JP6258899B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本明細書は、半導体装置に関する。 The present specification relates to a semiconductor device.
特許文献1に、半導体素子層と、半導体素子層の上部に形成された多層配線層と、多層配線層の上面近傍に配置されており、能動電位が入力される能動電極を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、可動電極を備えるMEMS構造が能動電極に対向するように配置されており、能動電極と可動電極の間の静電容量の変化を検出することで、半導体装置の角速度を検出する。特許文献1の半導体装置では、能動電極と可動電極の間の静電容量を検出するために、能動電極に周期的に変動する能動電位が入力される。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device including a semiconductor element layer, a multilayer wiring layer formed on the semiconductor element layer, and an active electrode that is disposed near the upper surface of the multilayer wiring layer and receives an active potential. Has been. In this semiconductor device, the MEMS structure including the movable electrode is disposed so as to face the active electrode, and the angular velocity of the semiconductor device is detected by detecting a change in capacitance between the active electrode and the movable electrode. . In the semiconductor device of Patent Document 1, an active potential that periodically varies is input to the active electrode in order to detect the capacitance between the active electrode and the movable electrode.
多層配線層の内部には、信号を伝える信号配線が形成されている。また、多層配線層の下方の半導体素子層には、ダイオードやトランジスタ等の各種の半導体素子が形成されている。このため、多層配線層の上面近傍に配置された能動電極に周期的に変動する能動電位が入力されると、内部ノイズとして、多層配線層の内部の信号配線や、半導体素子層の半導体素子の動作に影響を及ぼす。これを回避するためには、多層配線層の内部において、能動電極と信号配線および半導体素子の間を遮るように、接地電位に接続された接地電極を配置することが有効である。 A signal wiring for transmitting a signal is formed inside the multilayer wiring layer. Various semiconductor elements such as diodes and transistors are formed in the semiconductor element layer below the multilayer wiring layer. For this reason, when an active potential that periodically fluctuates is input to an active electrode disposed in the vicinity of the upper surface of the multilayer wiring layer, as internal noise, the signal wiring inside the multilayer wiring layer or the semiconductor element of the semiconductor element layer Affects operation. In order to avoid this, it is effective to dispose a ground electrode connected to a ground potential so as to block between the active electrode, the signal wiring, and the semiconductor element inside the multilayer wiring layer.
しかしながら、多層配線層の上面近傍に能動電極を配置し、多層配線層の内部に接地電極を配置する場合、多層配線層の内部の信号配線にノイズを与えないように、能動電極と接地電極が近接して配置されるため、両者の間に寄生容量が生じる。能動電極と接地電極の間の寄生容量は、可能な限り小さいことが好ましい。能動電極と接地電極の間の絶縁層の誘電率をε、両者の対向面積をS、両者の間の距離をdとすると、両者の間の寄生容量Cは、C=εS/dで与えられる。従って、能動電極と接地電極の間の距離を大きくするほど、両者の間の寄生容量は小さくなる。このため、能動電極と接地電極は、可能な限り離して配置することが好ましい。しかしながら、能動電極が形成されている層と、接地電極が形成されている層を離すために、両者の間の絶縁体を厚く作製することは、加工が困難になることや、加工に長時間を要するため、絶縁体を厚く作製するには限りがある。一方で、多層配線層の内部で、能動電極が形成されている層と接地電極が形成されている層の間のメタル配線層において、導電体をすべて除去して絶縁体のみからなる領域を作製することも困難である。この場合、多層配線層を設計する際のデンシティルールを満たせず、作製時の仕上がり形状など製作に影響をおよぼす。以上のように、単純に能動電極と接地電極を離して配置することは困難である。 However, when the active electrode is disposed near the upper surface of the multilayer wiring layer and the ground electrode is disposed inside the multilayer wiring layer, the active electrode and the ground electrode are not connected to the signal wiring inside the multilayer wiring layer. Since they are arranged close to each other, a parasitic capacitance is generated between them. The parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode is preferably as small as possible. Assuming that the dielectric constant of the insulating layer between the active electrode and the ground electrode is ε, the opposing area of both is S, and the distance between the two is d, the parasitic capacitance C between them is given by C = εS / d. . Therefore, the larger the distance between the active electrode and the ground electrode, the smaller the parasitic capacitance between them. For this reason, it is preferable to arrange the active electrode and the ground electrode as far apart as possible. However, in order to separate the layer in which the active electrode is formed from the layer in which the ground electrode is formed, it is difficult to process the insulator between them for a long time. Therefore, there is a limit to manufacturing a thick insulator. On the other hand, inside the multilayer wiring layer, in the metal wiring layer between the layer where the active electrode is formed and the layer where the ground electrode is formed, a region consisting only of an insulator is created by removing all the conductor. It is also difficult to do. In this case, the density rule for designing the multilayer wiring layer is not satisfied, and the finished shape at the time of production is affected. As described above, it is difficult to simply dispose the active electrode and the ground electrode apart from each other.
本明細書では、上記の課題を解決する。本明細書では、多層配線層の上面近傍に配置された能動電極と多層配線層の内部に配置された接地電極を有する半導体装置において、多層配線層を形成する際のデンシティルールを満たしつつ、能動電極と接地電極の間の寄生容量を低減することが可能な技術を提供する。 In the present specification, the above problem is solved. In this specification, in a semiconductor device having an active electrode disposed near the upper surface of a multilayer wiring layer and a ground electrode disposed inside the multilayer wiring layer, the active rule is satisfied while satisfying the density rule when forming the multilayer wiring layer. Provided is a technique capable of reducing a parasitic capacitance between an electrode and a ground electrode.
本明細書が開示する半導体装置は、半導体素子層と、半導体素子層の上部に形成された多層配線層と、多層配線層の上面近傍に配置されており、能動電位が入力される能動電極と、多層配線層の内部に配置されてり、接地電位に接続された接地電極と、多層配線層の内部で、能動電極と接地電極の間に配置されたフローティング電極を備えている。 A semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor element layer, a multilayer wiring layer formed on the semiconductor element layer, an active electrode that is disposed near the top surface of the multilayer wiring layer, and receives an active potential. And a ground electrode disposed in the multilayer wiring layer and connected to the ground potential, and a floating electrode disposed between the active electrode and the ground electrode in the multilayer wiring layer.
上記の構成において、能動電極と接地電極の間の寄生容量Cは、能動電極とフローティング電極の間の寄生容量C1と、フローティング電極と接地電極の間の寄生容量C2の直列接続となる。以下では説明を分かりやすくするため、多層配線層において、接地電極が形成された層の直上の層にフローティング電極が形成されており、フローティング電極が形成された層の直上の層に能動電極が形成されており、能動電極とフローティング電極の対向面積とフローティング電極と接地電極の対向面積が同じであると仮定する。この場合、能動電極とフローティング電極の間の寄生容量C1は、両者の間の絶縁体の誘電率をε、両者の対向面積をS、両者の間の距離をdとすると、C1=εS/dで与えられる。また、フローティング電極と接地電極の間の寄生容量C2は、両者の間の絶縁体の誘電率をε、両者の対向面積をS、両者の間の距離をdとすると、C2=εS/dで与えられる。従って、能動電極と接地電極の間の寄生容量Cは、C=C1×C2/(C1+C2)=εS/2dとなり、能動電極と接地電極の間の絶縁体を厚くしたときと等価になり、接地電極が形成された層の直上の層に能動電極が形成されている場合に比べて、寄生容量を半減することができる。なおかつ、上記の構成では、能動電極が形成されている層と、接地電極が形成されている層の間に、フローティング電極が形成されている層が配置されるため、多層配線層を形成する際のデンシティルールを満たすことができる。上記の構成によれば、多層配線層のデンシティルールを満たしつつ、能動電極と接地電極の間の静電容量を低減することができる。なお、上記の構成において、能動電極は、多層配線層の内部で最上部の層に形成されていてもよいし、多層配線層の外部で多層配線層の上面に後から積層して形成されていてもよい。多層配線層の外部に能動電極を形成する場合、多層配線層の内部の導電体を他の信号配線等に活用することができる。また、LSIのデザインルールに縛られることなく、能動電極を設計することができる。 In the above configuration, the parasitic capacitance C between the active electrode and the ground electrode is a series connection of the parasitic capacitance C1 between the active electrode and the floating electrode and the parasitic capacitance C2 between the floating electrode and the ground electrode. In the following, for easy understanding, in the multilayer wiring layer, a floating electrode is formed immediately above the layer where the ground electrode is formed, and an active electrode is formed immediately above the layer where the floating electrode is formed. It is assumed that the opposing area of the active electrode and the floating electrode and the opposing area of the floating electrode and the ground electrode are the same. In this case, the parasitic capacitance C1 between the active electrode and the floating electrode is C1 = εS / d, where ε is the dielectric constant of the insulator between them, S is the opposing area of both, and d is the distance between the two. Given in. The parasitic capacitance C2 between the floating electrode and the ground electrode is C2 = εS / d, where ε is the dielectric constant of the insulator between them, S is the opposing area of both, and d is the distance between them. Given. Therefore, the parasitic capacitance C between the active electrode and the ground electrode is C = C1 × C2 / (C1 + C2) = εS / 2d, which is equivalent to the case where the insulator between the active electrode and the ground electrode is thickened. The parasitic capacitance can be halved compared to the case where the active electrode is formed immediately above the layer where the electrode is formed. In addition, in the above configuration, since the layer in which the floating electrode is formed is disposed between the layer in which the active electrode is formed and the layer in which the ground electrode is formed, the multilayer wiring layer is formed. Can meet the density rules. According to said structure, the electrostatic capacitance between an active electrode and a ground electrode can be reduced, satisfy | filling the density rule of a multilayer wiring layer. In the above configuration, the active electrode may be formed on the uppermost layer inside the multilayer wiring layer, or may be formed by laminating on the upper surface of the multilayer wiring layer after the multilayer wiring layer. May be. When the active electrode is formed outside the multilayer wiring layer, the conductor inside the multilayer wiring layer can be used for other signal wirings. In addition, the active electrode can be designed without being bound by the LSI design rules.
上記の半導体装置は、多層配線層の上面に対向して配置されたMEMS構造をさらに備えるように構成することができる。 The semiconductor device described above can be configured to further include a MEMS structure disposed to face the upper surface of the multilayer wiring layer.
上記の半導体装置は、能動電極とMEMS構造の間に静電引力を作用させてMEMS構造を変形させる、あるいは能動電極とMEMS構造の間の静電容量の変化からMEMS構造の変形を検出する、MEMS−LSI一体化デバイスとすることができる。前者において半導体装置はアクチュエータとしての機能を実現し、後者において半導体装置はセンサとしての機能を実現する。この場合、能動電極と接地電極の間の寄生容量は、センサやアクチュエータの寄生容量となる。半導体装置がセンサである場合、零点出力等の温度特性を向上し、かつ寄生容量に対するセンサ感度の比率を大きくするためには、寄生容量は可能な限り小さいことが好ましい。上記の構成によれば、能動電極と接地電極の間にフローティング電極が配置されているため、能動電極と接地電極の間の寄生容量を小さくすることができ、センサの寄生容量を小さくすることができる。このため、センサの精度を向上することができる。また、半導体装置がアクチュエータである場合、ドライブ負荷を低減するためには、寄生容量は可能な限り小さいことが好ましい。上記の構成によれば、能動電極と接地電極の間にフローティング電極が配置されているため、能動電極と接地電極の間の寄生容量を小さくすることができ、アクチュエータの寄生容量を小さくすることができる。このため、アクチュエータのドライブ負荷を低減することができる。 The semiconductor device described above deforms the MEMS structure by applying an electrostatic attractive force between the active electrode and the MEMS structure, or detects the deformation of the MEMS structure from a change in capacitance between the active electrode and the MEMS structure. A MEMS-LSI integrated device can be obtained. In the former, the semiconductor device realizes a function as an actuator, and in the latter, the semiconductor device realizes a function as a sensor. In this case, the parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode is the parasitic capacitance of the sensor or actuator. When the semiconductor device is a sensor, the parasitic capacitance is preferably as small as possible in order to improve temperature characteristics such as zero point output and increase the ratio of sensor sensitivity to parasitic capacitance. According to the above configuration, since the floating electrode is disposed between the active electrode and the ground electrode, the parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode can be reduced, and the parasitic capacitance of the sensor can be reduced. it can. For this reason, the accuracy of the sensor can be improved. When the semiconductor device is an actuator, it is preferable that the parasitic capacitance is as small as possible in order to reduce the drive load. According to the above configuration, since the floating electrode is disposed between the active electrode and the ground electrode, the parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode can be reduced, and the parasitic capacitance of the actuator can be reduced. it can. For this reason, the drive load of the actuator can be reduced.
