統合電子センサ
統合センサデバイス及び該デバイスを製造する方法は、半導体基板のMOS回路と、配線導体を有する配線層と、絶縁誘電体とからなり、前記配線層は基板上に設けられてMOS回路を相互接続し、前記配線層には配線誘電体に埋め込まれた電極を有するセンサが組み込まれ、かつMOS回路はセンサ電極からの信号を処理するためのプロセッサを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
電子産業における主要な推進力の1つはより大きな機能の統合を実現したいという要望であり、それによって生産がより自動化されかつ単位当たりのコストが低減する。当然ながら、寸法の小型化及びより高い回路密度という追加の利益がある。最も重要なことは、バッテリの適用に関し、一般により高い集積化は、寄生容量の減少によって、より低出力になるということである。
【0002】
しかしながら、センサの分野では、特にワイヤレスセンサにおいて、マイクロコントローラ、A/D変換器(ADC)、メモリ、RFトランシーバ、及びセンサ素子を1つの統合センサデバイスに統合する際に遭遇する問題のために、より大きな集積化が遅れている。これらの問題は、様々な素子について材料プロセシングが一致しないために生じている。例えば、センサ素子は従来セラミック又はガラス基板上に製造され、シリコン上で容易に集積化することができない。RFトランシーバは一般にバイポーラトランジスタから作られ、これはCMOSのような他の技術と統合することが困難である。また、多くのCMOS高分解能ADCは、poly-polyコンデンサを用いて作られ、これは基板寄生、歪、不適当な組合せの影響を受ける。また、IC処理で使用されるアルミニウムのメタライズは腐食し易く、従ってある種のセンサ用途への実用性を制限している。
【0003】
米国特許第6724612号及び米国特許第6690569号明細書は、電子部品及び容量型電極であるセンサ部品の双方を有するセンサデバイスが記載されている。しかしながら、この電極はプラチナ又は金の被覆と、湿度検出用の誘電体としてポリマーのデポジションとが必要である。この加工は、大量生産の半導体プロセスを施すことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、これらの問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によれば、半導体基板に設けられたMOS回路と、
配線導体及び絶縁誘電体を有し、前記基板上に設けられて前記MOS回路を相互接続する配線層とを備え、
前記配線層には、配線誘電体に埋め込まれた電極を有するセンサが組み込まれ、かつ
前記MOS回路が前記センサ電力からの信号を処理するためのプロセッサを有する統合センサデバイスが提供される。
【0006】
或る実施例では、前記センサが、検出されるガスまたは湿度の入口のための多孔質酸化物からなる。
【0007】
別の実施例では、前記多孔質酸化物が炭素ドープドSiO2である。
【0008】
更に別の実施例では、前記センサが容量型センサである。
【0009】
或る実施例では、前記センサが前記センサ電極上にパシベーション層を有する。
【0010】
別の実施例では、前記多孔質酸化物が前記パシベーション層上にデポジションされ、かつ前記MOS回路が前記電極間の辺縁磁場における変化を検出する。
【0011】
更に別の実施例では、前記配線層間にエッチストップ層を有し、かつ前記パシベーション層がエッチストップ材料と同じ組成からなる。
【0012】
或る実施例では、前記パシベーション層がSi3N4の組成からなる。
【0013】
別の実施例では、前記パシベーション層が前記検出電極上に凹部を設けられている。
【0014】
更に別の実施例では、前記凹部に多孔質酸化物膜が設けられている。
【0015】
或る実施例では、前記多孔質酸化物が前記電極間に設けられかつ露出している。
【0016】
別の実施例では、前記MOS回路が垂直寸法において前記センサのすぐ下側にある。
【0017】
更に別の実施例では、前記MOS回路が温度センサを有する。
【0018】
或る実施例では、前記温度センサがPNPトランジスタを有する。
【0019】
別の実施例では、前記MOS回路が、前記ガスまたは湿度センサからのガスまたは湿度信号と前記温度センサからの温度信号との両方を処理して拡張出力を供給するためのマイクロコントローラを有する。
【0020】
更に別の実施例では、前記拡張出力が温度補正したガスまたは湿度読取り値である。
【0021】
或る実施例では、前記センサがセンサ電極の上にデポジションされたポリイミドを有する。
【0022】
別の実施例では、前記MOS回路が、前記センサ電極と前記プロセッサとの間を接続するA/D変換器を有する。
【0023】
更に別の実施例では、前記A/D変換器が、能動型A/D変換器コンデンサを取り巻く定数トポグラフィを有するダミーコンデンサのアレイを有する。
【0024】
或る実施例では、更に発光ダイオードを備える。
【0025】
別の実施例では、前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層へのディープトレンチで形成されている。
【0026】
更に別の実施例では、前記デバイスが光検出ダイオードを有する。
【0027】
或る実施例では、前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層のディープトレンチに設けられている。
【0028】
別の実施例では、前記MOS回路がワイヤレストランシーバを有する。
【0029】
更に別の実施例では、前記ワイヤレストランシーバがネットワークの他のノードとの通信用のものであり、かつ干渉の検出時に低周波数チャネルスイッチングスキームに従ってチャネル周波数を切り換えるための手段を有する。
【0030】
或る実施例では、配線層が低ノイズ増幅器を有する。
【0031】
別の実施例では、前記低ノイズ増幅器が導体の下側の歪みシリコン領域からなる。
【0032】
更に別の実施例では、前記歪みシリコンが前記基板上の第5または第6配線層にある。
【0033】
或る実施例では、前記センサが、前記デバイスの上面のパッド間を接続する検出素子からなる。
【0034】
別の実施例では、前記素子がガス検出薄膜である。
【0035】
更に別の実施例では、前記素子が酸化錫の組成を有する。
【0036】
或る実施例では、前記素子が音声を検出し、かつ前記MOS回路が前記素子からの信号を処理するためのオーディオプロセッサを有する。
【0037】
本発明の別の側面では、上述したいずれかの実施例からなるセンサデバイスを製造する方法であって、
前記基板に前記MOS回路を組み立てる工程と、
前記MOS回路を相互接続する配線設計に従って連続組立てサイクルで前記配線層を組み立てる工程と、
最後の配線層に前記センサ電極及び誘電体を組み立てる工程とからなる方法が提供される。
【0038】
或る実施例では、前記方法が、最上部の前記配線層の上にパシベーション層をデポジションする工程を更に有する。
【0039】
別の実施例では、前記方法が、前記各配線層の誘電体からなる各層の上にエッチストップ層をデポジションする工程と、前記最上部配線層の誘電体の上にエッチストップ材料をデポジションして前記パシベーション層を設ける工程とを備える。
【0040】
更に別の実施例では、下層側配線層に誘電体として多孔質酸化物を設け、かつ上層側配線層に誘電体として規則的酸化物を用いる。
【0041】
或る実施例では、上層側配線層に歪み低ノイズ増幅器がデポジションされ、前記増幅器が歪みシリコン領域からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0042】
以下に、添付図面を参照しつつ、単なる実施例として以下に詳細に記載される実施態様から本発明をより明確に理解することができる。
【0043】
ガス/湿度センサの実施例
図1に関し、単一チップワイヤレスセンサ1は、送受信インタフェース3によってワイヤレスアンテナ4と接続されたマイクロコントローラ2を有する。マイクロコントローラ2はまた、8kBのRAM5、USBインタフェース6,RS232インタフェース8,64kBフラッシュメモリ9、及び32kHz水晶10と接続されている。この実施例では、デバイス1が湿度及び温度を感知し、湿度センサ11が18ビットΣΔA/D変換器12によってマイクロコントローラ2と接続され、かつ温度センサ13が12ビットSAR・A/D変換器14によってマイクロコントローラ2と接続されている。
【0044】
デバイス1は、単一のプロセスで製造される単一統合チップであり、電子部品及びセンサ部品双方が、統合プロセスで電子部品及びセンサ部品双方を実現するのに適用される、標準的なCMOSプロセス技術を用いて製造される。
【0045】
次に、この製造工程20を図2、図3(a)、(b)及び(c)を参照して説明するが、その工程は21〜27を含んでいる。
【0046】
21、フロントエンド処理
シリコンからなる基板41をCMOSプロセッシングにおいてよく知られるように、CMOSウェル、絶縁酸化、ポリシリコン及び注入で処理してMOS部品を形成する。また、前記基板には、温度検出PNPプランジスタを形成してセンサ13を提供する。
【0047】
22、下層側の配線及び誘電体のデポジション
第1、第2及び第3配線層42を形成する。これには、3サイクルの多孔質低K二酸化シリコン誘電体42(a)の化学蒸着法(CVD)のデポジション、及び配線トラック42(b)を設けるエッチング及び銅めっき処理が含まれる。各サイクルは、次のサイクルにおけるエッチングの範囲を制限するために、エッチストップ層42(c)のデポジションで終わる。エッチストップ材料は窒化シリコンSi3N4である。各サイクルの前記二酸化シリコン、配線金属、及びエッチストップが、最初の配線3層積層体42を形成する。低K誘電体を用いることによって、部品間で信号をより高速で転送するための低い静電容量が可能となる。
【0048】
23、上層側配線及びCVD誘電体のデポジション
第4及び第5配線層43を形成する。更に2サイクルの誘電体のデポジション及び金属配線のめっきが行われる。しかしながら、これらの2サイクルでは、前記誘電体がより強い構造強度のために「規則的」SiO2(非多孔質)であり、下層側の配線層42における多孔質誘電体の機械的強度の弱さを消している。同様に、これらのサイクルには標準的なCMOS技術が含まれる。
【0049】
