器DFl移除存储在存储元件MEMl中的数字信号的高频分量，且由此仅将数字信号的低频分量输出值减法器SUl而作为偏移值。当加热器处于通电状态时，减法器SUl从AD转换器ADCl输出的数字信号中减去存储在存储元件MEMl中的偏移值，并将減法结果输出作为数字信号形式的输出D0UT。如上所述，在该实施例中，能通过类似于图52中的构造来执行实时偏移校正。此夕卜，通过由数字电路形成偏移校正电路，通过使用数字信号处理来实现偏移校正电路。因此，可利用微电脑等构建偏移校正电路。在微电脑等中，通过利用软件来执行算木处理。因此可不借助任何模拟电路实现。第三十七实施例在本实施例中，说明了用于半导体装置100的电阻测量电路的比较器的构造实例。如图46，47，49，52，55等中所示，半导体装置100的电阻测量电路410包括比较器CMP(或CMP1)。对于该比较器CMP来说，可例如使用常规运算放大器。在本实施例中，斩波器型放大器用作比较器CMP，而不是采用运算放大器。图59示出根据本发明该实施例的比较器CMP的构造。如图59中所示，由斩波器型放大器形成比较器CMP，且其包括两个选择开关601和603、差分放大器60、2以及低通滤波器604。以选择开关601、差分放大器602、选择开关603、低通滤波器604的顺序将其串联。各个选择开关601和603都是具有两个输入和两个输出的开关电路。选择开关601和603响应于相同时钟信号(切換信号)而彼此同时切換。选择开关601将各个參考电压VREF和CIN (比较器CMP的输入)连接至差分放大器的负输入AINB或正输入AINT。差分放大器602对从选择开关601输入至其负输入AIBN和正输入AINT的信号执行差分放大，并从负输出AOUB和正输出AOUT输出该放大的信号。选择开关603将差分放大器602的各个负输出AOUB和正输出AOUT连接至低通滤波器604的负输入FINB或正输入FINT。低通滤波器604从选择开关603输入至其负输入FINB和正输入FINT的信号中移除高频分量，并将低频分量信号输出至COUT (比较器CMP的输出)。图60A和60B示出由图59中所示的斩波型放大器形成的比较器CMP的操作。斩波型放大器具有两个状态，包括根据选择开关601和603的状态而确定的正相和反相。斩波型放大器响应于提供至选择开关601和603的时钟信号而交替重复正相和反相。图60A示出处于正相的信号流。在正相中，选择开关601将VREF连接至AINB且将CIN连接至AINT。此外，选择开关603将AOUB连接至FINB且将AOUT连接至FINT。因此，在正相中，从CIN输入的信号经过由实线箭头610表示的路径“(爪^1见'40^'ザ1见'-(0^'”传播。同时，图60B示出处于反相的信号流。在反相中，选择开关601将VREF连接至AINT且将CIN连接至AINB。此外，选择开关603将AOUB连接至FINT且将AOUT连接至FINB。因此，在反相中，从CIN输入的信号经过由虚线箭头611表示的路径“(爪^1他40服ザ1见'-(0^'”传播。S卩，正相和反相的不同在于从CIN输入的信号穿过差分放大器602的正输入AINT或穿过负输入AINB。这里假设差分放大器602具有由部件变化等而导致的偏移电压AV，且具有増益GAMP。则当没有信号输入吋，即，当CIN = VREF，在斩波型放大器处于正相的过程中，电压AVXGAMP从差分放大器602的输出端输出。此外，在斩波型放大器处于反相的过程中，电压- A VXGAMP从差分放大器602的输出端输出作为偏移。图61示意性示出图59和60中所示的FINT和COUT处的信号波形。响应于斩波型放大器的正和负相的重复，FINT处的信号在A VXGAMP和-AVXGAMP之间交替变化。当FINT处的信号穿过低通滤波器604吋，将重复信号均化为A VXGAMP和-A VXGAMP之间的平均值。SP，OV输出至COUT。如上所述，通过由斩波型放大器形成比较器CMP，差分放大器的偏移对比较器CMP的输出没有影响。因此，能精确地放大低于差分放大器的偏移电压的微小的信号。因此能利用该用于半导体装置100的电阻测量电路的比较器CMP精确地探測热传感器的温度。虽然已经根据某些实施例说明了本发明，但本领域技术人员将能认识到在权利要求的精神和范围内可对本发明进行各种改进，且本发明并不限于上述实例。而且，权利要求的范围不受上述实施例的限制。而且，注意到即使在后续法律过程中存在修改，申请人也g在将所有要求保护的元素的等价物也涵盖在内。
权利要求
1.一种半导体装置，包括其中形成有凹陷的气道的堆叠体；设置在所述堆叠体中的发热部，所述发热部暴露于所述气道的底面上；以及以下述方式设置于所述堆叠体中的多个热传感部，使得所述多个热传感部暴露于所述气道的底面上，并且在所述气道的延伸方向上将所述发热部夹于其间。
2.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述堆叠体包括半导体衬底；提供在所述半导体衬底上的布线结构层，所述布线结构层包括绝缘层和布线层；以及提供在所述布线结构层上的最上层布线结构，所述气道设置在所述最上层布线结构中，并且所述发热部通过所述布线结构层中包含的所述绝缘层与所述半导体衬底热隔离。
3.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，由布线结构的突出形状形成的壁线被提供在所述凹陷的气道的周围。
4.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部和所述热传感部包括在所述气道的底面上图案化的导线，并且当从顶部观察所述气道时，通过导线的图案化而形成的多个图案化区域被提供在所述气道中。
5.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部和所述热传感部由铝、铜、钨、金、钼、银、钛、铁、镍、它们的合金、它们的氧化物、或它们的氮化物形成。