上記の半導体装置は、MEMS構造が接地電位に接続されているように構成することができる。 The above semiconductor device can be configured such that the MEMS structure is connected to a ground potential.
上記の構成では、MEMS構造が接地電位に維持されるため、MEMS構造が静電シールドとなり、多層配線層の能動電極や、多層配線層の内部の信号配線や、半導体素子層の半導体素子への、外部からのノイズの影響を低減することができる。 In the above configuration, since the MEMS structure is maintained at the ground potential, the MEMS structure serves as an electrostatic shield, and the active electrode of the multilayer wiring layer, the signal wiring inside the multilayer wiring layer, and the semiconductor element of the semiconductor element layer are connected to the semiconductor element. The influence of external noise can be reduced.
上記の半導体装置は、多層配線層の上面近傍に、互いに分離された複数の能動電極が配置されており、それぞれの能動電極に対応して、互いに分離された複数のフローティング電極が配置されているように構成することができる。 In the semiconductor device described above, a plurality of active electrodes separated from each other are arranged near the upper surface of the multilayer wiring layer, and a plurality of floating electrodes separated from each other are arranged corresponding to each active electrode. It can be constituted as follows.
互いに分離された複数の能動電極が配置されている場合に、仮に単一のフローティング電極を配置する構成とすると、一つの能動電極と他の能動電極の間で、フローティング電極を介したクロストークが発生するおそれがある。上記の構成によれば、互いに分離された複数の能動電極のそれぞれに対応して互いに分離された複数のフローティング電極が配置されているため、一つの能動電極と他の能動電極の間での、フローティング電極を介したクロストークの発生を抑制することができる。半導体装置を、検知性能を向上するため差動容量検知式のセンサとした場合や、複数の能動電極をもったアクチュエータとした場合に、より動作を安定させることができる。 When a plurality of active electrodes separated from each other are arranged, if a single floating electrode is arranged, crosstalk between one active electrode and the other active electrode is caused via the floating electrode. May occur. According to the above configuration, since the plurality of floating electrodes separated from each other are arranged corresponding to the plurality of active electrodes separated from each other, between one active electrode and the other active electrode, Generation of crosstalk through the floating electrode can be suppressed. The operation can be further stabilized when the semiconductor device is a differential capacitance detection type sensor for improving detection performance or an actuator having a plurality of active electrodes.
上記の半導体装置は、半導体装置を上方から平面視したときに、フローティング電極が能動電極と略同一形状であるように構成することができる。 The above semiconductor device can be configured such that the floating electrode has substantially the same shape as the active electrode when the semiconductor device is viewed from above.
上記の構成によれば、フローティング電極を必要以上に大きく形成することがないため、フローティング電極を作製する層に電源等の他の機能を持った信号配線を作製することができ、LSIの設計自由度が向上する。 According to the above configuration, since the floating electrode is not formed to be larger than necessary, a signal wiring having other functions such as a power source can be produced in the layer for producing the floating electrode, and the LSI can be freely designed. The degree is improved.
上記の半導体装置は、半導体装置を上方から平面視したときに、接地電極が能動電極により覆われていない部分を備えているように構成することができる。 The semiconductor device can be configured to include a portion where the ground electrode is not covered with the active electrode when the semiconductor device is viewed from above.
上記の構成によれば、能動電極からの漏れ電場が多層配線層の内部の信号配線や半導体素子層の半導体素子に及ぼす影響を確実に低減することができる。 According to said structure, the influence which the leakage electric field from an active electrode exerts on the signal wiring inside a multilayer wiring layer and the semiconductor element of a semiconductor element layer can be reduced reliably.
上記の半導体装置は、半導体装置を上方から平面視したときに、複数のフローティング電極が縞状、メッシュ状または島状に配置されているように構成することができる。 The semiconductor device can be configured such that a plurality of floating electrodes are arranged in a stripe shape, a mesh shape, or an island shape when the semiconductor device is viewed from above.
能動電極と接地電極の間の寄生容量を低減するためには、多層配線層を形成する際のデンシティルールを満たしつつ、フローティング電極の面積を可能な限り小さくして、フローティング電極が形成されている層の絶縁層の面積を可能な限り大きくすることが好ましい。上記の構成によれば、能動電極と接地電極の間の寄生容量をさらに低減することができる。 In order to reduce the parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode, the floating electrode is formed by reducing the area of the floating electrode as much as possible while satisfying the density rule when forming the multilayer wiring layer. It is preferable to increase the area of the insulating layer of the layer as much as possible. According to the above configuration, the parasitic capacitance between the active electrode and the ground electrode can be further reduced.
上記の半導体装置は、多層配線層の内部で、能動電極とフローティング電極の間に配置されたドリブンシールド電極をさらに備えており、ドリブンシールド電極が、能動電極の能動電位に追従する電位が入力されるように構成されているように構成することができる。 The semiconductor device further includes a driven shield electrode disposed between the active electrode and the floating electrode inside the multilayer wiring layer, and the driven shield electrode receives a potential that follows the active potential of the active electrode. It can be comprised so that it may be constituted.
上記の構成によれば、ドリブンシールド電極によって、能動電極と他の構成要素(例えば接地電極)との間の寄生容量をさらに低減することができる。この際に、ドリブンシールド電極の周期的な電位の変化は、その下方の接地電極により、その下方の多層配線層の信号配線や半導体素子層の半導体素子に影響を与えることがない。また、上記の構成によれば、フローティング電極によって、ドリブンシールド電極と接地電極の間の寄生容量を低減し、ドリブンシールド電極をドライブする負荷を低減することができる。 According to the above configuration, the parasitic capacitance between the active electrode and other components (for example, the ground electrode) can be further reduced by the driven shield electrode. At this time, the periodic potential change of the driven shield electrode does not affect the signal wiring of the lower multilayer wiring layer and the semiconductor element of the semiconductor element layer by the ground electrode below the driven shield electrode. Moreover, according to said structure, the floating capacitance can reduce the parasitic capacitance between a driven shield electrode and a ground electrode, and can reduce the load which drives a driven shield electrode.
なお、上記の半導体装置では、フローティング電極を、能動電極の電気力線が及ぶ範囲に形状および面積を限定する、すなわち能動電極とほぼ同一形状とすることが好ましい。このようにすることで、フローティング電極を作製する多層配線層に他の機能を持った配線(例えば信号配線、接地電位配線、電源電位配線など)を引き回すことができ、LSIの配線レイアウトの設計自由度が増す。 In the semiconductor device described above, it is preferable that the shape and area of the floating electrode be limited to the range covered by the electric lines of force of the active electrode, that is, the floating electrode should have substantially the same shape as the active electrode. In this way, wiring having other functions (for example, signal wiring, ground potential wiring, power supply potential wiring, etc.) can be routed in the multilayer wiring layer for producing the floating electrode, and the LSI wiring layout can be freely designed. The degree increases.
上記の半導体装置では、フローティング電極を、能動電極(もしくはドリブンシールド電極)と接地電極の間で、複数層配置することができる。この場合、フローティング電極を一層配置する場合に比べて、さらに寄生容量を低減することができる。 In the above semiconductor device, a plurality of floating electrodes can be arranged between the active electrode (or driven shield electrode) and the ground electrode. In this case, the parasitic capacitance can be further reduced as compared with the case where one floating electrode is arranged.
(実施例1)
図1は、本実施例の半導体装置2の構成を模式的に示す縦断面図である。半導体装置2は、半導体素子層4と多層配線層6を備えるLSI基板8と、MEMS構造10を備えるMEMS基板12を備えている。半導体素子層4は、例えばシリコンからなる。多層配線層6は、半導体素子層4の上部に形成されている。MEMS基板12は、例えば導電性を付与されたシリコンからなる。MEMS基板12は、LSI基板8の上方に、多層配線層6と対向するように配置されている。
Example 1
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 2 of this embodiment. The semiconductor device 2 includes an LSI substrate 8 including a semiconductor element layer 4 and a multilayer wiring layer 6, and a MEMS substrate 12 including a MEMS structure 10. The semiconductor element layer 4 is made of, for example, silicon. The multilayer wiring layer 6 is formed on the semiconductor element layer 4. The MEMS substrate 12 is made of, for example, silicon provided with conductivity. The MEMS substrate 12 is disposed above the LSI substrate 8 so as to face the multilayer wiring layer 6.
半導体素子層4の上面(図1の上方の面)には、ダイオードやトランジスタ等の複数の半導体素子14が形成されている。また、半導体素子層4には、半導体素子層4を上面から下面(図1の下方の面)まで貫通する複数の貫通電極16が形成されている。それぞれの貫通電極16は、半導体素子層4を上面から下面まで貫通する柱状のトレンチを形成し、トレンチ側面を絶縁膜によって覆い、導電性材料(例えば銅などの金属や、導電性を付与されたポリシリコンなど)を充填することによって形成されている。これによって、LSI基板8の上方をMEMS基板12によって覆っても、LSI基板8の裏面から、電源を供給したり、信号を取り出したりすることができる。 A plurality of semiconductor elements 14 such as diodes and transistors are formed on the upper surface of the semiconductor element layer 4 (the upper surface in FIG. 1). The semiconductor element layer 4 is formed with a plurality of through electrodes 16 that penetrate the semiconductor element layer 4 from the upper surface to the lower surface (the lower surface in FIG. 1). Each through electrode 16 forms a columnar trench that penetrates the semiconductor element layer 4 from the upper surface to the lower surface, covers the side surface of the trench with an insulating film, and is provided with a conductive material (for example, a metal such as copper or conductivity). It is formed by filling polysilicon or the like. Thus, even if the upper portion of the LSI substrate 8 is covered with the MEMS substrate 12, power can be supplied and signals can be taken out from the back surface of the LSI substrate 8.
多層配線層6は、半導体素子層4の上面に、絶縁体18の積層および選択的な除去と、導電体20の積層を、交互に繰り返すことで形成されている。絶縁体18は例えば酸化シリコンである。導電体20は例えば銅やアルミニウムなどの金属である。多層配線層6の最上部は絶縁体18で覆われており、その上面には導電性材料(例えばアルミニウムなどの金属)からなる複数のパッド22が形成されている。多層配線層6の内部の導電体20によって信号配線21が形成されている。信号配線21によって、それぞれの半導体素子14や、それぞれの貫通電極16や、それぞれのパッド22の結線がなされ、LSIを構成している。 The multilayer wiring layer 6 is formed on the upper surface of the semiconductor element layer 4 by alternately repeating the lamination and selective removal of the insulator 18 and the lamination of the conductor 20. The insulator 18 is, for example, silicon oxide. The conductor 20 is a metal such as copper or aluminum. The uppermost portion of the multilayer wiring layer 6 is covered with an insulator 18, and a plurality of pads 22 made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum) are formed on the upper surface thereof. A signal wiring 21 is formed by the conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6. Each signal line 21 connects each semiconductor element 14, each through electrode 16, and each pad 22 to constitute an LSI.
MEMS基板12のMEMS構造10は、例えば、薄膜部24と支持部26を備えるダイヤフラムである。図2に示すように、半導体装置2を上方から平面視したときに、薄膜部24は正方形状に形成されており、支持部26は薄膜部24を囲う正方形の枠形状に形成されている。薄膜部24と支持部26は、MEMS基板12を上面(図1の上方の面)から選択的に除去することによって形成されている。薄膜部24はMEMS構造10の可動電極として機能する。薄膜部24と支持部26は、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持される。図1に示すように、支持部26は接地電位に接続されている。従って、MEMS構造10の薄膜部24と支持部26は、いずれも接地電位に維持される。このため、MEMS構造10が静電シールドとなり、LSI基板8内の信号配線や半導体素子14、後述する能動電極28への外部ノイズの影響を低減することができる。外部からのノイズの影響が小さい、MEMS−LSI一体化デバイスとすることができる。 The MEMS structure 10 of the MEMS substrate 12 is, for example, a diaphragm including a thin film portion 24 and a support portion 26. As shown in FIG. 2, when the semiconductor device 2 is viewed from above, the thin film portion 24 is formed in a square shape, and the support portion 26 is formed in a square frame shape surrounding the thin film portion 24. The thin film portion 24 and the support portion 26 are formed by selectively removing the MEMS substrate 12 from the upper surface (the upper surface in FIG. 1). The thin film portion 24 functions as a movable electrode of the MEMS structure 10. The thin film portion 24 and the support portion 26 are integrally formed without a seam, and are maintained at the same potential. As shown in FIG. 1, the support portion 26 is connected to the ground potential. Accordingly, both the thin film portion 24 and the support portion 26 of the MEMS structure 10 are maintained at the ground potential. Therefore, the MEMS structure 10 serves as an electrostatic shield, and the influence of external noise on the signal wiring in the LSI substrate 8, the semiconductor element 14, and the active electrode 28 described later can be reduced. A MEMS-LSI integrated device that is less affected by external noise can be obtained.