第5配線層は、即座の温度のモニタリングによって湿度センサ11を瞬間的に加熱しかつ清掃するために内部温度モニタを備えた加熱素子43(b)を有する。また、前記第4及び第5配線層の成長の一部分として、前記工程はコンデンサ上部金属(CTM)のための薄い金属めっきを追加し、それらの間に薄層(0.04μm)のSiO2誘電体を設けて、両方の前記A/D変換器のための混合信号金属−絶縁体−金属(MIM)コンデンサを形成する。
【0050】
24、SiO2のCVDデポジション、検出層
配線/検出層44を形成する。これは単に、先の配線及びめっきサイクルに続く次の繰り返し即ちサイクルであり、実際に誘電体は直前のサイクルに関するものと同じ「規則的な」SiO2である。しかしながら、最上部配線層44のめっき工程を構成する一部分として、湿度検出容量型交差指(電極)45及び基準容量型交差指(電極)46が形成される。前記交差指の寸法及び間隔は、用途に適するように選択される。この実施例では、交差指45、46が0.5μmの間隔を有する。この構成が図3(b)により明確に記載されている。酸化物誘電率Kox3.9を用いると、その結果得られる静電容量は次のようになる。
【0051】
【0052】
実際の各容量型構造はおおよそボンディングパッドの寸法であり、各交差指は全長を4000μmとすることができる。金属膜厚が0.1μmの場合、これによってセンサの容量は0.276pFとなる。しかしながら、2つの近接した狭幅の導体間の容量は、フリンジング成分のために、単純な平行板での計算値よりも約10%乃至30%大きくすることができる。
【0053】
25、Si3N4パシベーション層のデポジション
パシベーション層48を、同様にSi3N4からなる従来のエッチストップ層と類似した方法でCVDによりデポジションする。しかしながら、パシベーション層48は厚さが約3〜5μmであり、デバイス1に対して物理的な保護及び湿度に対するバリアが与えられる。
【0054】
26、検出電極上のパシベーションのエッチング
検出電極45上にあるパシベーション層48の部分を90%の深さまでエッチングして、前記検出電極の上に深さ約0.1μmの薄いSi3N4層48(a)を残す。
【0055】
27、多孔質酸化物のCVDデポジション
次に、最初の3層における誘電体として用いられるものと同じ材料を、工程26で形成された凹部内にCVDによりデポジションする。これは、大きな比面積を有する湿度検出膜49である。ガス又は湿度の侵入によって、多孔質誘電体の誘電率に変化が生じる。これが、その下側に位置する検出電極45の静電容量に変化を生じさせる。
【0056】
上述した説明から、標準的なディープサブミクロンCMOSプロセッシング技術が用いられ、完全な統合製造を実現することが理解される。前記センサが、同じ誘電体及び配線金属層を用いて、前記チップの他の部分と同時に製造される。この「標準的CMOS」方法は、このセンサ1の大量製造可能性に非常に有利である。
【0057】
この方法は従前、このようなセンサがポリマ、金又はプラチナのめっき及び/又は最新のCMOSウエハ製造工場において汚染と見なされる他の非標準的な材料を必要とすることになるとの認識から、明確に試みられたことがなかった。SiO2を主成分とする組成における成長により静電容量を減少させることが、内部の格子構造をバラバラにする。これによりそれらは多孔質となり、かつ湿度又はガスの侵入を受け入れ可能になる。また、エッチストップ層を実現するCMOSプロセッシングの窒化シリコン(Si3N4)をセンサ構造に用いて、統合デバイスを保護するバリア層として機能させる。上記実施例では、Si3N4層が検出部品の上に設けられて、高湿度環境下でその侵入が電極を腐食させ得るような、検出される湿度の侵入に対するバリアとして機能する。従って、この検出は、以下に説明するように、スプリング作用(spring effect)の使用に基づくものである。
【0058】
デバイス1の使用
使用時には、湿度が膜49内に侵入することによって、その誘電率及び従って検出交差指45間の辺縁磁場に影響を与える。これが図3(c)に線55によって示されている。これは、湿度が層48の薄い部分48(a)によって検出交差指45間のスペースにアクセスすることを妨げられた場合でさえ発生する。
【0059】
センサ1は、前記電極間の磁場のこのフリンジ成分55に依存している。上述したように4000μm、0.27pFの構造では、フリンジ成分が約25〜50fFである。18ビットΣΔA/D変換器(前記センサのすぐ下側)が近接しているために、辺縁磁場においてさえ、非常に小さい静電容量の変化を検出することができる。この変換器が図4に示されており、検出用の交差指45がCsで、基準の交差指46がCrである。これらの静電容量が、二次のオーバサンプル・シグマ−デルタ変調器の差動フロントエンドを形成し、センサ成分と変換器成分間の統合のレベルを示している。Vr及びVsによって、スケール及びオフセットの補償が得られる。非常に高い分解能が、デシメーションフィルタを用いて、秒毎のサンプルの数及びオーバサンプリング比を代わる代わる用いることによって達成される。
【0060】
図5に関し、この実施例では、多孔質材料50がパシベーション51の上にデポジションされ(又は印刷され)、余分なエッチング工程を省略している。しかしながら、パシベーションの厚さが例えば約3μmの場合には、センサコンデンサの交差指45の間隔は、フリンジ容量成分が依然として全容量の可測比率を表示するために、約5μm又はそれ以上まで増加させなければならない。4000μmのセンサ構造の場合には、全容量が約27fFまで減少し、可変フリンジ成分が3〜5fFの範囲になる。ここで、1%又は2%の湿度変化が、高度なオーバサンプル差動シグマ−デルタ高分解能変換器によって依然として検出可能な、1フェムトファラッドより小さい容量変化を生じさせる。また、18ビットの分解能によって非常に大きな動的範囲が提供され、ウエハ毎に及びロット毎に酸化物及び孔寸法が異なる、大きく変化しかつ非線形な容量対湿度特性に対して前記変換器が容易に対応できるようにしている。
【0061】
図6に関し、この実施例では、余分な加工工程を必要とすることなく、標準的なCMOSプロセシングが用いられる。シリコンチップ上の「応力除去」被膜として、ポリイミドをしばしば利用する。ポリイミドの配置は僅かにオーバサイズのボンディングパッド用マスクによって通常決定される。この実施例では、ポリイミドマスクが前記基準コンデンサの上からポリイミド60を排除する追加の開口を有する。ポリイミドが多孔質であるため、前記検出コンデンサの上の部分が、静電容量対湿度の微小な変化を経験することになる。
【0062】
図7に関し、この実施例では、多孔質低K酸化物誘電体が前記デバイスの全ての配線層で使用され、従ってセンサデバイスは容量型交差指71間に多孔質低K誘電体70を有する。前記センサ構造の上に開口する「ダミー」のボンディングパッドパシベーションを配置することによって、検出交差指71の上の表面72が、ボンディングパッドのエッチングの際に前記交差指間において湿度が前記誘電体に侵入するために露出する。これによって、検出容量型交差指71を除いて、パシベーション73が全面に残る。この実施例は、追加のマスクを必要とすることなく、標準的なCMOSプロセスを用い得るという利点がある。しかしながら、これは容量型交差指71への湿度によるアクセスを可能にしている。しかしながら、多くの用途、例えば数分毎に1度、数ミリ秒で印加される数ミリボルトをセンサが経験するに過ぎない低湿度のオフィス環境では、問題ではない。
【0063】
図8は、単一チップワイヤレスセンサを被包するための簡単なポッティング構造を示している。センサ1は、導電性接着剤81によりバッテリ80に接着され、かつ封止材82が設けられている。前者は、検出部品の上の面積に何もないように用いられる。他の全ての面積は封止材82により被包され、高湿度環境に連続的に露出された場合に腐食や電解劣化からチップ及びバッテリ端子を保護することに加えて、物理的な保護を与えている。RFアンテナワイヤ83を除いて、いずれの部分にも金属は露出していない。
【0064】
別の実施例では、物理的な保護があまり重要でなく、かつ/又は温度変化に対する応答時間があまり重要でない場合に、封止材は設けられない。
【0065】
温度センサ
上述した金属ヒータ温度センサ43(b)に加えて、基板PNP温度センサ13を同様に、図3(a)に示すように、基板41の一体的な部分として成長させる。これは、ベースエミッタ接合の周知の−2.2mV/℃・Vbe特性に依存する。1つのデバイスに湿度センサ及び温度センサを組み合わせることによって、マイクロコントローラによる拡張読取り値即ち露点の計算が可能である。これらは、マイクロコントローラ2及びフラッシュメモリ9と共に、スケーリング及びキャリブレーションのためにルックアップテーブルの使用を可能とし、0.5℃の範囲内までの精度を可能にする。
【0066】
図9に関し、12ビットSAR変換器14が示されている。これは、前記PNPのVbe電圧、又は図示されるブリッジ構造の金属ヒータモニタの温度依存抵抗を測定する。前記変換器は次のように、校正回路無しで12ビットの分解能を実現する。図10に関し、コンバータ14のコンデンサアレイが前記層の中央に配置され、かつ8つの類似するダミーアレイ90により取り囲まれて、コンバータ14における定数トポグラフィ及び優れた主要なアレイコンデンサのマッチングを保証している。前記アレイは結合コンデンサCcを介して7上位ビット及び5ビットサブDACに区分される。これが、7x7μmの小さい単位コンデンササイズと共に、アレイ全体の静電容量(Cs)を8pF付近に維持しており、これは図示するようにオンチップバッファ増幅器で効率よく駆動し得るのに十分小さく、かつ酸化物の厚さ又は他のプロセスパラメータにおける勾配による全体的な不一致が最小となるのに十分小さいものである。100kHzのサンプリング周波数において、kT/Cノイズフィギュア(雑音指数)は、金属5(第5層)の上にある12ビットLSBのサイズより十分に低い140nVであり、前記コンデンサは基板に対して非常に小さい寄生容量を有し、レシオ(ratioed)コンデンサのマッチングを簡単にしている。これらコンデンサの金属−絶縁物−金属(MIM)構造の結果、低い電圧及び温度係数及び寄生抵抗が得られる。
【0067】
フラッシュマイクロコントローラ