6.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部和所述热传感部包括在所述气道的底面上图案化的导线，并且当从顶部观察所述气道时，通过导线的图案化而形成的至少ー个发热部和至少两个热传感部被提供在所述气道中。
7.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部和所述热传感部包括在所述气道的底面上图案化的导线，并且当从顶部观察所述气道时，通过导线的图案化而形成的至少ー个发热部和至少两个热传感部被提供在所述气道中，并且所述热传感部相对于所述发热部设置在対称的位置。
8.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部和所述热传感部包括在所述气道的底面上图案化的导线，并且当从顶部观察所述气道时，通过导线的图案化而形成的至少ー个发热部和至少四个热传感部被提供在所述气道中，并且所述热传感部相对于所述发热部设置在四次旋转对称位置处。
9.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述热传感部和所述发热部中的任ー个或二者具有不平坦表面。
10.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述热传感部或所述发热部与绝缘层之间的接触面积小于所述热传感部或所述发热部的没有接触所述绝缘层的部分的表面面积。
11.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，驱动所述发热部的驱动部和所述发热部之间的距离大于所述发热部和所述热传感部之间的距离。
12.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，连接至所述热传感部的探测电路和所述热传感部之间的距离大于所述发热部和所述热传感部之间的距离。
13.根据权利要求I所述的半导体装置，还包括在构成所述发热部的布线层和半导体衬底之间的中间布线层中，固定至接地或固定电位的布线区。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中，通过包括驱动所述发热部的驱动部的电路块，所述布线区被固定至所述接地或所述固定电位。
15.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，以所述发热部产生的热量周期性地变化的方式驱动所述发热部。
16.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述发热部由导线形成，并且电流以时分方式以不同方向流过所述导线。
17.根据权利要求I所述的半导体装置，还包括驱动所述发热部的驱动部，其中，所述驱动部基于切换信号控制对所述发热部的电流提供状态。
18.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述多个热传感部単独地连接至多个PN结。
19.根据权利要求18所述的半导体装置，其中，所述多个热传感部之间的距离小于所述多个PN结的距离。
20.根据权利要求I所述的半导体装置，其中，所述多个热传感部単独地连接至探測所述热传感部的温度变化的多个探测电路。
21.根据权利要求20所述的半导体装置，还包括比较电路，所述比较电路比较与所述多个热传感部当中的两个热传感部的温度相对应的探测电路的输出电压。
22.根据权利要求21所述的半导体装置，其中，所述比较电路将所述半导体装置没有被加速时所述探測电路的输出电压定义为參考电压，并且基于所述半导体装置被加速时所述探测电路的输出电压高于还是低于所述參考电压来探測加速度。
23.根据权利要求20所述的半导体装置，其中，以所述发热部产生的热量周期性地变化的方式驱动所述发热部，并且通过探测与所述热传感部中的温度相对应的所述探测电路的输出电压的、相对于产生的热量的周期性的变化的、相位差来探測加速度。
24.根据权利要求20所述的半导体装置，其中，以所述发热部产生的热量周期性地变化的方式驱动所述发热部，并且探测下述信号的低频分量的相位差，该信号是通过混合与所述热传感部中的温度相对应的所述探测电路的周期性地变化的输出电压和具有与所产生的热的频率相同频率的信号而获得的。
25.根据权利要求I所述的半导体装置，还包括提供在所述堆叠体上的覆盖构件，所述覆盖构件从上方覆盖所述气道。
26.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述最上层布线结构由与包括在所述布线结构层中的所述绝缘层和所述布线层中的至少ー个的材料相同的材料制成。
27.根据权利要求25所述的半导体装置，其中，提供在所述堆叠体上并且从上方覆盖所述气道的覆盖构件是由布线结构形成的突出部的延伸部。
28.—种制造半导体装置的方法，包括在堆叠体中形成发热部；以所述多个热传感部将所述发热部夹于其间的方式，在所述堆叠体中形成多个热传感部；以及提供沿设置所述发热部和所述多个热传感部的方向延伸的凹陷的气道，所述发热部和所述多个热传感部暴露于所述气道的底面上。
29.根据权利要求28所述的制造半导体装置的方法，其中，所述发热部和所述热传感部包括在所述气道的底面上图案化的导线，并且当从顶部观察所述气道时，通过导线的过图案化而形成的多个图案化区域被提供在所述气道中。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置及其制造方法。所述半导体装置包括其中形成有凹陷气道的堆叠体；设置在堆叠体中的加热器，该加热器暴露于气道的底面上；以及设置于堆叠体中的多个热传感器以使得所述多个热传感器在气道延伸的方向上将加热器夹于其间，多个热传感器暴露于气道的底面上。提供一种加速度传感器，其对常规半导体制造工艺具有高相似性。
文档编号G01P15/03GK102650648SQ201210044819
公开日2012年8月29日申请日期2012年2月24日优先权日2011年2月24日
发明者田边昭申请人:瑞萨电子株式会社