LSI基板8の多層配線層6の内部で最上部にある導電体20には、能動電極28が形成されている。図3に示すように、半導体装置2を上方から平面視したときに、能動電極28は正方形状に形成されている。図1に示すように、能動電極28は、MEMS構造10の薄膜部24に対向して配置されている。能動電極28は、多層配線層6の導電体20から形成される能動電位配線23を介して、対応する半導体素子14に電気的に接続されている。 An active electrode 28 is formed on the uppermost conductor 20 in the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8. As shown in FIG. 3, when the semiconductor device 2 is viewed from above, the active electrode 28 is formed in a square shape. As shown in FIG. 1, the active electrode 28 is disposed to face the thin film portion 24 of the MEMS structure 10. The active electrode 28 is electrically connected to the corresponding semiconductor element 14 through an active potential wiring 23 formed from the conductor 20 of the multilayer wiring layer 6.
LSI基板8の多層配線層6の内部において、能動電極28よりも下方の層には、導電体20からなる接地電極30が配置されている。図3に示すように、半導体装置2を上方から平面視したときに、接地電極30は能動電極28とほぼ同じもしくは少し大きい正方形状に形成されている。接地電極30が能動電極28より少し大きく形成されている場合、接地電極30は、半導体装置2を上方から平面視したときに、能動電極28によって覆われていない部分を備えている。図1に示すように、接地電極30は、能動電極28と、多層配線層6の信号配線21および半導体素子層4の半導体素子14の間を遮るように配置されている。接地電極30は、多層配線層6の内部の導電体20から形成される接地電位配線25を介して、対応する半導体素子14に電気的に接続されている。 In the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8, a ground electrode 30 made of the conductor 20 is disposed in a layer below the active electrode 28. As shown in FIG. 3, when the semiconductor device 2 is viewed from above, the ground electrode 30 is formed in a square shape that is substantially the same as or slightly larger than the active electrode 28. When the ground electrode 30 is formed slightly larger than the active electrode 28, the ground electrode 30 includes a portion that is not covered by the active electrode 28 when the semiconductor device 2 is viewed from above. As shown in FIG. 1, the ground electrode 30 is disposed so as to block between the active electrode 28 and the signal wiring 21 of the multilayer wiring layer 6 and the semiconductor element 14 of the semiconductor element layer 4. The ground electrode 30 is electrically connected to the corresponding semiconductor element 14 via a ground potential wiring 25 formed from the conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6.
LSI基板8の多層配線層6の内部において、能動電極28よりも下方であって、接地電極30よりも上方の層には、導電体20からなるフローティング電極32が配置されている。図3に示すように、半導体装置2を上方から平面視したときに、フローティング電極32は、能動電極28とほぼ同じもしくは少し大きい正方形状に形成されている。フローティング電極32が能動電極28より少し大きく形成されている場合、フローティング電極32は、半導体装置2を上方から平面視したときに、能動電極28によって覆われていない部分を備えている。図1に示すように、フローティング電極32は、能動電極28と接地電極30の間を遮るように配置されている。フローティング電極32は、能動電極28や接地電極30とは異なり、いずれの半導体素子14とも電気的に接続されていない。 In the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8, a floating electrode 32 made of the conductor 20 is arranged in a layer below the active electrode 28 and above the ground electrode 30. As shown in FIG. 3, when the semiconductor device 2 is viewed from above, the floating electrode 32 is formed in a square shape that is substantially the same as or slightly larger than the active electrode 28. When the floating electrode 32 is formed slightly larger than the active electrode 28, the floating electrode 32 includes a portion that is not covered by the active electrode 28 when the semiconductor device 2 is viewed from above. As shown in FIG. 1, the floating electrode 32 is disposed so as to block between the active electrode 28 and the ground electrode 30. Unlike the active electrode 28 and the ground electrode 30, the floating electrode 32 is not electrically connected to any semiconductor element 14.
LSI基板8の多層配線層6の上面には接合部材34が形成されており、MEMS基板12の下面には接合部材34に対応する接合部材36が形成されている。接合部材34と接合部材36が接合することによって、LSI基板8とMEMS基板12は互いに対して固定されている。図3に示すように、接合部材34は、正方形の枠形状に形成されている。図1に示すように、接合部材34および接合部材36は、MEMS構造10の薄膜部24や、LSI基板8のパッド22、能動電極28などを囲うように配置されている。 A bonding member 34 is formed on the upper surface of the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8, and a bonding member 36 corresponding to the bonding member 34 is formed on the lower surface of the MEMS substrate 12. By joining the joining member 34 and the joining member 36, the LSI substrate 8 and the MEMS substrate 12 are fixed to each other. As shown in FIG. 3, the joining member 34 is formed in a square frame shape. As shown in FIG. 1, the bonding member 34 and the bonding member 36 are arranged so as to surround the thin film portion 24 of the MEMS structure 10, the pad 22 of the LSI substrate 8, the active electrode 28, and the like.
半導体装置2の動作について説明する。MEMS構造10の薄膜部24が外部からの圧力や力等を受けて変形すると、可動電極である薄膜部24と固定電極である能動電極28の間の距離が変化し、これによって薄膜部24と能動電極28の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検出することによって、薄膜部24の変形量を検出することができる。 The operation of the semiconductor device 2 will be described. When the thin film portion 24 of the MEMS structure 10 is deformed by receiving pressure or force from the outside, the distance between the thin film portion 24 that is a movable electrode and the active electrode 28 that is a fixed electrode is changed. The capacitance between the active electrodes 28 changes. By detecting this change in capacitance, the deformation amount of the thin film portion 24 can be detected.
薄膜部24と能動電極28の間の静電容量は、種々の方式によって検出することができる。例えば、図4に示すCV変換回路38を用いて、薄膜部24と能動電極28の間の静電容量を検出してもよい。CV変換回路38では、検出対象である薄膜部24と能動電極28の間の静電容量は、キャパシタ40で表されている。キャパシタ40の薄膜部24に対応する電極は、接地電位に接続されている。キャパシタ40の能動電極28に対応する電極は、スイッチ42を介して電源電位に接続されている。さらに、キャパシタ40の能動電極28に対応する電極は、スイッチ44と抵抗器46の直列回路を介してオペアンプ48の反転入力に接続されている。オペアンプ48の非反転入力は接地電位に接続されている。オペアンプ48の出力は、スイッチ50とキャパシタ52の並列回路を介してオペアンプ48の反転入力に接続されている。図4に示すCV変換回路38では、スイッチ42とスイッチ44のオン/オフを繰り返したときのオペアンプ48の出力電圧の振幅から、キャパシタ40の静電容量を算出することができる。 The capacitance between the thin film portion 24 and the active electrode 28 can be detected by various methods. For example, the capacitance between the thin film portion 24 and the active electrode 28 may be detected using the CV conversion circuit 38 shown in FIG. In the CV conversion circuit 38, the capacitance between the thin film portion 24 to be detected and the active electrode 28 is represented by a capacitor 40. The electrode corresponding to the thin film portion 24 of the capacitor 40 is connected to the ground potential. The electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 40 is connected to the power supply potential via the switch 42. Furthermore, an electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 40 is connected to the inverting input of the operational amplifier 48 through a series circuit of a switch 44 and a resistor 46. The non-inverting input of the operational amplifier 48 is connected to the ground potential. The output of the operational amplifier 48 is connected to the inverting input of the operational amplifier 48 through a parallel circuit of the switch 50 and the capacitor 52. In the CV conversion circuit 38 shown in FIG. 4, the capacitance of the capacitor 40 can be calculated from the amplitude of the output voltage of the operational amplifier 48 when the switch 42 and the switch 44 are repeatedly turned on / off.
あるいは、図5に示すCF変換回路54を用いて、薄膜部24と能動電極28の間の静電容量を検出してもよい。CF変換回路54では、検出対象である薄膜部24と能動電極28の間の静電容量は、キャパシタ56で表されている。キャパシタ56の薄膜部24に対応する電極は、接地電位に接続されている。キャパシタ56の能動電極28に対応する電極は、シュミットトリガ回路58の入力に接続されている。シュミットトリガ回路58の出力は、バッファ回路60の入力に接続されているとともに、抵抗器62を介してシュミットトリガ回路58の入力に接続されている。図5に示すCF変換回路54では、バッファ回路60の出力電圧の周波数から、キャパシタ56の静電容量を算出することができる。 Or you may detect the electrostatic capacitance between the thin film part 24 and the active electrode 28 using CF conversion circuit 54 shown in FIG. In the CF conversion circuit 54, the capacitance between the thin film portion 24 to be detected and the active electrode 28 is represented by a capacitor 56. The electrode corresponding to the thin film portion 24 of the capacitor 56 is connected to the ground potential. The electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 56 is connected to the input of the Schmitt trigger circuit 58. The output of the Schmitt trigger circuit 58 is connected to the input of the buffer circuit 60 and is also connected to the input of the Schmitt trigger circuit 58 via the resistor 62. In the CF conversion circuit 54 shown in FIG. 5, the capacitance of the capacitor 56 can be calculated from the frequency of the output voltage of the buffer circuit 60.
あるいは、図6に示すCF変換回路64を用いて、薄膜部24と能動電極28の間の静電容量を検出してもよい。CF変換回路64では、検出対象である薄膜部24と能動電極28の間の静電容量は、キャパシタ66で表されている。キャパシタ66の薄膜部24に対応する電極は、接地電位に接続されている。キャパシタ66の能動電極28に対応する電極は、シュミットトリガ回路68の入力に接続されている。また、キャパシタ66の能動電極28に対応する電極には、スイッチ70が接続されている。スイッチ70は、キャパシタ66の能動電極28に対応する電極が、定電流源72を介して電源電位に接続される状態と、定電流源74を介して接地電位に接続される状態の間で切り換わる。シュミットトリガ回路68の出力は、バッファ回路76の入力に接続されている。バッファ回路76の出力は、バッファ回路78の入力に接続されている。バッファ回路78の出力は、バッファ回路80の入力に接続されているとともに、スイッチ70の制御入力に接続されている。バッファ回路80の出力は、バッファ回路82の入力に接続されている。図6に示すCF変換回路64では、バッファ回路82の出力電圧の周波数から、キャパシタ66の静電容量を算出することができる。 Or you may detect the electrostatic capacitance between the thin film part 24 and the active electrode 28 using CF conversion circuit 64 shown in FIG. In the CF conversion circuit 64, the capacitance between the thin film portion 24 to be detected and the active electrode 28 is represented by a capacitor 66. The electrode corresponding to the thin film portion 24 of the capacitor 66 is connected to the ground potential. The electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 66 is connected to the input of the Schmitt trigger circuit 68. A switch 70 is connected to an electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 66. The switch 70 is switched between a state where the electrode corresponding to the active electrode 28 of the capacitor 66 is connected to the power supply potential via the constant current source 72 and a state where the electrode is connected to the ground potential via the constant current source 74. Change. The output of the Schmitt trigger circuit 68 is connected to the input of the buffer circuit 76. The output of the buffer circuit 76 is connected to the input of the buffer circuit 78. The output of the buffer circuit 78 is connected to the input of the buffer circuit 80 and to the control input of the switch 70. The output of the buffer circuit 80 is connected to the input of the buffer circuit 82. In the CF conversion circuit 64 shown in FIG. 6, the capacitance of the capacitor 66 can be calculated from the frequency of the output voltage of the buffer circuit 82.