センサと同じチップ上に8ビットマイクロコントローラ2及び64KBフラッシュメモリ9とを有することによって、精度及び機能を大きく改善することができる。その理由は、様々な温度条件において実時間で連続的なキャリブレーション又は現場でのキャリブレーションが実現されるからである。また、このメモリの量は、IEEE802.15.4プロトコル及びZigbeeソフトウエアスタック全体を収容して、ビーコン、ピアツーピア、星形及び網目状ネットワーク、最新のワイヤレスセンサネットワークの主要な条件を実行するのに十分である。オンチップレギュレータが、酸化物薄膜最小ジオメトリのデバイス上に組み立てられたマイクロコントローラ、メモリブロック及びワイヤレスRFトランシーバの大部分に給電される1.2Vを発生する。
【0068】
より低い出力を容易にするために、時間インターバルカウンタ及び前記マイクロコントローラの割込み論理の一部分を、図1に示すように酸化物薄膜の3.3Vトランジスタ上で実行する。これは、前記レギュレータが、前記チップがスリープモード又は電源オフモードにあるときオフに切り替えることができ、前記レギュレータのDCバイアス電流を排除できることを意味している。前記3Vトランジスタの閾値下漏れ電流がほとんど0であることと共に、これによって大幅な出力の節約及びバッテリ寿命の延長が得られる。電源オフから目覚めると、前記マイクロコントローラは、前記センサ、変換器、及び無線トランシーバを順に動作させることによって、ノイズ及び基板のクロストークの低減を実現する。
【0069】
次に、ワイヤレストランシーバ及び特にその低ノイズ増幅器(LNA)について考えると、LNAは余分の低出力及び低ノイズ動作を有するように設計される。これは、第5又は第6層上の銅コイルと、フロントエンドLNAのための歪シリコンMOSデバイスの使用とによって可能である(図12を参照)。この図は、シリコン−ゲルマニウム100の薄膜を示しており、その上には薄い歪シリコン層101が設けられ、規則的なシリコンよりもキャリア移動度が高くなっている。ポリシリコンゲート102が前記歪シリコン領域にチャネルを形成する。しかしながら、トランジスタ電流の大部分は、ゲルマニウムの移動度がより高いために、表面下のSiGe領域を流れ、より低ノイズの動作及びより高いゲインが得られる。従って、前記LNAは同じゲインでより低い電流でバイアスすることができ、バッテリの出力を節約できる。銅はアルミニウムよりも低い抵抗値を有し、より高いQ要素(その結果、より高い受信機ゲイン)が得られる。銅からなる第5層又は第6層はより厚く(抵抗値がより低く)、基板からより離れている(寄生容量が少ない)。
【0070】
図13に関し、RFトランシーバ3の周波数選択が示されている。デバイス1は、ワイヤレスネットワークのノードの中の1つのノードを形成する。簡単なpoint-to-pointリンク又は星形もしくは網目状ネットワークとすることができる。固定周波数が全てのノードによって使用され、ワイヤレスインタフェース3によって干渉源を取り囲む低速周波数ホッピングスキームが提供される。これは、全てのノードによって最初に同じ周波数を用いて動作する。転送の失敗が干渉の可能性を示すと、前記ノードは、図13に示すアルゴリズムに従って異なる周波数に移る。これに続いて全てのノードが同期する。全ノードは、周波数ホッピングスキームのホップシーケンスで事前でプログラムされて作動する。更に、それらは全部が同じチャネルに初期化されなければならず、それによって一般にインストール又はバッテリの交換後に「一緒にホップ」することができる。
【0071】
より詳細に言えば、インストール(又はバッテリの交換)時に、インストールする者が手動で、例えばボタンを押すことによって、前記ノードを「初期化」モードにする。次に、前記ノードがその受信機上で切り替わり、例えばチャネル0上で、近くのノードの伝送(又はマスターのビーコン)に「聞き耳」を立てる。適当な時間、例えば数秒又は数分後に何も受信しない場合(電流チャネルが遮断されているため)には、順に次のチャネルに進み、再び待って聞く動作をする。結局、この手段によって、隣のノードからビーコン又はデータバケットを受信することになる。次にそのタイマを再同期させ、ホップインターバルのタイミングを要求し、前記シーケンスに参加し、次のホップ及び伝送期間までスリープする状態に行く。
【0072】
この初期化方法は、前記ノードがインストール時に1度だけ最大出力の受信モードで「オン」状態にいなければならないことを意味している。次に、バッテリの1乃至3年の寿命について(前記802.15.4基準で定義されるように)時間の99.9%はスリープモードに戻ることができる。前記802.15.4基準は約4分までのスリープ期間を許容しているので、前記ノードはこの時間の間最大出力の受信モードでいることができる。これは実際には、しかしながら、インストールする者がこの期間を知らないであろうから、起こりにくいことである。スペクトル分析器(又はハンドヘルトのワイヤレス「スニッファ」)を用いて、次のビーコン伝送が期限となる時を大まかに予測し、かつその直前に「初期化」ボタンを押すことができる。
【0073】
図14に関し、この図は低速ホッピングスキームの利用の一例を示している。これは、2つの建物120と125間で長距離(200m)リンク115上で(コンピュータ127にリンクされたゲートウエイノード126上に指向性14dBiアンテナを用いて)使用される。ノード121の標準802.15.4Zigbee固定チャネル星形ネットワークを第1の建物120内で実行する。これにより、マルチベンダで相互に作業可能なノードを星形ネットワークの工場監視アプリケーションにインストールすることができ、低速ホッピングアルゴリズムが、干渉の危険が大きい長距離限界リンクで使用される。
【0074】
試験及びキャリブレーション
これは、従来、湿度センサでは困難であり、特別なパッケージの取扱い及び電気的接続と共に、湿度を制御した特別なチャンバを必要とする。
【0075】
本発明では、湿度センサ全体が標準的なCMOSプロセスで組み立てられるので、ウエハを出荷する前に通常のウエハレベルのテストにおいて試験しかつ校正することができる。これは、ウエハプローブ及び工場テストの区域が一般に、例えば相対湿度40%の正確な湿度レベルで行われることを利用している。この既知の値を、ソフトウエアの制御下で出力値を正しく校正する際に、前記マイクロコントローラにより後で使用するためにオンチップフラッシュEEPROMメモリ内に格納することができ、又は前記チップのノンフラッシュEEPROMバージョンに用いてポリヒューズをとばし、40%RHでセンサを構成するために使用することができる。この一点校正は、多くの用途、例えば一般に40%である設定値の付近にあるオフィスの空調制御に十分である。より広範な湿度について高い精度が要求される場合には、第2の校正点が必要である。これは、例えば85%RHの封止されたチャンバ、又は乾燥窒素の防湿剤チャンバ(0.001%RH)において、「2回目(second-pass)」のウエハプローブを行うことによって実現される。前記2回目のウエハ試験にはある程度の追加費用が必要であるが、それはパッケージベースでの試験よりも大幅に少ない。
【0076】
ガスの検出
別の実施例では、図15に示すように、酸化錫及び酸化鉄からなる薄膜130を、18ビットシグマ−デルタA/D変換器12の1つの差動コンデンサ132の位置でパシベーション131上にデポジションする。これらの酸化物は、ゾル−ゲルプロセスによって合成され、約120℃〜200℃に加熱され、次にハイブリットインクジェットデポジションによってデポジションされる。前記薄膜は、前記センサ構造に間隔の小さい交差指を使用できることを意味しており、高分解能A/D変換器は、小型のセンサ構造を使用でき、かつ室温での動作においても、依然として僅かな容量の変化を検出可能になることを意味している。
【0077】
図16は別の実施例を示しており、酸化鉄/酸化錫140が最上部の酸化物又はパシベーション141上にデポジションされるが、最上部金属層の電極142に直接接続されて、その値が18ビット変換器によりブリッジ回路の一部分として決定されるレジスタを形成している。
【0078】
図15の酸化物130の代わりに異なる材料を用いることによって、デバイスのアーキテクチュア及び製造プロセスは、水素の検出のためにパラジウムを使用し、SO2、H2Sに対してジルコニア、NO2に対して軟質ポリ塩化ビニル、イソブタンに対してWO3を用いるなどして、異なるガスを検出するように適合させることができる。いずれの場合にも、検出する材料の導電率及び誘電定数の双方が、侵入するガスにより、吸着、又は物理吸着、又は化学吸着によって変化する。従って、15の実施例−容量型、及び16の実施例−抵抗型−を交互に又はオンチップの密に集積化した高分解能変換器と共に用いて、非常に低ppmのガス濃度の測定を実現する。
【0079】
オーディオセンサ
別の実施例では、音声を検出するために、図16に示す構成に圧電ポリマを適用することができる。変換は、主に導電率の変化に基づいている。この場合には、MOS回路層において、18ビットA/D変換器を駆動するバッファを有するブリッジ回路を用いて、音声信号を捕捉する。
【0080】
オーディオセンサ(マイクロフォン)は、例えばモータが動作中である場合、又は警報ベルが鳴っている場合に、それを「聞く」ために遠隔のワイヤレスノード上で有用な特徴である。IEEE802.15.4の0.1%デューティサイクルのために、このオーディオ用の構成が必要であり、前記802.15.4の2.4GHz帯域において250Kb/s最大データレートが、0.1%デューティサイクルにおいて250b/sの持続する一定のデータレートに対応する。可変ビットレートのオーディオ圧縮ブロック(VBR)を用いて15:1又はそれより良い圧縮比を達成し、多くの産業上の低級なオーディオ条件に十分な、3.75Kb/sの有効オーディオビットレートを達成する。
【0081】
任意のセンサ
図17に関し、前記デバイスは光学エミッタ150及び検出器151をも備えることができる。高指向性の深い異方性エッチングを通常のプロセッシングの最後に行って、6層又は7層の全ての誘電体を完全にエッチング除去し、フォトダイオード光センサ151、光子を収集して対応する電流を発生する大きなPN接合、200μm×500μmを露出させる。
【0082】
また、前記エッチングは、本実施例においてこの特定の領域に前記基板の電気化学的エッチングによりプロセスの開始時に作成された多孔質シリコン領域150を出現させる。この中を電流が通ることによって、多孔質シリコンの周知の発光特性により、発光ダイオード(LED)として機能させることができる。前記多孔質領域の周囲に設けられた絶縁トレンチにより、前記基板へ漏れる電流を最少にし、かつ発光効率を改善することができる。
【0083】
多孔質シリコンを形成する電気化学的エッチングは当業者に周知であり、いくつかのCMOSプロセスにおいて利用可能であるが、大部分のCMOSプロセスでは非標準的なものである。別のLED構造は、ドープドポリマ有機発光デバイスである。ハイブリッドインクジェット印刷法を用いて図16に示される方法で電極上に、例えばポリビニルカルバゾール(PVK)膜であるパターン化された発光ドープドポリマ膜を直接デポジションする。
【0084】
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、その構成及び詳細において様々に変化させることができる。例えば、アルミニウムのような、銅以外の導体を配線に用いることができる。また、前記センサデバイスは、無線又はマイクロコントローラ又はフラッシュメモリを持たない、「取り外した」バージョンのセンサ、「湿度対デジタル」センサチップとすることができる。この場合、A/D変換及びセンサのキャリブレーションは、電圧基準回路及びコンデンサアレイにおいて様々なポリヒューズをとばすことによって達成される。試験はA/D変換器の全コードを試験する必要がなく、それによって試験を大幅に簡単化し、費用を低減できることに注意すべきである。また、以下の特徴のいくつか又はそれ以上の特徴を個別に又は上記実施例において説明した以外の方法及びデバイスに組み合わせて提供することができる。即ち、
−低ノイズ増幅器として歪シリコンの使用
−低周波数チャネルの選択/ホッピング
−コンデンサアレイを写したSAR
−多孔質シリコンLED
−オーディオ圧電ポリママイクロフォンセンサ
−低デューティサイクルのオーディオ圧縮及び伝送
−マイクロコントローラの特徴。
【図面の簡単な説明】
【0085】
【図1】本発明の単一チップワイヤレスセンサデバイスを示すブロック図。
【図2】前記デバイスを製造する工程を示すフロー図。
【図3】(a)図は前記デバイスの断面図、(b)図は検出電極の平面図、及び(c)図は電極間の辺縁磁場の範囲を示す図。
【図4】前記デバイスのA/D変換器の概略図。
【図5】別の実施例のセンサ部品を示す図。
【図6】別のセンサ部品を示す断面図。
【図7】別のセンサ部品を示す断面図。
【図8】最終的なパッケージングのためのポッティング構造を示す図。
【図9】センサデバイスの12ビットSAR A/D変換器の回路図。
【図10】SAR変換器のコンデンサアレーの配置図。
【図11】前記デバイスのマイクロコントローラを示すブロック図。
【図12】前記デバイスの歪シリコントランジスタの表面下電流経路を示す断面図。
【図13】ワイヤレストランシーバの周波数選択を示す図。
【図14】本発明のデバイスの通信スキームを示す図。
【図15】ガス検出デバイスの断面図。
【図16】音声センサの概略断面図。
【図17】LED及びフォトダイオードを有するデバイスの実施例の断面図。
【図3(b)】
【技術分野】
【0001】
電子産業における主要な推進力の1つはより大きな機能の統合を実現したいという要望であり、それによって生産がより自動化されかつ単位当たりのコストが低減する。当然ながら、寸法の小型化及びより高い回路密度という追加の利益がある。最も重要なことは、バッテリの適用に関し、一般により高い集積化は、寄生容量の減少によって、より低出力になるということである。
【0002】
しかしながら、センサの分野では、特にワイヤレスセンサにおいて、マイクロコントローラ、A/D変換器(ADC)、メモリ、RFトランシーバ、及びセンサ素子を1つの統合センサデバイスに統合する際に遭遇する問題のために、より大きな集積化が遅れている。これらの問題は、様々な素子について材料プロセシングが一致しないために生じている。例えば、センサ素子は従来セラミック又はガラス基板上に製造され、シリコン上で容易に集積化することができない。RFトランシーバは一般にバイポーラトランジスタから作られ、これはCMOSのような他の技術と統合することが困難である。また、多くのCMOS高分解能ADCは、poly-polyコンデンサを用いて作られ、これは基板寄生、歪、不適当な組合せの影響を受ける。また、IC処理で使用されるアルミニウムのメタライズは腐食し易く、従ってある種のセンサ用途への実用性を制限している。
【0003】
米国特許第6724612号及び米国特許第6690569号明細書は、電子部品及び容量型電極であるセンサ部品の双方を有するセンサデバイスが記載されている。しかしながら、この電極はプラチナ又は金の被覆と、湿度検出用の誘電体としてポリマーのデポジションとが必要である。この加工は、大量生産の半導体プロセスを施すことができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、これらの問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明によれば、半導体基板に設けられたMOS回路と、
配線導体及び絶縁誘電体を有し、前記基板上に設けられて前記MOS回路を相互接続する配線層とを備え、
前記配線層には、配線誘電体に埋め込まれた電極を有するセンサが組み込まれ、かつ
前記MOS回路が前記センサ電力からの信号を処理するためのプロセッサを有する統合センサデバイスが提供される。
【0006】
或る実施例では、前記センサが、検出されるガスまたは湿度の入口のための多孔質酸化物からなる。
【0007】
別の実施例では、前記多孔質酸化物が炭素ドープドSiO2である。
【0008】
更に別の実施例では、前記センサが容量型センサである。
【0009】
或る実施例では、前記センサが前記センサ電極上にパシベーション層を有する。
【0010】
別の実施例では、前記多孔質酸化物が前記パシベーション層上にデポジションされ、かつ前記MOS回路が前記電極間の辺縁磁場における変化を検出する。
【0011】
更に別の実施例では、前記配線層間にエッチストップ層を有し、かつ前記パシベーション層がエッチストップ材料と同じ組成からなる。
【0012】
或る実施例では、前記パシベーション層がSi3N4の組成からなる。
【0013】
別の実施例では、前記パシベーション層が前記検出電極上に凹部を設けられている。
【0014】
更に別の実施例では、前記凹部に多孔質酸化物膜が設けられている。
【0015】
或る実施例では、前記多孔質酸化物が前記電極間に設けられかつ露出している。
【0016】
別の実施例では、前記MOS回路が垂直寸法において前記センサのすぐ下側にある。
【0017】
更に別の実施例では、前記MOS回路が温度センサを有する。
【0018】
或る実施例では、前記温度センサがPNPトランジスタを有する。
【0019】
別の実施例では、前記MOS回路が、前記ガスまたは湿度センサからのガスまたは湿度信号と前記温度センサからの温度信号との両方を処理して拡張出力を供給するためのマイクロコントローラを有する。
【0020】
更に別の実施例では、前記拡張出力が温度補正したガスまたは湿度読取り値である。
【0021】
或る実施例では、前記センサがセンサ電極の上にデポジションされたポリイミドを有する。
【0022】
別の実施例では、前記MOS回路が、前記センサ電極と前記プロセッサとの間を接続するA/D変換器を有する。
【0023】
更に別の実施例では、前記A/D変換器が、能動型A/D変換器コンデンサを取り巻く定数トポグラフィを有するダミーコンデンサのアレイを有する。
【0024】
或る実施例では、更に発光ダイオードを備える。
【0025】
別の実施例では、前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層へのディープトレンチで形成されている。
【0026】
更に別の実施例では、前記デバイスが光検出ダイオードを有する。
【0027】
或る実施例では、前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層のディープトレンチに設けられている。
【0028】
別の実施例では、前記MOS回路がワイヤレストランシーバを有する。
【0029】
更に別の実施例では、前記ワイヤレストランシーバがネットワークの他のノードとの通信用のものであり、かつ干渉の検出時に低周波数チャネルスイッチングスキームに従ってチャネル周波数を切り換えるための手段を有する。
【0030】
或る実施例では、配線層が低ノイズ増幅器を有する。
【0031】
別の実施例では、前記低ノイズ増幅器が導体の下側の歪みシリコン領域からなる。
【0032】
更に別の実施例では、前記歪みシリコンが前記基板上の第5または第6配線層にある。
【0033】
或る実施例では、前記センサが、前記デバイスの上面のパッド間を接続する検出素子からなる。
【0034】
別の実施例では、前記素子がガス検出薄膜である。
【0035】
更に別の実施例では、前記素子が酸化錫の組成を有する。
【0036】
或る実施例では、前記素子が音声を検出し、かつ前記MOS回路が前記素子からの信号を処理するためのオーディオプロセッサを有する。
【0037】
本発明の別の側面では、上述したいずれかの実施例からなるセンサデバイスを製造する方法であって、
前記基板に前記MOS回路を組み立てる工程と、
前記MOS回路を相互接続する配線設計に従って連続組立てサイクルで前記配線層を組み立てる工程と、
最後の配線層に前記センサ電極及び誘電体を組み立てる工程とからなる方法が提供される。
【0038】
或る実施例では、前記方法が、最上部の前記配線層の上にパシベーション層をデポジションする工程を更に有する。
【0039】
別の実施例では、前記方法が、前記各配線層の誘電体からなる各層の上にエッチストップ層をデポジションする工程と、前記最上部配線層の誘電体の上にエッチストップ材料をデポジションして前記パシベーション層を設ける工程とを備える。
【0040】
更に別の実施例では、下層側配線層に誘電体として多孔質酸化物を設け、かつ上層側配線層に誘電体として規則的酸化物を用いる。
【0041】
或る実施例では、上層側配線層に歪み低ノイズ増幅器がデポジションされ、前記増幅器が歪みシリコン領域からなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0042】
以下に、添付図面を参照しつつ、単なる実施例として以下に詳細に記載される実施態様から本発明をより明確に理解することができる。
【0043】
ガス/湿度センサの実施例