上記のように薄膜部24と能動電極28の間の静電容量を検出する際には、能動電極28の電位(以下では能動電位ともいう)が周期的に変動する。この能動電極28における能動電位の変動により発生するノイズに、多層配線層6の信号配線21や半導体素子層4の半導体素子14が曝されると、半導体装置2の動作に悪影響を及ぼす。本実施例の半導体装置2では、能動電極28と、信号配線21および半導体素子14の間を遮るように、接地電極30が配置されている。このような構成とすることによって、能動電極28における能動電位の変動が、信号配線21および半導体素子14の動作に影響を及ぼすことを抑制することができる。また、半導体装置を上から平面視したとき接地電極が能動電極により覆われていない部分を備えているときは、能動電極の漏れ電場が信号配線21および半導体素子14の動作に影響を及ぼすことも抑制できる。 As described above, when detecting the capacitance between the thin film portion 24 and the active electrode 28, the potential of the active electrode 28 (hereinafter also referred to as the active potential) periodically varies. When the signal wiring 21 of the multilayer wiring layer 6 and the semiconductor element 14 of the semiconductor element layer 4 are exposed to noise generated by the fluctuation of the active potential in the active electrode 28, the operation of the semiconductor device 2 is adversely affected. In the semiconductor device 2 of the present embodiment, the ground electrode 30 is disposed so as to shield the active electrode 28 from the signal wiring 21 and the semiconductor element 14. By adopting such a configuration, it is possible to suppress the fluctuation of the active potential in the active electrode 28 from affecting the operations of the signal wiring 21 and the semiconductor element 14. Further, when the ground electrode is provided with a portion that is not covered with the active electrode when the semiconductor device is viewed from above, the leakage electric field of the active electrode may affect the operation of the signal wiring 21 and the semiconductor element 14. Can be suppressed.
上記の半導体装置2では、能動電極28と接地電極30が対向して配置されることになるため、能動電極28と接地電極30の間に寄生容量が生じる。寄生容量はセンサの零点に関係し、寄生容量の大きいセンサは温度変動による零点ドリフトも大きく、精度が低下する。さらに、能動電極28と薄膜部24の間の静電容量の変化分(センサ感度)を精度よく検知するためには、センサ感度/寄生容量を大きくする必要がある。従って、精度よく圧力、力等の物理量を検知するためには、能動電極28と接地電極30の間の寄生容量は、可能な限り小さくすることが好ましい。能動電極28と接地電極30の間の寄生容量を小さくするためには、両者の間の距離を可能な限り離して配置することが好ましい。しかしながら、多層配線層6において、能動電極28と接地電極30の間の絶縁体18の厚さを大きくすると、加工が困難になることや、長い加工時間を要する。また、図30に示すように、能動電極28と接地電極30の間の多層配線層6において導電体20を全て除去し、絶縁体18のみからなる層を配置すると、多層配線層6を設計する際のデンシティルールを満たせず、加工が困難になることや作製時の仕上がり形状に影響を及ぼす。 In the semiconductor device 2 described above, since the active electrode 28 and the ground electrode 30 are disposed to face each other, a parasitic capacitance is generated between the active electrode 28 and the ground electrode 30. Parasitic capacitance is related to the zero point of the sensor, and a sensor with a large parasitic capacitance also has a large zero point drift due to temperature fluctuations, resulting in a decrease in accuracy. Furthermore, in order to accurately detect the change in capacitance (sensor sensitivity) between the active electrode 28 and the thin film portion 24, it is necessary to increase the sensor sensitivity / parasitic capacitance. Therefore, in order to accurately detect physical quantities such as pressure and force, it is preferable that the parasitic capacitance between the active electrode 28 and the ground electrode 30 be as small as possible. In order to reduce the parasitic capacitance between the active electrode 28 and the ground electrode 30, it is preferable to dispose the distance as far as possible. However, if the thickness of the insulator 18 between the active electrode 28 and the ground electrode 30 is increased in the multilayer wiring layer 6, processing becomes difficult and a long processing time is required. Also, as shown in FIG. 30, when the conductor 20 is completely removed from the multilayer wiring layer 6 between the active electrode 28 and the ground electrode 30 and a layer made of only the insulator 18 is disposed, the multilayer wiring layer 6 is designed. It does not meet the density rules, and it makes processing difficult and affects the finished shape at the time of production.
そこで、本実施例の半導体装置2では、能動電極28と接地電極30の間を遮るように、フローティング電極32が配置されている。このような構成とすることによって、多層配線層6のデンシティルールを満たしつつ、能動電極28と接地電極30の間の絶縁体の厚さを厚くしたときと同様に寄生容量を低減することができる。また、フローティング電極32と能動電極28をほぼ同一形状とすることで、フローティング電極32を作製する層に信号配線や電源等の他の機能をもった配線を作製することができ、LSIの設計自由度が向上する。 Therefore, in the semiconductor device 2 of the present embodiment, the floating electrode 32 is disposed so as to block between the active electrode 28 and the ground electrode 30. By adopting such a configuration, the parasitic capacitance can be reduced in the same manner as when the thickness of the insulator between the active electrode 28 and the ground electrode 30 is increased while satisfying the density rule of the multilayer wiring layer 6. . Further, by making the floating electrode 32 and the active electrode 28 have substantially the same shape, wiring having other functions such as signal wiring and power supply can be manufactured in the layer for forming the floating electrode 32, and the LSI design freedom is improved. The degree is improved.
本実施例の半導体装置2では、MEMS構造10が接地電位に維持されている。これによって、外部からのノイズの影響を低減することができる。また、本実施例の半導体装置2では、能動電極28の下方に接地電極30が配置されている。これによって、能動電極28における能動電位の変動が、多層配線層6の信号配線21や半導体素子層4の半導体素子14に与える影響を低減することができる。さらに、本実施例の半導体装置2では、能動電極28と接地電極30の間にフローティング電極32が配置されている。これによって、能動電極28と接地電極30の間の寄生容量を低減することができ、温度変動による零点ドリフトを低減し、センサ感度/寄生容量を大きくすることができる。精度のよいMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。 In the semiconductor device 2 of the present embodiment, the MEMS structure 10 is maintained at the ground potential. As a result, the influence of external noise can be reduced. In the semiconductor device 2 of this embodiment, the ground electrode 30 is disposed below the active electrode 28. As a result, it is possible to reduce the influence of fluctuations in the active potential at the active electrode 28 on the signal wiring 21 in the multilayer wiring layer 6 and the semiconductor element 14 in the semiconductor element layer 4. Further, in the semiconductor device 2 of the present embodiment, the floating electrode 32 is disposed between the active electrode 28 and the ground electrode 30. Thereby, the parasitic capacitance between the active electrode 28 and the ground electrode 30 can be reduced, the zero point drift due to temperature fluctuation can be reduced, and the sensor sensitivity / parasitic capacitance can be increased. A highly accurate MEMS-LSI integrated device can be realized.
(実施例1の変形例)
図1に示す半導体装置2では、フローティング電極32が、半導体装置2を上方から平面視したときに、正方形状に形成された導電体20により構成されている。これとは異なり、例えば図7に示すように、フローティング電極32が、半導体装置2を上方から平面視したときに、平行な縞状に配置された複数の導電体20により構成されていてもよい。あるいは、図8に示すように、フローティング電極32が、半導体装置2を上方から平面視したときに、メッシュ形状に形成された導電体20により構成されていてもよい。あるいは、図9に示すように、フローティング電極32が、半導体装置2を上方から平面視したときに、矩形の島状に配置された複数の導電体20により構成されていてもよい。フローティング電極の面積をデンシティルールを満たす範囲で可能なかぎり小さくすることで絶縁体の面積を可能な限り大きくでき、さらに寄生容量を低減できる。
(Modification of Example 1)
In the semiconductor device 2 shown in FIG. 1, the floating electrode 32 is constituted by the conductor 20 formed in a square shape when the semiconductor device 2 is viewed from above. Unlike this, for example, as shown in FIG. 7, the floating electrode 32 may be composed of a plurality of conductors 20 arranged in parallel stripes when the semiconductor device 2 is viewed from above. . Alternatively, as shown in FIG. 8, the floating electrode 32 may be configured by the conductor 20 formed in a mesh shape when the semiconductor device 2 is viewed from above. Alternatively, as shown in FIG. 9, the floating electrode 32 may be configured by a plurality of conductors 20 arranged in a rectangular island shape when the semiconductor device 2 is viewed from above. By reducing the area of the floating electrode as much as possible within the range satisfying the density rule, the area of the insulator can be increased as much as possible, and the parasitic capacitance can be further reduced.
図1の半導体装置2では、フローティング電極32が、多層配線層6の単一の層に形成された導電体20により構成されている。これとは異なり、例えば図10に示すように、フローティング電極32が、多層配線層6の複数の層に形成された導電体20により構成されていてもよい。フローティング電極32を多層配線層6の複数の層に形成された導電体20により構成することによって、能動電極28と接地電極30の間の絶縁体をさらに厚く作製したときと等価になり、これによって能動電極28と接地電極30の間の寄生容量をさらに低減することができる。このため、さらに精度のよいセンサとすることができる。 In the semiconductor device 2 of FIG. 1, the floating electrode 32 is constituted by the conductor 20 formed in a single layer of the multilayer wiring layer 6. Unlike this, for example, as shown in FIG. 10, the floating electrode 32 may be composed of a conductor 20 formed in a plurality of layers of the multilayer wiring layer 6. By constituting the floating electrode 32 with the conductor 20 formed in a plurality of layers of the multilayer wiring layer 6, it becomes equivalent to the case where the insulator between the active electrode 28 and the ground electrode 30 is made thicker. The parasitic capacitance between the active electrode 28 and the ground electrode 30 can be further reduced. For this reason, it can be set as a more accurate sensor.
(実施例2)
以下では図11を参照しながら、実施例2の半導体装置102について、実施例1の半導体装置2と相違する点について説明する。なお、実施例2の半導体装置102について、実施例1の半導体装置2と共通する点については、詳細な説明を省略する。
(Example 2)
Hereinafter, the difference of the semiconductor device 102 of the second embodiment from the semiconductor device 2 of the first embodiment will be described with reference to FIG. Note that the semiconductor device 102 of the second embodiment will not be described in detail with respect to the points common to the semiconductor device 2 of the first embodiment.
本実施例の半導体装置102では、LSI基板8の多層配線層6の内部において、能動電極28よりも下方であって、フローティング電極32よりも上方の層に、導電体20からなるドリブンシールド電極104が配置されている。ドリブンシールド電極104は、半導体装置102を上方から平面視したときに、フローティング電極32とほぼ同じ大きさの、正方形状に形成されている。ドリブンシールド電極104は、能動電極28と接地電極30の間を遮るように配置されている。ドリブンシールド電極104は、多層配線層6の内部の導電体20からなるドライブ配線27を介して、対応する半導体素子14に電気的に接続されている。 In the semiconductor device 102 of the present embodiment, the driven shield electrode 104 made of the conductor 20 is provided in a layer below the active electrode 28 and above the floating electrode 32 in the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8. Is arranged. The driven shield electrode 104 is formed in a square shape having substantially the same size as the floating electrode 32 when the semiconductor device 102 is viewed from above. The driven shield electrode 104 is disposed so as to shield between the active electrode 28 and the ground electrode 30. The driven shield electrode 104 is electrically connected to the corresponding semiconductor element 14 via the drive wiring 27 made of the conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6.
図12は、能動電極28と、ドリブンシールド電極104と、フローティング電極32と、接地電極30の回路構成を示している。能動電極28には、能動電位が入力される。接地電極30は、接地電位に接続されている。ドリブンシールド電極104は、コンパレータ106の反転入力に接続されている。コンパレータ106の出力は、コンパレータ106の反転入力に接続されている。また、コンパレータ106の非反転入力は、能動電極28に接続されている。このような回路となるように、半導体装置102のLSI基板8は構成されている。 FIG. 12 shows a circuit configuration of the active electrode 28, the driven shield electrode 104, the floating electrode 32, and the ground electrode 30. An active potential is input to the active electrode 28. The ground electrode 30 is connected to the ground potential. The driven shield electrode 104 is connected to the inverting input of the comparator 106. The output of the comparator 106 is connected to the inverting input of the comparator 106. The non-inverting input of the comparator 106 is connected to the active electrode 28. The LSI substrate 8 of the semiconductor device 102 is configured so as to be such a circuit.