図1に関し、単一チップワイヤレスセンサ1は、送受信インタフェース3によってワイヤレスアンテナ4と接続されたマイクロコントローラ2を有する。マイクロコントローラ2はまた、8kBのRAM5、USBインタフェース6,RS232インタフェース8,64kBフラッシュメモリ9、及び32kHz水晶10と接続されている。この実施例では、デバイス1が湿度及び温度を感知し、湿度センサ11が18ビットΣΔA/D変換器12によってマイクロコントローラ2と接続され、かつ温度センサ13が12ビットSAR・A/D変換器14によってマイクロコントローラ2と接続されている。
【0044】
デバイス1は、単一のプロセスで製造される単一統合チップであり、電子部品及びセンサ部品双方が、統合プロセスで電子部品及びセンサ部品双方を実現するのに適用される、標準的なCMOSプロセス技術を用いて製造される。
【0045】
次に、この製造工程20を図2、図3(a)、(b)及び(c)を参照して説明するが、その工程は21〜27を含んでいる。
【0046】
21、フロントエンド処理
シリコンからなる基板41をCMOSプロセッシングにおいてよく知られるように、CMOSウェル、絶縁酸化、ポリシリコン及び注入で処理してMOS部品を形成する。また、前記基板には、温度検出PNPプランジスタを形成してセンサ13を提供する。
【0047】
22、下層側の配線及び誘電体のデポジション
第1、第2及び第3配線層42を形成する。これには、3サイクルの多孔質低K二酸化シリコン誘電体42(a)の化学蒸着法(CVD)のデポジション、及び配線トラック42(b)を設けるエッチング及び銅めっき処理が含まれる。各サイクルは、次のサイクルにおけるエッチングの範囲を制限するために、エッチストップ層42(c)のデポジションで終わる。エッチストップ材料は窒化シリコンSi3N4である。各サイクルの前記二酸化シリコン、配線金属、及びエッチストップが、最初の配線3層積層体42を形成する。低K誘電体を用いることによって、部品間で信号をより高速で転送するための低い静電容量が可能となる。
【0048】
23、上層側配線及びCVD誘電体のデポジション
第4及び第5配線層43を形成する。更に2サイクルの誘電体のデポジション及び金属配線のめっきが行われる。しかしながら、これらの2サイクルでは、前記誘電体がより強い構造強度のために「規則的」SiO2(非多孔質)であり、下層側の配線層42における多孔質誘電体の機械的強度の弱さを消している。同様に、これらのサイクルには標準的なCMOS技術が含まれる。
【0049】
第5配線層は、即座の温度のモニタリングによって湿度センサ11を瞬間的に加熱しかつ清掃するために内部温度モニタを備えた加熱素子43(b)を有する。また、前記第4及び第5配線層の成長の一部分として、前記工程はコンデンサ上部金属(CTM)のための薄い金属めっきを追加し、それらの間に薄層(0.04μm)のSiO2誘電体を設けて、両方の前記A/D変換器のための混合信号金属−絶縁体−金属(MIM)コンデンサを形成する。
【0050】
24、SiO2のCVDデポジション、検出層
配線/検出層44を形成する。これは単に、先の配線及びめっきサイクルに続く次の繰り返し即ちサイクルであり、実際に誘電体は直前のサイクルに関するものと同じ「規則的な」SiO2である。しかしながら、最上部配線層44のめっき工程を構成する一部分として、湿度検出容量型交差指(電極)45及び基準容量型交差指(電極)46が形成される。前記交差指の寸法及び間隔は、用途に適するように選択される。この実施例では、交差指45、46が0.5μmの間隔を有する。この構成が図3(b)により明確に記載されている。酸化物誘電率Kox3.9を用いると、その結果得られる静電容量は次のようになる。
【0051】
【0052】
実際の各容量型構造はおおよそボンディングパッドの寸法であり、各交差指は全長を4000μmとすることができる。金属膜厚が0.1μmの場合、これによってセンサの容量は0.276pFとなる。しかしながら、2つの近接した狭幅の導体間の容量は、フリンジング成分のために、単純な平行板での計算値よりも約10%乃至30%大きくすることができる。
【0053】
25、Si3N4パシベーション層のデポジション
パシベーション層48を、同様にSi3N4からなる従来のエッチストップ層と類似した方法でCVDによりデポジションする。しかしながら、パシベーション層48は厚さが約3〜5μmであり、デバイス1に対して物理的な保護及び湿度に対するバリアが与えられる。
【0054】
26、検出電極上のパシベーションのエッチング
検出電極45上にあるパシベーション層48の部分を90%の深さまでエッチングして、前記検出電極の上に深さ約0.1μmの薄いSi3N4層48(a)を残す。
【0055】
27、多孔質酸化物のCVDデポジション
次に、最初の3層における誘電体として用いられるものと同じ材料を、工程26で形成された凹部内にCVDによりデポジションする。これは、大きな比面積を有する湿度検出膜49である。ガス又は湿度の侵入によって、多孔質誘電体の誘電率に変化が生じる。これが、その下側に位置する検出電極45の静電容量に変化を生じさせる。
【0056】
上述した説明から、標準的なディープサブミクロンCMOSプロセッシング技術が用いられ、完全な統合製造を実現することが理解される。前記センサが、同じ誘電体及び配線金属層を用いて、前記チップの他の部分と同時に製造される。この「標準的CMOS」方法は、このセンサ1の大量製造可能性に非常に有利である。
【0057】
この方法は従前、このようなセンサがポリマ、金又はプラチナのめっき及び/又は最新のCMOSウエハ製造工場において汚染と見なされる他の非標準的な材料を必要とすることになるとの認識から、明確に試みられたことがなかった。SiO2を主成分とする組成における成長により静電容量を減少させることが、内部の格子構造をバラバラにする。これによりそれらは多孔質となり、かつ湿度又はガスの侵入を受け入れ可能になる。また、エッチストップ層を実現するCMOSプロセッシングの窒化シリコン(Si3N4)をセンサ構造に用いて、統合デバイスを保護するバリア層として機能させる。上記実施例では、Si3N4層が検出部品の上に設けられて、高湿度環境下でその侵入が電極を腐食させ得るような、検出される湿度の侵入に対するバリアとして機能する。従って、この検出は、以下に説明するように、スプリング作用(spring effect)の使用に基づくものである。
【0058】
デバイス1の使用
使用時には、湿度が膜49内に侵入することによって、その誘電率及び従って検出交差指45間の辺縁磁場に影響を与える。これが図3(c)に線55によって示されている。これは、湿度が層48の薄い部分48(a)によって検出交差指45間のスペースにアクセスすることを妨げられた場合でさえ発生する。
【0059】
センサ1は、前記電極間の磁場のこのフリンジ成分55に依存している。上述したように4000μm、0.27pFの構造では、フリンジ成分が約25〜50fFである。18ビットΣΔA/D変換器(前記センサのすぐ下側)が近接しているために、辺縁磁場においてさえ、非常に小さい静電容量の変化を検出することができる。この変換器が図4に示されており、検出用の交差指45がCsで、基準の交差指46がCrである。これらの静電容量が、二次のオーバサンプル・シグマ−デルタ変調器の差動フロントエンドを形成し、センサ成分と変換器成分間の統合のレベルを示している。Vr及びVsによって、スケール及びオフセットの補償が得られる。非常に高い分解能が、デシメーションフィルタを用いて、秒毎のサンプルの数及びオーバサンプリング比を代わる代わる用いることによって達成される。
【0060】
図5に関し、この実施例では、多孔質材料50がパシベーション51の上にデポジションされ(又は印刷され)、余分なエッチング工程を省略している。しかしながら、パシベーションの厚さが例えば約3μmの場合には、センサコンデンサの交差指45の間隔は、フリンジ容量成分が依然として全容量の可測比率を表示するために、約5μm又はそれ以上まで増加させなければならない。4000μmのセンサ構造の場合には、全容量が約27fFまで減少し、可変フリンジ成分が3〜5fFの範囲になる。ここで、1%又は2%の湿度変化が、高度なオーバサンプル差動シグマ−デルタ高分解能変換器によって依然として検出可能な、1フェムトファラッドより小さい容量変化を生じさせる。また、18ビットの分解能によって非常に大きな動的範囲が提供され、ウエハ毎に及びロット毎に酸化物及び孔寸法が異なる、大きく変化しかつ非線形な容量対湿度特性に対して前記変換器が容易に対応できるようにしている。
【0061】
図6に関し、この実施例では、余分な加工工程を必要とすることなく、標準的なCMOSプロセシングが用いられる。シリコンチップ上の「応力除去」被膜として、ポリイミドをしばしば利用する。ポリイミドの配置は僅かにオーバサイズのボンディングパッド用マスクによって通常決定される。この実施例では、ポリイミドマスクが前記基準コンデンサの上からポリイミド60を排除する追加の開口を有する。ポリイミドが多孔質であるため、前記検出コンデンサの上の部分が、静電容量対湿度の微小な変化を経験することになる。
【0062】
図7に関し、この実施例では、多孔質低K酸化物誘電体が前記デバイスの全ての配線層で使用され、従ってセンサデバイスは容量型交差指71間に多孔質低K誘電体70を有する。前記センサ構造の上に開口する「ダミー」のボンディングパッドパシベーションを配置することによって、検出交差指71の上の表面72が、ボンディングパッドのエッチングの際に前記交差指間において湿度が前記誘電体に侵入するために露出する。これによって、検出容量型交差指71を除いて、パシベーション73が全面に残る。この実施例は、追加のマスクを必要とすることなく、標準的なCMOSプロセスを用い得るという利点がある。しかしながら、これは容量型交差指71への湿度によるアクセスを可能にしている。しかしながら、多くの用途、例えば数分毎に1度、数ミリ秒で印加される数ミリボルトをセンサが経験するに過ぎない低湿度のオフィス環境では、問題ではない。
【0063】
図8は、単一チップワイヤレスセンサを被包するための簡単なポッティング構造を示している。センサ1は、導電性接着剤81によりバッテリ80に接着され、かつ封止材82が設けられている。前者は、検出部品の上の面積に何もないように用いられる。他の全ての面積は封止材82により被包され、高湿度環境に連続的に露出された場合に腐食や電解劣化からチップ及びバッテリ端子を保護することに加えて、物理的な保護を与えている。RFアンテナワイヤ83を除いて、いずれの部分にも金属は露出していない。
【0064】
別の実施例では、物理的な保護があまり重要でなく、かつ/又は温度変化に対する応答時間があまり重要でない場合に、封止材は設けられない。
【0065】
温度センサ
上述した金属ヒータ温度センサ43(b)に加えて、基板PNP温度センサ13を同様に、図3(a)に示すように、基板41の一体的な部分として成長させる。これは、ベースエミッタ接合の周知の−2.2mV/℃・Vbe特性に依存する。1つのデバイスに湿度センサ及び温度センサを組み合わせることによって、マイクロコントローラによる拡張読取り値即ち露点の計算が可能である。これらは、マイクロコントローラ2及びフラッシュメモリ9と共に、スケーリング及びキャリブレーションのためにルックアップテーブルの使用を可能とし、0.5℃の範囲内までの精度を可能にする。
【0066】
図9に関し、12ビットSAR変換器14が示されている。これは、前記PNPのVbe電圧、又は図示されるブリッジ構造の金属ヒータモニタの温度依存抵抗を測定する。前記変換器は次のように、校正回路無しで12ビットの分解能を実現する。図10に関し、コンバータ14のコンデンサアレイが前記層の中央に配置され、かつ8つの類似するダミーアレイ90により取り囲まれて、コンバータ14における定数トポグラフィ及び優れた主要なアレイコンデンサのマッチングを保証している。前記アレイは結合コンデンサCcを介して7上位ビット及び5ビットサブDACに区分される。これが、7x7μmの小さい単位コンデンササイズと共に、アレイ全体の静電容量(Cs)を8pF付近に維持しており、これは図示するようにオンチップバッファ増幅器で効率よく駆動し得るのに十分小さく、かつ酸化物の厚さ又は他のプロセスパラメータにおける勾配による全体的な不一致が最小となるのに十分小さいものである。100kHzのサンプリング周波数において、kT/Cノイズフィギュア(雑音指数)は、金属5(第5層)の上にある12ビットLSBのサイズより十分に低い140nVであり、前記コンデンサは基板に対して非常に小さい寄生容量を有し、レシオ(ratioed)コンデンサのマッチングを簡単にしている。これらコンデンサの金属−絶縁物−金属(MIM)構造の結果、低い電圧及び温度係数及び寄生抵抗が得られる。
【0067】
フラッシュマイクロコントローラ
センサと同じチップ上に8ビットマイクロコントローラ2及び64KBフラッシュメモリ9とを有することによって、精度及び機能を大きく改善することができる。その理由は、様々な温度条件において実時間で連続的なキャリブレーション又は現場でのキャリブレーションが実現されるからである。また、このメモリの量は、IEEE802.15.4プロトコル及びZigbeeソフトウエアスタック全体を収容して、ビーコン、ピアツーピア、星形及び網目状ネットワーク、最新のワイヤレスセンサネットワークの主要な条件を実行するのに十分である。オンチップレギュレータが、酸化物薄膜最小ジオメトリのデバイス上に組み立てられたマイクロコントローラ、メモリブロック及びワイヤレスRFトランシーバの大部分に給電される1.2Vを発生する。
【0068】
より低い出力を容易にするために、時間インターバルカウンタ及び前記マイクロコントローラの割込み論理の一部分を、図1に示すように酸化物薄膜の3.3Vトランジスタ上で実行する。これは、前記レギュレータが、前記チップがスリープモード又は電源オフモードにあるときオフに切り替えることができ、前記レギュレータのDCバイアス電流を排除できることを意味している。前記3Vトランジスタの閾値下漏れ電流がほとんど0であることと共に、これによって大幅な出力の節約及びバッテリ寿命の延長が得られる。電源オフから目覚めると、前記マイクロコントローラは、前記センサ、変換器、及び無線トランシーバを順に動作させることによって、ノイズ及び基板のクロストークの低減を実現する。
【0069】
次に、ワイヤレストランシーバ及び特にその低ノイズ増幅器(LNA)について考えると、LNAは余分の低出力及び低ノイズ動作を有するように設計される。これは、第5又は第6層上の銅コイルと、フロントエンドLNAのための歪シリコンMOSデバイスの使用とによって可能である(図12を参照)。この図は、シリコン−ゲルマニウム100の薄膜を示しており、その上には薄い歪シリコン層101が設けられ、規則的なシリコンよりもキャリア移動度が高くなっている。ポリシリコンゲート102が前記歪シリコン領域にチャネルを形成する。しかしながら、トランジスタ電流の大部分は、ゲルマニウムの移動度がより高いために、表面下のSiGe領域を流れ、より低ノイズの動作及びより高いゲインが得られる。従って、前記LNAは同じゲインでより低い電流でバイアスすることができ、バッテリの出力を節約できる。銅はアルミニウムよりも低い抵抗値を有し、より高いQ要素(その結果、より高い受信機ゲイン)が得られる。銅からなる第5層又は第6層はより厚く(抵抗値がより低く)、基板からより離れている(寄生容量が少ない)。
【0070】
図13に関し、RFトランシーバ3の周波数選択が示されている。デバイス1は、ワイヤレスネットワークのノードの中の1つのノードを形成する。簡単なpoint-to-pointリンク又は星形もしくは網目状ネットワークとすることができる。固定周波数が全てのノードによって使用され、ワイヤレスインタフェース3によって干渉源を取り囲む低速周波数ホッピングスキームが提供される。これは、全てのノードによって最初に同じ周波数を用いて動作する。転送の失敗が干渉の可能性を示すと、前記ノードは、図13に示すアルゴリズムに従って異なる周波数に移る。これに続いて全てのノードが同期する。全ノードは、周波数ホッピングスキームのホップシーケンスで事前でプログラムされて作動する。更に、それらは全部が同じチャネルに初期化されなければならず、それによって一般にインストール又はバッテリの交換後に「一緒にホップ」することができる。
【0071】
より詳細に言えば、インストール(又はバッテリの交換)時に、インストールする者が手動で、例えばボタンを押すことによって、前記ノードを「初期化」モードにする。次に、前記ノードがその受信機上で切り替わり、例えばチャネル0上で、近くのノードの伝送(又はマスターのビーコン)に「聞き耳」を立てる。適当な時間、例えば数秒又は数分後に何も受信しない場合(電流チャネルが遮断されているため)には、順に次のチャネルに進み、再び待って聞く動作をする。結局、この手段によって、隣のノードからビーコン又はデータバケットを受信することになる。次にそのタイマを再同期させ、ホップインターバルのタイミングを要求し、前記シーケンスに参加し、次のホップ及び伝送期間までスリープする状態に行く。
【0072】
この初期化方法は、前記ノードがインストール時に1度だけ最大出力の受信モードで「オン」状態にいなければならないことを意味している。次に、バッテリの1乃至3年の寿命について(前記802.15.4基準で定義されるように)時間の99.9%はスリープモードに戻ることができる。前記802.15.4基準は約4分までのスリープ期間を許容しているので、前記ノードはこの時間の間最大出力の受信モードでいることができる。これは実際には、しかしながら、インストールする者がこの期間を知らないであろうから、起こりにくいことである。スペクトル分析器(又はハンドヘルトのワイヤレス「スニッファ」)を用いて、次のビーコン伝送が期限となる時を大まかに予測し、かつその直前に「初期化」ボタンを押すことができる。
【0073】
図14に関し、この図は低速ホッピングスキームの利用の一例を示している。これは、2つの建物120と125間で長距離(200m)リンク115上で(コンピュータ127にリンクされたゲートウエイノード126上に指向性14dBiアンテナを用いて)使用される。ノード121の標準802.15.4Zigbee固定チャネル星形ネットワークを第1の建物120内で実行する。これにより、マルチベンダで相互に作業可能なノードを星形ネットワークの工場監視アプリケーションにインストールすることができ、低速ホッピングアルゴリズムが、干渉の危険が大きい長距離限界リンクで使用される。
【0074】
試験及びキャリブレーション
これは、従来、湿度センサでは困難であり、特別なパッケージの取扱い及び電気的接続と共に、湿度を制御した特別なチャンバを必要とする。
【0075】
本発明では、湿度センサ全体が標準的なCMOSプロセスで組み立てられるので、ウエハを出荷する前に通常のウエハレベルのテストにおいて試験しかつ校正することができる。これは、ウエハプローブ及び工場テストの区域が一般に、例えば相対湿度40%の正確な湿度レベルで行われることを利用している。この既知の値を、ソフトウエアの制御下で出力値を正しく校正する際に、前記マイクロコントローラにより後で使用するためにオンチップフラッシュEEPROMメモリ内に格納することができ、又は前記チップのノンフラッシュEEPROMバージョンに用いてポリヒューズをとばし、40%RHでセンサを構成するために使用することができる。この一点校正は、多くの用途、例えば一般に40%である設定値の付近にあるオフィスの空調制御に十分である。より広範な湿度について高い精度が要求される場合には、第2の校正点が必要である。これは、例えば85%RHの封止されたチャンバ、又は乾燥窒素の防湿剤チャンバ(0.001%RH)において、「2回目(second-pass)」のウエハプローブを行うことによって実現される。前記2回目のウエハ試験にはある程度の追加費用が必要であるが、それはパッケージベースでの試験よりも大幅に少ない。
【0076】
ガスの検出
別の実施例では、図15に示すように、酸化錫及び酸化鉄からなる薄膜130を、18ビットシグマ−デルタA/D変換器12の1つの差動コンデンサ132の位置でパシベーション131上にデポジションする。これらの酸化物は、ゾル−ゲルプロセスによって合成され、約120℃〜200℃に加熱され、次にハイブリットインクジェットデポジションによってデポジションされる。前記薄膜は、前記センサ構造に間隔の小さい交差指を使用できることを意味しており、高分解能A/D変換器は、小型のセンサ構造を使用でき、かつ室温での動作においても、依然として僅かな容量の変化を検出可能になることを意味している。
【0077】
図16は別の実施例を示しており、酸化鉄/酸化錫140が最上部の酸化物又はパシベーション141上にデポジションされるが、最上部金属層の電極142に直接接続されて、その値が18ビット変換器によりブリッジ回路の一部分として決定されるレジスタを形成している。
【0078】