図12に示す回路構成において、能動電極28の能動電位が変動すると、コンパレータ106によって、ドリブンシールド電極104の電位は能動電位に追従して変動し、能動電極28とドリブンシールド電極104の間の電位差がほぼゼロに維持される。これにより、能動電極28と他の構成要素(例えば接地電極30)との間の寄生容量が低減される。これにより、MEMS構造10と一体化したときに、温度変動による零点ドリフトを低減し、センサ感度/寄生容量を大きくすることができる。また、フローティング電極32がドリブンシールド電極104と接地電極30の間に配置されているため、ドリブンシールド電極104と接地電極30の間の寄生容量を小さくして、ドリブンシールド電極104のドライブ負荷を小さくすることができる。 In the circuit configuration shown in FIG. 12, when the active potential of the active electrode 28 fluctuates, the potential of the driven shield electrode 104 fluctuates following the active potential by the comparator 106, and the potential difference between the active electrode 28 and the driven shield electrode 104. Is maintained at almost zero. Thereby, the parasitic capacitance between the active electrode 28 and other components (for example, the ground electrode 30) is reduced. Thereby, when integrated with the MEMS structure 10, the zero point drift due to temperature fluctuation can be reduced, and the sensor sensitivity / parasitic capacitance can be increased. In addition, since the floating electrode 32 is disposed between the driven shield electrode 104 and the ground electrode 30, the parasitic capacitance between the driven shield electrode 104 and the ground electrode 30 is reduced, and the drive load of the driven shield electrode 104 is reduced. can do.
(実施例3)
以下では図13、図14を参照しながら、実施例3の半導体装置202について、実施例1の半導体装置2と相違する点について説明する。なお、実施例3の半導体装置202について、実施例1の半導体装置2と共通する点については、詳細な説明を省略する。
(Example 3)
Hereinafter, with reference to FIGS. 13 and 14, the difference between the semiconductor device 202 of the third embodiment and the semiconductor device 2 of the first embodiment will be described. The semiconductor device 202 according to the third embodiment will not be described in detail with respect to the points common to the semiconductor device 2 according to the first embodiment.
半導体装置202では、能動電極204が、LSI基板8の多層配線層6の内部ではなく、多層配線層6の上面に配置されている。能動電極204は、多層配線層6の上面に、LSI完成後に、導電体206を積層して選択的に除去することで形成されている。導電体206は、例えばアルミニウムやチタンや金などの金属からなる。能動電極204は、多層配線層6の上面に形成された導電性材料(例えばアルミニウムやチタンや金などの金属)からなる配線208を介して、多層配線層6の上面に形成されたパッド22に電気的に接続されている。すなわち、能動電極204は、多層配線層6の上部の配線208、パッド22、多層配線層6の内部の能動電位配線23を介して、対応する半導体素子14に電気的に接続される。 In the semiconductor device 202, the active electrode 204 is disposed not on the inside of the multilayer wiring layer 6 of the LSI substrate 8 but on the upper surface of the multilayer wiring layer 6. The active electrode 204 is formed on the upper surface of the multilayer wiring layer 6 by laminating and selectively removing the conductor 206 after the LSI is completed. The conductor 206 is made of a metal such as aluminum, titanium, or gold. The active electrode 204 is connected to the pad 22 formed on the upper surface of the multilayer wiring layer 6 via the wiring 208 made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum, titanium, or gold) formed on the upper surface of the multilayer wiring layer 6. Electrically connected. That is, the active electrode 204 is electrically connected to the corresponding semiconductor element 14 via the wiring 208 on the upper side of the multilayer wiring layer 6, the pad 22, and the active potential wiring 23 inside the multilayer wiring layer 6.
半導体装置202では、フローティング電極32が、多層配線層6の内部において最上部に配置された導電体20により構成されている。また、半導体装置202では、接地電極30がフローティング電極32の直下に配置された導電体20により構成されている。 In the semiconductor device 202, the floating electrode 32 is configured by the conductor 20 disposed at the top in the multilayer wiring layer 6. In the semiconductor device 202, the ground electrode 30 is constituted by the conductor 20 disposed immediately below the floating electrode 32.
本実施例の半導体装置202では、能動電極204と、多層配線層6の信号配線21および半導体素子層4の半導体素子14の間を遮るように、接地電極30が配置されている。このような構成とすることによって、能動電極204における能動電位の変動が、信号配線21および半導体素子14の動作に影響を及ぼすことを防止することができる。 In the semiconductor device 202 of the present embodiment, the ground electrode 30 is disposed so as to shield the active electrode 204 from the signal wiring 21 of the multilayer wiring layer 6 and the semiconductor element 14 of the semiconductor element layer 4. With such a configuration, it is possible to prevent the fluctuation of the active potential in the active electrode 204 from affecting the operation of the signal wiring 21 and the semiconductor element 14.
本実施例の半導体装置202では、能動電極204と接地電極30の間を遮るように、フローティング電極32が配置されている。このような構成とすることによって、多層配線層6のデンシティルールを満たしつつ、能動電極204と接地電極30の間の寄生容量を低減することができる。このため、寄生容量が小さくセンサ精度のよいMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。また、多層配線層6の外部に能動電極204が配置されているため、実施例1,2に比べて、多層配線層6の1層分の導電体20を信号配線21等として活用することができる。さらに、能動電極204をデンシティルール等のデザインルールに左右されずに設計することができる。また、能動電極204の厚みを調整することで、接合部材34および接合部材36の高さを変えずに、薄膜部24と能動電極204の間の距離を調整することができる。センサ感度等を自在に設計することができる。 In the semiconductor device 202 of the present embodiment, the floating electrode 32 is disposed so as to block between the active electrode 204 and the ground electrode 30. With such a configuration, the parasitic capacitance between the active electrode 204 and the ground electrode 30 can be reduced while satisfying the density rule of the multilayer wiring layer 6. Therefore, a MEMS-LSI integrated device with small parasitic capacitance and good sensor accuracy can be realized. Further, since the active electrode 204 is disposed outside the multilayer wiring layer 6, it is possible to use the conductor 20 for one layer of the multilayer wiring layer 6 as the signal wiring 21 or the like as compared with the first and second embodiments. it can. Furthermore, the active electrode 204 can be designed without being influenced by a design rule such as a density rule. Further, by adjusting the thickness of the active electrode 204, the distance between the thin film portion 24 and the active electrode 204 can be adjusted without changing the height of the bonding member 34 and the bonding member 36. Sensor sensitivity and the like can be designed freely.
(実施例3の変形例)
図13、図14に示す半導体装置202では、MEMS基板12が、多層配線層6の導電体20を介さずに接地電位に接続されている。これとは異なり、例えば図15、図16に示すように、MEMS基板12が、多層配線層6の内部に形成された導電体20からなる接地電位配線25と、パッド22と、多層配線層6の上面に形成された導電性材料(例えばアルミニウムやチタンや金などの金属)からなる配線210と、導電性材料(例えば銅や金などの金属やCn−Snといった合金)からなる接合部材34および接合部材36によって、半導体素子層4から提供される接地電位に電気的に接続されるように構成してもよい。このようにすることで、MEMS構造10を外部で接地電位に接続しなくても、MEMS構造10に接地電位を与えることができる。また、LSI基板8とMEMS基板12の接地電位のレベルが近くなるため、より安定したセンシングを実現することができる。より性能のよいMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。
(Modification of Example 3)
In the semiconductor device 202 shown in FIGS. 13 and 14, the MEMS substrate 12 is connected to the ground potential without passing through the conductor 20 of the multilayer wiring layer 6. Unlike this, for example, as shown in FIGS. 15 and 16, the MEMS substrate 12 includes a ground potential wiring 25 made of a conductor 20 formed in the multilayer wiring layer 6, a pad 22, and the multilayer wiring layer 6. A wiring 210 made of a conductive material (for example, a metal such as aluminum, titanium, or gold) and a bonding member 34 made of a conductive material (for example, a metal such as copper or gold or an alloy such as Cn—Sn); The bonding member 36 may be configured to be electrically connected to the ground potential provided from the semiconductor element layer 4. By doing so, the ground potential can be applied to the MEMS structure 10 without connecting the MEMS structure 10 to the ground potential externally. Further, since the ground potential levels of the LSI substrate 8 and the MEMS substrate 12 are close to each other, more stable sensing can be realized. A MEMS-LSI integrated device with better performance can be realized.
図15、図16に示す半導体装置202では、能動電極204および配線208、210が、多層配線層6の上面に直接的に積層して形成されている。これとは異なり、例えば図17に示すように、多層配線層6の上面に、別の絶縁層212を積層しておいて、その絶縁層212の上面に能動電極204および配線208、210を積層してもよい。絶縁層212は、例えば酸化シリコンである。絶縁層212は、多層配線層6の上面において、パッド22が形成されていない箇所に積層されている。絶縁層212の成膜にはLSI基板8の反りや製造プロセス上膜厚に限りはあるものの、このような構成とすることによって、能動電極204と接地電極30の間をより離すことができ、フローティング電極32の効果と併せて、能動電極204と接地電極30の間の寄生容量をさらに低減させることができる。このため、より寄生容量が小さく、温度特性等が良好な、精度に優れたMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。 In the semiconductor device 202 shown in FIGS. 15 and 16, the active electrode 204 and the wirings 208 and 210 are directly laminated on the upper surface of the multilayer wiring layer 6. Unlike this, for example, as shown in FIG. 17, another insulating layer 212 is laminated on the upper surface of the multilayer wiring layer 6, and the active electrode 204 and the wirings 208 and 210 are laminated on the upper surface of the insulating layer 212. May be. The insulating layer 212 is, for example, silicon oxide. The insulating layer 212 is laminated on the upper surface of the multilayer wiring layer 6 at a location where the pad 22 is not formed. Although the film thickness of the insulating layer 212 is limited by the warp of the LSI substrate 8 and the film thickness due to the manufacturing process, the active electrode 204 and the ground electrode 30 can be further separated by such a configuration. In combination with the effect of the floating electrode 32, the parasitic capacitance between the active electrode 204 and the ground electrode 30 can be further reduced. For this reason, it is possible to realize a MEMS-LSI integrated device with a smaller parasitic capacitance, better temperature characteristics, etc., and excellent accuracy.
(実施例4)
以下では図18、図19および図20を参照しながら、実施例4の半導体装置302について、実施例1の半導体装置2と相違する点について説明する。なお、実施例4の半導体装置302について、実施例1の半導体装置2と共通する点については、詳細な説明を省略する。
Example 4
Hereinafter, the difference of the semiconductor device 302 of the fourth embodiment from the semiconductor device 2 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device 302 according to the fourth embodiment will not be described in detail with respect to the points common to the semiconductor device 2 according to the first embodiment.
本実施例の半導体装置302では、MEMS基板12のMEMS構造10が、可動容易な薄膜部24からなる可動電極部と、可動困難な参照電極部29により構成されている。また、本実施例の半導体装置302では、多層配線層6の内部に単一の能動電極を形成する代わりに、薄膜部24に対向するように配置される第1能動電極304と、参照電極部29に対向するように配置される第2能動電極306が形成されている。第1能動電極304と第2能動電極306は、いずれも多層配線層6の内部の最上部に形成されている導電体20から構成されており、互いに分離して配置されている。また、本実施例の半導体装置302では、多層配線層6の内部に単一のフローティング電極を形成する代わりに、第1能動電極304と接地電極30の間を遮るように配置される第1フローティング電極308と、第2能動電極306と接地電極30の間を遮るように配置される第2フローティング電極310が形成されている。第1フローティング電極308と第2フローティング電極310は、いずれも多層配線層6の内部で同じ層に形成されている導電体20から構成されており、互いに分離して配置されている。 In the semiconductor device 302 of the present embodiment, the MEMS structure 10 of the MEMS substrate 12 is composed of a movable electrode portion composed of a thin film portion 24 that is easily movable and a reference electrode portion 29 that is difficult to move. Further, in the semiconductor device 302 of this embodiment, instead of forming a single active electrode inside the multilayer wiring layer 6, a first active electrode 304 disposed so as to face the thin film portion 24, and a reference electrode portion A second active electrode 306 is formed so as to be opposed to 29. The first active electrode 304 and the second active electrode 306 are both composed of the conductor 20 formed on the uppermost part inside the multilayer wiring layer 6 and are arranged separately from each other. Further, in the semiconductor device 302 of the present embodiment, instead of forming a single floating electrode inside the multilayer wiring layer 6, the first floating electrode is arranged so as to block between the first active electrode 304 and the ground electrode 30. An electrode 308 and a second floating electrode 310 disposed so as to block between the second active electrode 306 and the ground electrode 30 are formed. Both the first floating electrode 308 and the second floating electrode 310 are composed of the conductor 20 formed in the same layer inside the multilayer wiring layer 6 and are arranged separately from each other.