図15の酸化物130の代わりに異なる材料を用いることによって、デバイスのアーキテクチュア及び製造プロセスは、水素の検出のためにパラジウムを使用し、SO2、H2Sに対してジルコニア、NO2に対して軟質ポリ塩化ビニル、イソブタンに対してWO3を用いるなどして、異なるガスを検出するように適合させることができる。いずれの場合にも、検出する材料の導電率及び誘電定数の双方が、侵入するガスにより、吸着、又は物理吸着、又は化学吸着によって変化する。従って、15の実施例−容量型、及び16の実施例−抵抗型−を交互に又はオンチップの密に集積化した高分解能変換器と共に用いて、非常に低ppmのガス濃度の測定を実現する。
【0079】
オーディオセンサ
別の実施例では、音声を検出するために、図16に示す構成に圧電ポリマを適用することができる。変換は、主に導電率の変化に基づいている。この場合には、MOS回路層において、18ビットA/D変換器を駆動するバッファを有するブリッジ回路を用いて、音声信号を捕捉する。
【0080】
オーディオセンサ(マイクロフォン)は、例えばモータが動作中である場合、又は警報ベルが鳴っている場合に、それを「聞く」ために遠隔のワイヤレスノード上で有用な特徴である。IEEE802.15.4の0.1%デューティサイクルのために、このオーディオ用の構成が必要であり、前記802.15.4の2.4GHz帯域において250Kb/s最大データレートが、0.1%デューティサイクルにおいて250b/sの持続する一定のデータレートに対応する。可変ビットレートのオーディオ圧縮ブロック(VBR)を用いて15:1又はそれより良い圧縮比を達成し、多くの産業上の低級なオーディオ条件に十分な、3.75Kb/sの有効オーディオビットレートを達成する。
【0081】
任意のセンサ
図17に関し、前記デバイスは光学エミッタ150及び検出器151をも備えることができる。高指向性の深い異方性エッチングを通常のプロセッシングの最後に行って、6層又は7層の全ての誘電体を完全にエッチング除去し、フォトダイオード光センサ151、光子を収集して対応する電流を発生する大きなPN接合、200μm×500μmを露出させる。
【0082】
また、前記エッチングは、本実施例においてこの特定の領域に前記基板の電気化学的エッチングによりプロセスの開始時に作成された多孔質シリコン領域150を出現させる。この中を電流が通ることによって、多孔質シリコンの周知の発光特性により、発光ダイオード(LED)として機能させることができる。前記多孔質領域の周囲に設けられた絶縁トレンチにより、前記基板へ漏れる電流を最少にし、かつ発光効率を改善することができる。
【0083】
多孔質シリコンを形成する電気化学的エッチングは当業者に周知であり、いくつかのCMOSプロセスにおいて利用可能であるが、大部分のCMOSプロセスでは非標準的なものである。別のLED構造は、ドープドポリマ有機発光デバイスである。ハイブリッドインクジェット印刷法を用いて図16に示される方法で電極上に、例えばポリビニルカルバゾール(PVK)膜であるパターン化された発光ドープドポリマ膜を直接デポジションする。
【0084】
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、その構成及び詳細において様々に変化させることができる。例えば、アルミニウムのような、銅以外の導体を配線に用いることができる。また、前記センサデバイスは、無線又はマイクロコントローラ又はフラッシュメモリを持たない、「取り外した」バージョンのセンサ、「湿度対デジタル」センサチップとすることができる。この場合、A/D変換及びセンサのキャリブレーションは、電圧基準回路及びコンデンサアレイにおいて様々なポリヒューズをとばすことによって達成される。試験はA/D変換器の全コードを試験する必要がなく、それによって試験を大幅に簡単化し、費用を低減できることに注意すべきである。また、以下の特徴のいくつか又はそれ以上の特徴を個別に又は上記実施例において説明した以外の方法及びデバイスに組み合わせて提供することができる。即ち、
−低ノイズ増幅器として歪シリコンの使用
−低周波数チャネルの選択/ホッピング
−コンデンサアレイを写したSAR
−多孔質シリコンLED
−オーディオ圧電ポリママイクロフォンセンサ
−低デューティサイクルのオーディオ圧縮及び伝送
−マイクロコントローラの特徴。
【図面の簡単な説明】
【0085】
【図1】本発明の単一チップワイヤレスセンサデバイスを示すブロック図。
【図2】前記デバイスを製造する工程を示すフロー図。
【図3】(a)図は前記デバイスの断面図、(b)図は検出電極の平面図、及び(c)図は電極間の辺縁磁場の範囲を示す図。
【図4】前記デバイスのA/D変換器の概略図。
【図5】別の実施例のセンサ部品を示す図。
【図6】別のセンサ部品を示す断面図。
【図7】別のセンサ部品を示す断面図。
【図8】最終的なパッケージングのためのポッティング構造を示す図。
【図9】センサデバイスの12ビットSAR A/D変換器の回路図。
【図10】SAR変換器のコンデンサアレーの配置図。
【図11】前記デバイスのマイクロコントローラを示すブロック図。
【図12】前記デバイスの歪シリコントランジスタの表面下電流経路を示す断面図。
【図13】ワイヤレストランシーバの周波数選択を示す図。
【図14】本発明のデバイスの通信スキームを示す図。
【図15】ガス検出デバイスの断面図。
【図16】音声センサの概略断面図。
【図17】LED及びフォトダイオードを有するデバイスの実施例の断面図。
【図3(b)】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板に設けられたMOS回路と、
配線導体及び絶縁誘電体を有し、前記基板上に設けられて前記MOS回路を相互接続する配線層とを備え、
前記配線層には、配線誘電体に埋め込まれた電極を有するセンサが組み込まれ、かつ
前記MOS回路が前記センサ電力からの信号を処理するためのプロセッサを有する統合センサデバイス。
【請求項2】
前記センサが、検出されるガスまたは湿度の入口のための多孔質酸化物からなる請求項1に記載の統合センサデバイス。
【請求項3】
前記多孔質酸化物が炭素ドープドSiO2である請求項2に記載の統合センサデバイス。
【請求項4】
前記センサが容量型センサである請求項1乃至3のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項5】
前記センサが前記センサ電極上にパシベーション層を有する請求項4に記載の統合センサデバイス。
【請求項6】
前記多孔質酸化物が前記パシベーション層上にデポジションされ、かつ前記MOS回路が前記電極間の辺縁磁場における変化を検出する請求項5に記載の統合センサデバイス。
【請求項7】
前記配線層間にエッチストップ層を有し、かつ前記パシベーション層がエッチストップ材料と同じ組成からなる請求項5または6に記載の統合センサデバイス。
【請求項8】
前記パシベーション層がSi3N4の組成からなる請求項7に記載の統合センサデバイス。
【請求項9】
前記パシベーション層が前記検出電極上に凹部を設けられている請求項5乃至8のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項10】
前記凹部に多孔質酸化物膜が設けられている請求項9に記載の統合センサデバイス。
【請求項11】
前記多孔質酸化物が前記電極間に配置されかつ露出している請求項1乃至4のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項12】
前記MOS回路が垂直寸法において前記センサのすぐ下側にある請求項1乃至11のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項13】
前記MOS回路が温度センサを有する請求項1乃至12のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項14】
前記温度センサがPNPトランジスタからなる請求項13に記載の統合センサデバイス。
【請求項15】
前記MOS回路が、前記ガスまたは湿度センサからのガスまたは湿度信号と前記温度センサからの温度信号との両方を処理して拡張出力を供給するためのマイクロコントローラを有する請求項13または14に記載の統合センサデバイス。
【請求項16】
前記拡張出力が温度補正したガスまたは湿度読取り値である請求項15に記載の統合センサデバイス。
【請求項17】
前記センサが前記センサ電極上にデポジションされたポリイミドを有する請求項1に記載の統合センサデバイス。
【請求項18】
前記MOS回路が、前記センサ電極と前記プロセッサとの間を接続するA/D変換器を有する請求項1乃至17のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項19】
前記A/D変換器が、能動型A/D変換器コンデンサを取り巻く定数トポグラフィを有するダミーコンデンサのアレイを有する請求項18に記載の統合センサデバイス。
【請求項20】
発光ダイオードを更に備える請求項1乃至19のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項21】
前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層へのディープトレンチで形成されている請求項20に記載の統合センサデバイス。
【請求項22】
光検出ダイオードを備える請求項1乃至21のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項23】
前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層のディープトレンチに設けられている請求項22に記載の統合センサデバイス。
【請求項24】
前記MOS回路がワイヤレストランシーバを有する請求項1乃至23のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項25】
前記ワイヤレストランシーバがネットワークの他のノードとの通信用のものであり、かつ干渉の検出時に低周波数チャネルスイッチングスキームに従ってチャネル周波数を切り換えるための手段を有する請求項24に記載の統合センサデバイス。
【請求項26】
配線層が低ノイズ増幅器を有する請求項24または25に記載の統合センサデバイス。
【請求項27】
前記低ノイズ増幅器が導体の下側の歪みシリコン領域からなる請求項26に記載の統合センサデバイス。
【請求項28】
前記歪みシリコンが前記基板上の第5または第6配線層にある請求項23に記載の統合センサデバイス。
【請求項29】
前記センサが、前記デバイスの上面のパッド間を接続する検出素子からなる請求項1乃至28のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項30】
前記素子がガス検出薄膜である請求項29に記載の統合センサデバイス。
【請求項31】
前記素子が酸化錫の組成からなる請求項30に記載の統合センサデバイス。
【請求項32】
前記素子が音声を検出し、かつ前記MOS回路が前記素子からの信号を処理するためのオーディオプロセッサを有する請求項29に記載の統合センサデバイス。
【請求項33】
請求項1乃至32のいずれかに記載のセンサデバイスを製造する方法であって、
前記基板に前記MOS回路を組み立てる工程と、
前記MOS回路を相互接続する配線設計に従って連続組立てサイクルで前記配線層を組み立てる工程と、
最後の配線層に前記センサ電極及び誘電体を組み立てる工程とからなる方法。
【請求項34】
最上部の前記配線層の上にパシベーション層をデポジションする工程を更に有する請求項33に記載の方法。
【請求項35】
前記各配線層の誘電体からなる各層の上にエッチストップ層をデポジションする工程と、前記最上部配線層の誘電体の上にエッチストップ材料をデポジションして前記パシベーション層を設ける工程とを備える請求項34に記載の方法。
【請求項36】
下層側配線層に誘電体として多孔質酸化物を設け、かつ上層側配線層に誘電体として規則的酸化物を用いる請求項33乃至35のいずれかに記載の方法。
【請求項37】
上層側配線層に歪み低ノイズ増幅器がデポジションされ、前記増幅器が歪みシリコン領域からなる請求項33乃至36のいずれかに記載の方法。
【請求項1】
半導体基板に設けられたMOS回路と、
配線導体及び絶縁誘電体を有し、前記基板上に設けられて前記MOS回路を相互接続する配線層とを備え、
前記配線層には、配線誘電体に埋め込まれた電極を有するセンサが組み込まれ、かつ
前記MOS回路が前記センサ電力からの信号を処理するためのプロセッサを有する統合センサデバイス。
【請求項2】
前記センサが、検出されるガスまたは湿度の入口のための多孔質酸化物からなる請求項1に記載の統合センサデバイス。
【請求項3】
前記多孔質酸化物が炭素ドープドSiO2である請求項2に記載の統合センサデバイス。
【請求項4】
前記センサが容量型センサである請求項1乃至3のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項5】
前記センサが前記センサ電極上にパシベーション層を有する請求項4に記載の統合センサデバイス。
【請求項6】
前記多孔質酸化物が前記パシベーション層上にデポジションされ、かつ前記MOS回路が前記電極間の辺縁磁場における変化を検出する請求項5に記載の統合センサデバイス。
【請求項7】
前記配線層間にエッチストップ層を有し、かつ前記パシベーション層がエッチストップ材料と同じ組成からなる請求項5または6に記載の統合センサデバイス。
【請求項8】
前記パシベーション層がSi3N4の組成からなる請求項7に記載の統合センサデバイス。
【請求項9】
前記パシベーション層が前記検出電極上に凹部を設けられている請求項5乃至8のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項10】
前記凹部に多孔質酸化物膜が設けられている請求項9に記載の統合センサデバイス。
【請求項11】
前記多孔質酸化物が前記電極間に配置されかつ露出している請求項1乃至4のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項12】
前記MOS回路が垂直寸法において前記センサのすぐ下側にある請求項1乃至11のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項13】
前記MOS回路が温度センサを有する請求項1乃至12のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項14】
前記温度センサがPNPトランジスタからなる請求項13に記載の統合センサデバイス。
【請求項15】
前記MOS回路が、前記ガスまたは湿度センサからのガスまたは湿度信号と前記温度センサからの温度信号との両方を処理して拡張出力を供給するためのマイクロコントローラを有する請求項13または14に記載の統合センサデバイス。
【請求項16】
前記拡張出力が温度補正したガスまたは湿度読取り値である請求項15に記載の統合センサデバイス。
【請求項17】
前記センサが前記センサ電極上にデポジションされたポリイミドを有する請求項1に記載の統合センサデバイス。
【請求項18】
前記MOS回路が、前記センサ電極と前記プロセッサとの間を接続するA/D変換器を有する請求項1乃至17のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項19】
前記A/D変換器が、能動型A/D変換器コンデンサを取り巻く定数トポグラフィを有するダミーコンデンサのアレイを有する請求項18に記載の統合センサデバイス。
【請求項20】
発光ダイオードを更に備える請求項1乃至19のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項21】
前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層へのディープトレンチで形成されている請求項20に記載の統合センサデバイス。
【請求項22】
光検出ダイオードを備える請求項1乃至21のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項23】
前記ダイオードが、前記センサ電極の側方に下層側配線層のディープトレンチに設けられている請求項22に記載の統合センサデバイス。
【請求項24】
前記MOS回路がワイヤレストランシーバを有する請求項1乃至23のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項25】
前記ワイヤレストランシーバがネットワークの他のノードとの通信用のものであり、かつ干渉の検出時に低周波数チャネルスイッチングスキームに従ってチャネル周波数を切り換えるための手段を有する請求項24に記載の統合センサデバイス。
【請求項26】
配線層が低ノイズ増幅器を有する請求項24または25に記載の統合センサデバイス。
【請求項27】
前記低ノイズ増幅器が導体の下側の歪みシリコン領域からなる請求項26に記載の統合センサデバイス。
【請求項28】
前記歪みシリコンが前記基板上の第5または第6配線層にある請求項23に記載の統合センサデバイス。
【請求項29】
前記センサが、前記デバイスの上面のパッド間を接続する検出素子からなる請求項1乃至28のいずれかに記載の統合センサデバイス。
【請求項30】
前記素子がガス検出薄膜である請求項29に記載の統合センサデバイス。
【請求項31】
前記素子が酸化錫の組成からなる請求項30に記載の統合センサデバイス。
【請求項32】
前記素子が音声を検出し、かつ前記MOS回路が前記素子からの信号を処理するためのオーディオプロセッサを有する請求項29に記載の統合センサデバイス。
【請求項33】
請求項1乃至32のいずれかに記載のセンサデバイスを製造する方法であって、
前記基板に前記MOS回路を組み立てる工程と、
前記MOS回路を相互接続する配線設計に従って連続組立てサイクルで前記配線層を組み立てる工程と、
最後の配線層に前記センサ電極及び誘電体を組み立てる工程とからなる方法。
【請求項34】
最上部の前記配線層の上にパシベーション層をデポジションする工程を更に有する請求項33に記載の方法。
【請求項35】
前記各配線層の誘電体からなる各層の上にエッチストップ層をデポジションする工程と、前記最上部配線層の誘電体の上にエッチストップ材料をデポジションして前記パシベーション層を設ける工程とを備える請求項34に記載の方法。
【請求項36】
下層側配線層に誘電体として多孔質酸化物を設け、かつ上層側配線層に誘電体として規則的酸化物を用いる請求項33乃至35のいずれかに記載の方法。
【請求項37】
上層側配線層に歪み低ノイズ増幅器がデポジションされ、前記増幅器が歪みシリコン領域からなる請求項33乃至36のいずれかに記載の方法。
【図8】
【図10】
【図16】
【図1】
【図2】
【図3(a)】
【図3(c)】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図9】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【図10】
【図16】
【図1】
【図2】
【図3(a)】
【図3(c)】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図9】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図17】
【公表番号】特表2007−535662(P2007−535662A)
【公表日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−505733(P2007−505733)
【出願日】平成17年3月30日(2005.3.30)
【国際出願番号】PCT/IE2005/000033
【国際公開番号】WO2005/095936
【国際公開日】平成17年10月13日(2005.10.13)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.ZIGBEE
【出願人】(506330427)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年12月6日(2007.12.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年3月30日(2005.3.30)
【国際出願番号】PCT/IE2005/000033
【国際公開番号】WO2005/095936
【国際公開日】平成17年10月13日(2005.10.13)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.ZIGBEE
【出願人】(506330427)
【Fターム(参考)】
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