本実施例の半導体装置302では、薄膜部24と第1能動電極304の間で検出される静電容量から、参照電極部29と第2能動電極306の間で検出される静電容量を差し引くことで、それぞれの寄生容量が相殺されて、薄膜部24の変形に起因する薄膜部24と第1能動電極304の間の静電容量の変化量のみを抽出しやすくなる。また、温度変動による基板の反り等によって、第1能動電極304と接地電極30の間の寄生容量と第2能動電極306と接地電極30の間の寄生容量に差が生じても、第1フローティング電極308と第2フローティング電極310によってそれぞれの寄生容量が小さくなっているので、両者の寄生容量の差を小さくすることができ、影響を小さくすることができる。 In the semiconductor device 302 of this embodiment, the capacitance detected between the reference electrode portion 29 and the second active electrode 306 is subtracted from the capacitance detected between the thin film portion 24 and the first active electrode 304. As a result, the parasitic capacitances are canceled out, and it becomes easy to extract only the amount of change in capacitance between the thin film portion 24 and the first active electrode 304 due to the deformation of the thin film portion 24. Further, even if a difference occurs in the parasitic capacitance between the first active electrode 304 and the ground electrode 30 and the parasitic capacitance between the second active electrode 306 and the ground electrode 30 due to the warpage of the substrate due to temperature variation, etc., the first floating Since the respective parasitic capacitances are reduced by the electrode 308 and the second floating electrode 310, the difference between the parasitic capacitances can be reduced and the influence can be reduced.
上記のように第1能動電極304と第2能動電極306をそれぞれ配置する構成では、仮に接地電極30との間に配置するフローティング電極を単一のものとすると、フローティング電極を介して第1能動電極304と第2能動電極306の間でクロストークが発生する。そこで、本実施例の半導体装置302では、第1能動電極304に対応する第1フローティング電極308と、第2能動電極306に対応する第2フローティング電極310を、それぞれ別個に配置している。このような構成とすることによって、フローティング電極を介して第1能動電極304と第2能動電極306の間でクロストークが発生することを抑制することができる。また、本実施例の半導体装置302では、MEMS構造10に参照電極部29を形成し、可動電極部である薄膜部24に関して検出される静電容量から参照電極部29に関して検出される静電容量を差し引くことで、静電容量の変化量を主に検出することができる。また、LSI基板8の反り等によって静電容量差が発生しても、第1フローティング電極308と第2フローティング電極310によってそれぞれの寄生容量が小さくなっているので、両者の寄生容量の差を小さくすることができ、影響を小さくすることができる。さらに、多層配線層6の内部でフローティング電極を第1フローティング電極308と第2フローティング電極310に分割することで、クロストークの発生を抑制することができる。以上から、より精度の良いMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。 In the configuration in which the first active electrode 304 and the second active electrode 306 are respectively disposed as described above, if the floating electrode disposed between the ground electrode 30 is a single one, the first active electrode is interposed via the floating electrode. Crosstalk occurs between the electrode 304 and the second active electrode 306. Therefore, in the semiconductor device 302 of this embodiment, the first floating electrode 308 corresponding to the first active electrode 304 and the second floating electrode 310 corresponding to the second active electrode 306 are separately arranged. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk between the first active electrode 304 and the second active electrode 306 via the floating electrode. Further, in the semiconductor device 302 of this embodiment, the reference electrode unit 29 is formed in the MEMS structure 10, and the capacitance detected with respect to the reference electrode unit 29 from the capacitance detected with respect to the thin film unit 24 that is the movable electrode unit. The amount of change in capacitance can be mainly detected by subtracting. Even if a capacitance difference occurs due to warpage of the LSI substrate 8 or the like, the parasitic capacitance is reduced by the first floating electrode 308 and the second floating electrode 310, so that the difference in parasitic capacitance between the two is reduced. And the influence can be reduced. Furthermore, by dividing the floating electrode into the first floating electrode 308 and the second floating electrode 310 inside the multilayer wiring layer 6, the occurrence of crosstalk can be suppressed. As described above, a more accurate MEMS-LSI integrated device can be realized.
(実施例5)
以下では図21、図22、図23および図24を参照しながら、実施例5の半導体装置402について、実施例1の半導体装置2と相違する点について説明する。なお、実施例5の半導体装置402について、実施例1の半導体装置2と共通する点については、詳細な説明を省略する。
(Example 5)
Hereinafter, the difference of the semiconductor device 402 of the fifth embodiment from the semiconductor device 2 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor device 402 according to the fifth embodiment will not be described in detail with respect to the points common to the semiconductor device 2 according to the first embodiment.
本実施例の半導体装置402では、MEMS基板12が、導電性のシリコンからなる第1導電層404と、絶縁性の酸化シリコンからなる絶縁層406と、導電性のシリコンからなる第2導電層408が順に積層された、SOI(Silicon on Insulator)基板から構成されている。MEMS基板12には、以下に説明するようなMEMS構造10が形成されている。 In the semiconductor device 402 of this embodiment, the MEMS substrate 12 includes a first conductive layer 404 made of conductive silicon, an insulating layer 406 made of insulating silicon oxide, and a second conductive layer 408 made of conductive silicon. Are stacked in order from an SOI (Silicon on Insulator) substrate. A MEMS structure 10 as described below is formed on the MEMS substrate 12.
第1導電層404には、突起部410と、薄膜部412と、支持部414が形成されている。半導体装置402を上方から平面視したときに、突起部410は正方形状に形成されており、薄膜部412は突起部410を囲う正方形の枠形状に形成されており、支持部414は薄膜部412を囲う正方形の枠形状に形成されている。突起部410、薄膜部412および支持部414は、第1導電層404を上面(図21の上方の面)から選択的に除去することによって形成されている。突起部410、薄膜部412および支持部414は、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持される。支持部414は接地電位に接続されている。従って、突起部410、薄膜部412および支持部414は、いずれも接地電位に維持される。 The first conductive layer 404 is provided with a protrusion 410, a thin film portion 412, and a support portion 414. When the semiconductor device 402 is viewed from above, the protrusion 410 is formed in a square shape, the thin film portion 412 is formed in a square frame shape surrounding the protrusion 410, and the support portion 414 is the thin film portion 412. Is formed in a square frame shape. The protruding portion 410, the thin film portion 412 and the supporting portion 414 are formed by selectively removing the first conductive layer 404 from the upper surface (the upper surface in FIG. 21). The protruding portion 410, the thin film portion 412 and the support portion 414 are integrally formed without a joint, and are maintained at the same potential. The support part 414 is connected to the ground potential. Therefore, all of the protrusion 410, the thin film 412 and the support 414 are maintained at the ground potential.
図23に示すように、第2導電層408には、可動板416と、4つのシーソー電極418、420、422、424と、支持部426が形成されている。図21に示すように、可動板416は、絶縁層406を介して、第1導電層404の突起部410に固定されている。シーソー電極418、420、422、424は、第2導電層408との間の絶縁層406が除去されており、後述するねじり梁418b、418c、420b、420c、422b、422c、424b、424cを回転軸として回転可能である。支持部426は、絶縁層406を介して、第1導電層404の支持部414に固定されている。 As shown in FIG. 23, the movable plate 416, four seesaw electrodes 418, 420, 422, and 424, and a support portion 426 are formed on the second conductive layer 408. As shown in FIG. 21, the movable plate 416 is fixed to the protruding portion 410 of the first conductive layer 404 via the insulating layer 406. The seesaw electrodes 418, 420, 422, 424 have the insulating layer 406 between the second conductive layers 408 removed, and rotate torsion beams 418b, 418c, 420b, 420c, 422b, 422c, 424b, 424c, which will be described later. It can rotate as an axis. The support part 426 is fixed to the support part 414 of the first conductive layer 404 via the insulating layer 406.
図23に示すように、シーソー電極418とシーソー電極420は、X方向(図23の左右方向)に関して、可動板416を間に挟むように配置されている。シーソー電極418と可動板416は、X方向に沿う支持梁418aによって連結されている。シーソー電極418は、Y方向(図23の上下方向)に沿う2つのねじり梁418b、418cを介して、支持部426に連結されている。2つのねじり梁418b、418cは、Y方向に関して、シーソー電極418を挟むように配置されている。シーソー電極420と可動板416は、X方向に沿う支持梁420aによって連結されている。シーソー電極420は、Y方向に沿う2つのねじり梁420b、420cを介して、支持部426に連結されている。2つのねじり梁420b、420cは、Y方向に関して、シーソー電極420を挟むように配置されている。 As shown in FIG. 23, the seesaw electrode 418 and the seesaw electrode 420 are disposed so as to sandwich the movable plate 416 in the X direction (left-right direction in FIG. 23). The seesaw electrode 418 and the movable plate 416 are connected by a support beam 418a along the X direction. The seesaw electrode 418 is coupled to the support portion 426 via two torsion beams 418b and 418c along the Y direction (the vertical direction in FIG. 23). The two torsion beams 418b and 418c are arranged so as to sandwich the seesaw electrode 418 in the Y direction. The seesaw electrode 420 and the movable plate 416 are connected by a support beam 420a along the X direction. The seesaw electrode 420 is connected to the support portion 426 via two torsion beams 420b and 420c along the Y direction. The two torsion beams 420b and 420c are arranged so as to sandwich the seesaw electrode 420 in the Y direction.
シーソー電極422とシーソー電極424は、Y方向に関して、可動板416を間に挟むように配置されている。シーソー電極422と可動板416は、Y方向に沿う支持梁422aによって連結されている。シーソー電極422は、X方向に沿う2つのねじり梁422b、422cを介して、支持部426に連結されている。2つのねじり梁422b、422cは、X方向に関して、シーソー電極422を挟むように配置されている。シーソー電極424と可動板416は、Y方向に沿う支持梁424aによって連結されている。シーソー電極424は、X方向に沿う2つのねじり梁424b、424cを介して、支持部426に連結されている。2つのねじり梁424b、424cは、X方向に関して、シーソー電極424を挟むように配置されている。 The seesaw electrode 422 and the seesaw electrode 424 are disposed so as to sandwich the movable plate 416 in the Y direction. The seesaw electrode 422 and the movable plate 416 are connected by a support beam 422a along the Y direction. The seesaw electrode 422 is connected to the support portion 426 via two torsion beams 422b and 422c along the X direction. The two torsion beams 422b and 422c are arranged so as to sandwich the seesaw electrode 422 in the X direction. The seesaw electrode 424 and the movable plate 416 are connected by a support beam 424a along the Y direction. The seesaw electrode 424 is connected to the support portion 426 via two torsion beams 424b and 424c along the X direction. The two torsion beams 424b and 424c are arranged so as to sandwich the seesaw electrode 424 in the X direction.
可動板416と、シーソー電極418、420、422、424と、支持部426と、支持梁418a、420a、422a、424aと、ねじり梁418b、418c、420b、420c、422b、422c、424b、424cは、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持される。また、支持部426は、絶縁層406を貫通する貫通電極428を介して、第1導電層404の支持部414と電気的に接続されている。このため、可動板416と、シーソー電極418、420、422、424と、支持部426と、支持梁418a、420a、422a、424aと、ねじり梁418b、418c、420b、420c、422b、422c、424b、424cは、いずれも接地電位に維持される。 The movable plate 416, the seesaw electrodes 418, 420, 422, 424, the support portion 426, the support beams 418a, 420a, 422a, 424a, the torsion beams 418b, 418c, 420b, 420c, 422b, 422c, 424b, 424c are , Are integrally formed without a seam and maintained at the same potential. In addition, the support portion 426 is electrically connected to the support portion 414 of the first conductive layer 404 through a through electrode 428 that penetrates the insulating layer 406. Therefore, the movable plate 416, the seesaw electrodes 418, 420, 422, 424, the support portion 426, the support beams 418a, 420a, 422a, 424a, the torsion beams 418b, 418c, 420b, 420c, 422b, 422c, 424b. All of 424c are maintained at the ground potential.
本実施例の半導体装置402では、シーソー電極418、420は、Y軸周りに傾動し、シーソー電極422、424は、X軸周りに傾動する。また、可動板416は、突起部410の下面(図21の下方の面)の変位および傾動に追従して変位および傾動する。可動板416とシーソー電極418、420、422、424は、支持梁418a、420a、422a、424aで連結されているので、可動板416の変位または傾動に応じて、シーソー電極418、420、422、424が傾動する。 In the semiconductor device 402 of this embodiment, the seesaw electrodes 418 and 420 tilt around the Y axis, and the seesaw electrodes 422 and 424 tilt around the X axis. Further, the movable plate 416 is displaced and tilted following the displacement and tilt of the lower surface (the lower surface in FIG. 21) of the protrusion 410. Since the movable plate 416 and the seesaw electrodes 418, 420, 422, 424 are connected by the support beams 418a, 420a, 422a, 424a, the seesaw electrodes 418, 420, 422, 424 tilts.
例えば図25に示すように、突起部410の上面(図25の上方の面)にZ方向(図25の上下方向)の力Fzが作用すると、可動板416はZ方向に変位する。これに応じて、シーソー電極418はY軸周りに正の方向に傾動し、シーソー電極420はY軸周りに負の方向に傾動する。同様に、シーソー電極422はX軸周りに正の方向に傾動し、シーソー電極424はX軸周りに負の方向に傾動する。 For example, as shown in FIG. 25, when a force Fz in the Z direction (vertical direction in FIG. 25) acts on the upper surface (upper surface in FIG. 25) of the protrusion 410, the movable plate 416 is displaced in the Z direction. Accordingly, the seesaw electrode 418 tilts in the positive direction around the Y axis, and the seesaw electrode 420 tilts in the negative direction around the Y axis. Similarly, the seesaw electrode 422 tilts in the positive direction around the X axis, and the seesaw electrode 424 tilts in the negative direction around the X axis.
また、例えば図26に示すように、突起部410の上面(図26の上方の面)にX方向の力Fxが作用すると、可動板416はY軸周りに正の方向に傾動する。これに応じて、シーソー電極418はY軸周りに負の方向に傾動し、シーソー電極420はY軸周りに負の方向に傾動する。この場合、シーソー電極422、424は傾動しない。 For example, as shown in FIG. 26, when the force Fx in the X direction acts on the upper surface of the protrusion 410 (the upper surface in FIG. 26), the movable plate 416 tilts in the positive direction around the Y axis. Accordingly, the seesaw electrode 418 tilts in the negative direction around the Y axis, and the seesaw electrode 420 tilts in the negative direction around the Y axis. In this case, the seesaw electrodes 422 and 424 do not tilt.
上記のように、本実施例の半導体装置402では、突起部410の上面に作用する力の方向に応じて、シーソー電極418、420、422、424の傾動の態様が変化する。従って、シーソー電極418、420、422、424の傾動をそれぞれ検出し、それらの検出量を組み合わせることによって、突起部410の上面に作用するX、YおよびZ軸方向の力をそれぞれ検出することができる。 As described above, in the semiconductor device 402 of the present embodiment, the manner of tilting of the seesaw electrodes 418, 420, 422, 424 changes according to the direction of the force acting on the upper surface of the protrusion 410. Therefore, by detecting the tilts of the seesaw electrodes 418, 420, 422, and 424 and combining the detected amounts, the forces in the X, Y, and Z axis directions acting on the upper surface of the protrusion 410 can be detected. it can.
本実施例の半導体装置402では、多層配線層6の内部の最上部の導電体20に、シーソー電極418に対応して、第1能動電極430aと第2能動電極430bが形成されている。第1能動電極430aは、シーソー電極418の一方の端部(図21の左側の端部)に対向して配置されている。第2能動電極430bは、シーソー電極418の他法の端部(図21の右側の端部)に対向して配置されている。第1能動電極430aとシーソー電極418の間の静電容量から、第2能動電極430bとシーソー電極418の間の静電容量を差し引くことで、シーソー電極418の傾動を差動容量検知により検出することができる。また、第1能動電極430aと接地電極30の間には、第1フローティング電極432aが配置されており、第2能動電極430bと接地電極30の間には、第2フローティング電極432bが配置されている。これにより、第1能動電極430aと接地電極30の間の寄生容量、および第2能動電極430bと接地電極30の間の寄生容量を低減することができる。 In the semiconductor device 402 of the present embodiment, a first active electrode 430 a and a second active electrode 430 b are formed on the uppermost conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6 corresponding to the seesaw electrode 418. The first active electrode 430a is disposed to face one end (the left end in FIG. 21) of the seesaw electrode 418. The second active electrode 430b is disposed to face the other end of the seesaw electrode 418 (the right end in FIG. 21). By subtracting the capacitance between the second active electrode 430b and the seesaw electrode 418 from the capacitance between the first active electrode 430a and the seesaw electrode 418, the tilt of the seesaw electrode 418 is detected by differential capacitance detection. be able to. In addition, a first floating electrode 432a is disposed between the first active electrode 430a and the ground electrode 30, and a second floating electrode 432b is disposed between the second active electrode 430b and the ground electrode 30. Yes. Thereby, the parasitic capacitance between the first active electrode 430a and the ground electrode 30 and the parasitic capacitance between the second active electrode 430b and the ground electrode 30 can be reduced.
同様に、本実施例の半導体装置402では、多層配線層6の内部の最上部の導電体20に、シーソー電極420に対応して、第1能動電極434aと第2能動電極434bが配置されている。さらに、第1能動電極434aと第2能動電極434bに対応して、第1フローティング電極436aと第2フローティング電極436bが配置されている。同様に、図24に示すように、多層配線層6の内部の最上部の導電体20に、シーソー電極422に対応して、第1能動電極438aと第2能動電極438bが配置されている。さらに、第1能動電極438aと第2能動電極438bに対応して、第1フローティング電極440aと第2フローティング電極440bが配置されている。さらに、多層配線層6の内部の最上部の導電体20に、シーソー電極424に対応して、第1能動電極442aと第2能動電極442bが配置されている。さらに、第1能動電極442aと第2能動電極442bに対応して、第1フローティング電極444aと第2フローティング電極444bが配置されている。このような構成とすることによって、シーソー電極420、422、424の傾動をそれぞれ差動容量検知により検出することができるとともに、それぞれの第1能動電極と接地電極30の間の寄生容量、およびそれぞれの第2能動電極と接地電極30の間の寄生容量を低減することができる。 Similarly, in the semiconductor device 402 of the present embodiment, the first active electrode 434 a and the second active electrode 434 b are disposed on the uppermost conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6 corresponding to the seesaw electrode 420. Yes. Further, a first floating electrode 436a and a second floating electrode 436b are arranged corresponding to the first active electrode 434a and the second active electrode 434b. Similarly, as shown in FIG. 24, a first active electrode 438 a and a second active electrode 438 b are arranged on the uppermost conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6 corresponding to the seesaw electrode 422. Further, a first floating electrode 440a and a second floating electrode 440b are arranged corresponding to the first active electrode 438a and the second active electrode 438b. Further, a first active electrode 442 a and a second active electrode 442 b are arranged on the uppermost conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6 corresponding to the seesaw electrode 424. Further, a first floating electrode 444a and a second floating electrode 444b are arranged corresponding to the first active electrode 442a and the second active electrode 442b. By adopting such a configuration, the tilt of the seesaw electrodes 420, 422, and 424 can be detected by differential capacitance detection, the parasitic capacitance between each first active electrode and the ground electrode 30, and each The parasitic capacitance between the second active electrode and the ground electrode 30 can be reduced.
本実施例の半導体装置402では、それぞれのシーソー電極418、420、422、424に関して、対応する第1能動電極430a、434a、438a、442aと第2能動電極430b、434b、438b、442bとの間でのそれぞれの静電容量を差し引くことで、差動容量検知をすることができる。この際、それぞれの寄生容量成分が差し引かれて、差動容量変化のみを抽出しやすくなる。センサ感度/寄生容量を大きくすることができる。また、温度変動などの要因で、LSI基板8に反りが生じることで、第1能動電極430a、434a、438a、442aと第2能動電極430b、434b、438b、442bに寄生容量差が発生しても、第1フローティング電極432a、436a、440a、444aと第2フローティング電極432b、436b、440b、444bによって寄生容量が小さくされているので、発生する寄生容量差を小さくすることができる。このため、零点変動が小さく、精度の良いMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。 In the semiconductor device 402 of the present embodiment, for each seesaw electrode 418, 420, 422, 424, between the corresponding first active electrode 430a, 434a, 438a, 442a and the second active electrode 430b, 434b, 438b, 442b. The differential capacitance can be detected by subtracting the respective capacitances at. At this time, each parasitic capacitance component is subtracted, and it becomes easy to extract only the differential capacitance change. Sensor sensitivity / parasitic capacitance can be increased. Further, warping of the LSI substrate 8 due to factors such as temperature fluctuations causes a parasitic capacitance difference between the first active electrodes 430a, 434a, 438a, 442a and the second active electrodes 430b, 434b, 438b, 442b. In addition, since the parasitic capacitance is reduced by the first floating electrodes 432a, 436a, 440a, and 444a and the second floating electrodes 432b, 436b, 440b, and 444b, the generated parasitic capacitance difference can be reduced. For this reason, a zero-point variation is small and a highly accurate MEMS-LSI integrated device can be realized.
また、本実施例の半導体装置402では、第1能動電極430a、434a、438a、442aと第2能動電極430b、434b、438b、442bのそれぞれに対応して、互いに分離して配置された第1フローティング電極432a、436a、440a、444aと第2フローティング電極432b、436b、440b、444bを備えている。これによって、第1能動電極430a、434a、438a、442aと第2能動電極430b、434b、438b、442bの間で、フローティング電極を介してクロストークが発生することを防ぐことができる。 Further, in the semiconductor device 402 of the present embodiment, the first active electrodes 430a, 434a, 438a, 442a and the first active electrodes 430b, 434b, 438b, 442b are respectively disposed separately from each other. Floating electrodes 432a, 436a, 440a, 444a and second floating electrodes 432b, 436b, 440b, 444b are provided. Accordingly, it is possible to prevent crosstalk from occurring between the first active electrodes 430a, 434a, 438a, and 442a and the second active electrodes 430b, 434b, 438b, and 442b via the floating electrodes.
なお、図21に示すように、本実施例の半導体装置402では、多層配線層6において可動板416に対向する箇所には能動電極やフローティング電極が形成されておらず、代わりに、多層配線層6の最上部まで接地電位に維持された導電体20が配置されている。このような構成とすることによって、それぞれのシーソー電極418、420、422、424に対応する第1能動電極と第2能動電極の間でのクロストークの発生を抑制することができる。また、可動板416も接地電位のため、可動板416とLSI基板8の間に静電容量が発生しない。このため、可動板416の動作の影響が小さい。さらに、フローティング電極と能動電極をほぼ同一形状とすることで、フローティング電極を作製する層に電源等の他の機能をもった信号配線21を作製することができ、LSIの設計自由度が向上する。 As shown in FIG. 21, in the semiconductor device 402 of the present embodiment, no active electrode or floating electrode is formed at a position facing the movable plate 416 in the multilayer wiring layer 6; instead, the multilayer wiring layer 6 A conductor 20 maintained at the ground potential up to the top of 6 is disposed. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk between the first active electrode and the second active electrode corresponding to the seesaw electrodes 418, 420, 422, and 424. Further, since the movable plate 416 is also at ground potential, no capacitance is generated between the movable plate 416 and the LSI substrate 8. For this reason, the influence of the operation of the movable plate 416 is small. Furthermore, by making the floating electrode and the active electrode substantially the same shape, the signal wiring 21 having other functions such as a power source can be produced in the layer for producing the floating electrode, and the design flexibility of the LSI is improved. .
(実施例6)
以下では図27、図28および図29を参照しながら、実施例6の半導体装置502について、実施例1の半導体装置2と相違する点について説明する。なお、実施例6の半導体装置502について、実施例1の半導体装置2と共通する点については、詳細な説明を省略する。
(Example 6)
Hereinafter, the difference of the semiconductor device 502 of the sixth embodiment from the semiconductor device 2 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 27, 28, and 29. Note that the semiconductor device 502 of the sixth embodiment will not be described in detail with respect to the points common to the semiconductor device 2 of the first embodiment.
本実施例の半導体装置502では、MEMS基板12のMEMS構造10が、傾動板504と、支持部506を備えている。図28に示すように、傾動板504は、半導体装置502を上方から平面視したときに、正方形状に形成されている。傾動板504は、Y方向(図28の上下方向)に伸びるねじり梁508a、508bを介して、支持部506に連結されている。傾動板504、支持部506およびねじり梁508は、MEMS基板12を上面(図27の上方の面)から選択的に除去することによって形成されている。傾動板504、支持部506およびねじり梁508a、508bは、継ぎ目なく一体的に形成されており、同電位に維持される。図27に示すように、支持部506は接地電位に接続されている。このため、傾動板504、支持部506およびねじり梁508a、508bは、いずれも接地電位に維持される。 In the semiconductor device 502 of this embodiment, the MEMS structure 10 of the MEMS substrate 12 includes a tilting plate 504 and a support portion 506. As shown in FIG. 28, the tilting plate 504 is formed in a square shape when the semiconductor device 502 is viewed from above. The tilting plate 504 is connected to the support portion 506 via torsion beams 508a and 508b extending in the Y direction (vertical direction in FIG. 28). The tilting plate 504, the support portion 506, and the torsion beam 508 are formed by selectively removing the MEMS substrate 12 from the upper surface (the upper surface in FIG. 27). The tilting plate 504, the support portion 506, and the torsion beams 508a and 508b are integrally formed without a joint, and are maintained at the same potential. As shown in FIG. 27, the support portion 506 is connected to the ground potential. For this reason, all of the tilting plate 504, the support portion 506, and the torsion beams 508a and 508b are maintained at the ground potential.
本実施例の半導体装置502では、多層配線層6の内部の最上部の導電体20に、傾動板504に対応して、第1能動電極510aと第2能動電極510bが形成されている。第1能動電極510aは、傾動板504の一方の端部(図27の左側の端部)に対向して配置されている。第2能動電極510bは、傾動板504の他方の端部(図27の右側の端部)に対向して配置されている。本実施例の半導体装置502では、第1能動電極510aに電圧を印加することによって、傾動板504の一方の端部と第1能動電極510aの間に静電引力を作用させることができる。また、第2能動電極510bに電圧を印加することによって、傾動板504の他方の端部と第2能動電極510bの間に静電引力を作用させることができる。すなわち、本実施例の半導体装置502は、第1能動電極510aと第2能動電極510bに印加する電圧をそれぞれ制御することによって、傾動板504の傾動を制御することができる。 In the semiconductor device 502 of the present embodiment, the first active electrode 510 a and the second active electrode 510 b are formed on the uppermost conductor 20 inside the multilayer wiring layer 6 corresponding to the tilting plate 504. The first active electrode 510a is disposed to face one end of the tilt plate 504 (the left end in FIG. 27). The second active electrode 510b is disposed to face the other end of the tilt plate 504 (the right end in FIG. 27). In the semiconductor device 502 of this embodiment, an electrostatic attractive force can be applied between one end of the tilt plate 504 and the first active electrode 510a by applying a voltage to the first active electrode 510a. Further, by applying a voltage to the second active electrode 510b, an electrostatic attractive force can be applied between the other end of the tilting plate 504 and the second active electrode 510b. In other words, the semiconductor device 502 of this embodiment can control the tilt of the tilt plate 504 by controlling the voltages applied to the first active electrode 510a and the second active electrode 510b, respectively.
本実施例の半導体装置502は、接地電極30を備えているため、第1能動電極510aおよび第2能動電極510bと、信号配線21および半導体素子14の間でのクロストークの発生を防止し、内部ノイズの影響を低減することができる。また、本実施例の半導体装置502では、MEMS構造10が接地電位に維持されるため、LSI基板8への外部ノイズの影響を低減することができる。また、第1能動電極510aに対応して第1フローティング電極512aが配置されており、第2能動電極510bに対応して第2フローティング電極512bが配置されている。このような構成とすることによって、第1能動電極510aと接地電極30の間の寄生容量と、第2能動電極510bと接地電極30の寄生容量を、それぞれ低減させることができる。このため、第1能動電極510aおよび第2能動電極510bのドライブ負荷を小さくすることができる。また、第1フローティング電極512aと第2フローティング電極512bが別個に配置されている。このような構成とすることによって、フローティング電極を介して第1能動電極510aと第2能動電極510bの間でクロストークが発生することを防ぐことができる。以上のように、ドライブ負荷が小さく、クロストークが抑制され、安定した動作が可能なMEMS−LSI一体化デバイスを実現することができる。 Since the semiconductor device 502 of the present embodiment includes the ground electrode 30, the occurrence of crosstalk between the first active electrode 510a and the second active electrode 510b, the signal wiring 21 and the semiconductor element 14 is prevented, The influence of internal noise can be reduced. Further, in the semiconductor device 502 of the present embodiment, since the MEMS structure 10 is maintained at the ground potential, the influence of external noise on the LSI substrate 8 can be reduced. A first floating electrode 512a is disposed corresponding to the first active electrode 510a, and a second floating electrode 512b is disposed corresponding to the second active electrode 510b. With this configuration, the parasitic capacitance between the first active electrode 510a and the ground electrode 30 and the parasitic capacitance between the second active electrode 510b and the ground electrode 30 can be reduced. For this reason, the drive load of the 1st active electrode 510a and the 2nd active electrode 510b can be made small. Further, the first floating electrode 512a and the second floating electrode 512b are separately arranged. With such a configuration, it is possible to prevent crosstalk from occurring between the first active electrode 510a and the second active electrode 510b via the floating electrode. As described above, it is possible to realize a MEMS-LSI integrated device that has a small drive load, suppresses crosstalk, and is capable of stable operation.
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2 :半導体装置
4 :半導体素子層
6 :多層配線層
8 :LSI基板
10 :MEMS構造
12 :MEMS基板
14 :半導体素子
16 :貫通電極
18 :絶縁体
20 :導電体
21 :信号配線
22 :パッド
23 :能動電位配線
24 :薄膜部
25 :接地電位配線
26 :支持部
27 :ドライブ配線
28 :能動電極
29 :参照電極部
30 :接地電極
32 :フローティング電極
34 :接合部材
36 :接合部材
38 :CV変換回路
40 :キャパシタ
42 :スイッチ
44 :スイッチ
46 :抵抗器
48 :オペアンプ
50 :スイッチ
52 :キャパシタ
54 :CF変換回路
56 :キャパシタ
58 :シュミットトリガ回路
60 :バッファ回路
62 :抵抗器
64 :CF変換回路
66 :キャパシタ
68 :シュミットトリガ回路
70 :スイッチ
72 :定電流源
74 :定電流源
76 :バッファ回路
78 :バッファ回路
80 :バッファ回路
82 :バッファ回路
102 :半導体装置
104 :ドリブンシールド電極
106 :コンパレータ
202 :半導体装置
204 :能動電極
206 :導電体
208 :配線
210 :配線
212 :絶縁層
302 :半導体装置
304 :第1能動電極
306 :第2能動電極
308 :第1フローティング電極
310 :第2フローティング電極
402 :半導体装置
404 :第1導電層
406 :絶縁層
408 :第2導電層
410 :突起部
412 :薄膜部
414 :支持部
416 :可動板
418 :シーソー電極
418a :支持梁
418b :ねじり梁
418c :ねじり梁
420 :シーソー電極
420a :支持梁
420b :ねじり梁
420c :ねじり梁
422 :シーソー電極
422a :支持梁
422b :ねじり梁
422c :ねじり梁
424 :シーソー電極
424a :支持梁
424b :ねじり梁
424c :ねじり梁
426 :支持部
428 :貫通電極
430a :第1能動電極
430b :第2能動電極
432a :第1フローティング電極
432b :第2フローティング電極
434a :第1能動電極
434b :第2能動電極
436a :第1フローティング電極
436b :第2フローティング電極
438a :第1能動電極
438b :第2能動電極
440a :第1フローティング電極
440b :第2フローティング電極
442a :第1能動電極
442b :第2能動電極
444a :第1フローティング電極
444b :第2フローティング電極
502 :半導体装置
504 :傾動板
506 :支持部
508 :ねじり梁
508a :ねじり梁
508b :ねじり梁
510a :第1能動電極
510b :第2能動電極
512a :第1フローティング電極
512b :第2フローティング電極
2: Semiconductor device 4: Semiconductor element layer 6: Multi-layer wiring layer 8: LSI substrate 10: MEMS structure 12: MEMS substrate 14: Semiconductor element 16: Through electrode 18: Insulator 20: Conductor 21: Signal wiring 22: Pad 23 : Active potential wiring 24: Thin film portion 25: Ground potential wiring 26: Support portion 27: Drive wiring 28: Active electrode 29: Reference electrode portion 30: Ground electrode 32: Floating electrode 34: Joining member 36: Joining member 38: CV conversion Circuit 40: Capacitor 42: Switch 44: Switch 46: Resistor 48: Operational amplifier 50: Switch 52: Capacitor 54: CF conversion circuit 56: Capacitor 58: Schmitt trigger circuit 60: Buffer circuit 62: Resistor 64: CF conversion circuit 66 : Capacitor 68: Schmitt trigger circuit 70: Switch 72: Current source 74: constant current source 76: buffer circuit 78: buffer circuit 80: buffer circuit 82: buffer circuit 102: semiconductor device 104: driven shield electrode 106: comparator 202: semiconductor device 204: active electrode 206: conductor 208: wiring 210: wiring 212: insulating layer 302: semiconductor device 304: first active electrode 306: second active electrode 308: first floating electrode 310: second floating electrode 402: semiconductor device 404: first conductive layer 406: insulating layer 408 : Second conductive layer 410: projection 412: thin film 414: support 416: movable plate 418: seesaw electrode 418a: support beam 418b: torsion beam 418c: torsion beam 420: seesaw electrode 420a: support beam 420b: torsion beam 420c : Torsion beam 422: Sea Saw electrode 422a: support beam 422b: torsion beam 422c: torsion beam 424: seesaw electrode 424a: support beam 424b: torsion beam 424c: torsion beam 426: support portion 428: penetrating electrode 430a: first active electrode 430b: second active electrode 432a: first floating electrode 432b: second floating electrode 434a: first active electrode 434b: second active electrode 436a: first floating electrode 436b: second floating electrode 438a: first active electrode 438b: second active electrode 440a: 1st floating electrode 440b: 2nd floating electrode 442a: 1st active electrode 442b: 2nd active electrode 444a: 1st floating electrode 444b: 2nd floating electrode 502: Semiconductor device 504: Tilt plate 506: Support part 508 Torsion beams 508a: torsion beams 508b: torsion beam 510a: first active electrode 510b: second active electrode 512a: first floating electrode 512b: second floating electrode
Claims (8)
半導体素子層の上部に形成された多層配線層と、
多層配線層の上面に対向して配置されたMEMS構造と、
多層配線層の上面近傍に配置されており、能動電位が入力される能動電極と、
多層配線層の内部に配置されており、接地電位に接続された接地電極と、
多層配線層の内部で、能動電極と接地電極の間に配置されたフローティング電極を備えており、
能動電極とMEMS構造の間に静電引力を作用させてMEMS構造を変形させる、あるいは能動電極とMEMS構造の間の静電容量の変化からMEMS構造の変形を検出する、半導体装置。 A semiconductor element layer;
A multilayer wiring layer formed on the semiconductor element layer; and
A MEMS structure disposed opposite to the upper surface of the multilayer wiring layer;
An active electrode disposed near the upper surface of the multilayer wiring layer, to which an active potential is input;
A ground electrode disposed within the multilayer wiring layer and connected to a ground potential;
Inside the multilayer wiring layer, it has a floating electrode arranged between the active electrode and the ground electrode ,
A semiconductor device that deforms a MEMS structure by applying an electrostatic attractive force between the active electrode and the MEMS structure, or detects a deformation of the MEMS structure from a change in capacitance between the active electrode and the MEMS structure .
半導体素子層の上部に形成された多層配線層と、A multilayer wiring layer formed on the semiconductor element layer; and
多層配線層の上面近傍に配置されており、能動電位が入力される能動電極と、An active electrode disposed near the upper surface of the multilayer wiring layer, to which an active potential is input;
多層配線層の内部に配置されており、接地電位に接続された接地電極と、A ground electrode disposed within the multilayer wiring layer and connected to a ground potential;
多層配線層の内部で、能動電極と接地電極の間に配置されたフローティング電極と、A floating electrode disposed between the active electrode and the ground electrode within the multilayer wiring layer;
多層配線層の内部で、能動電極とフローティング電極の間に配置されたドリブンシールド電極を備えており、Inside the multilayer wiring layer, it has a driven shield electrode arranged between the active electrode and the floating electrode,
ドリブンシールド電極が、能動電極の能動電位に追従する電位が入力されるように構成されている、半導体装置。A semiconductor device in which a driven shield electrode is configured to receive a potential that follows an active potential of an active electrode.
多層配線層の上面に対向して配置されたMEMS構造をさらに備える、請求項2の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2, further comprising a MEMS structure disposed to face the upper surface of the multilayer wiring layer.
それぞれの能動電極に対応して、互いに分離された複数のフローティング電極が配置されている、請求項1から4の何れか一項の半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of floating electrodes separated from each other are arranged corresponding to each active electrode.
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