JP2002270856A - 集積型マルチセンサ - Google Patents
集積型マルチセンサInfo
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- JP2002270856A JP2002270856A JP2001068706A JP2001068706A JP2002270856A JP 2002270856 A JP2002270856 A JP 2002270856A JP 2001068706 A JP2001068706 A JP 2001068706A JP 2001068706 A JP2001068706 A JP 2001068706A JP 2002270856 A JP2002270856 A JP 2002270856A
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- sensor
- circuit
- integrated
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- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 小型で多機能、低消費電力のマルチセンシン
グシステムを構築し、携帯型情報収集機構を実現する。 【解決手段】 集積型マルチセンサはＳＯＩウエハを初
期材料として用い、この上に各種センサ３０，３２，３
４，３９とその周辺回路３１，３３，３５，３６，３
７，３８，３１０を集積する。シリコン支持層、中間酸
化膜及び活性層の３層で構成されるシリコンオンインシ
ュレータウエハが複数のプラットフォーム１１〜１３に
区画され、該複数の各プラットフォーム１１〜１３には
環境パラメータに応動するセンサ部又は環境パラメータ
を検知するセンサ回路と上記センサ部又はセンサ回路の
信号を処理する周辺回路が集積回路構造に形成されてい
ることを特徴とする。
グシステムを構築し、携帯型情報収集機構を実現する。 【解決手段】 集積型マルチセンサはＳＯＩウエハを初
期材料として用い、この上に各種センサ３０，３２，３
４，３９とその周辺回路３１，３３，３５，３６，３
７，３８，３１０を集積する。シリコン支持層、中間酸
化膜及び活性層の３層で構成されるシリコンオンインシ
ュレータウエハが複数のプラットフォーム１１〜１３に
区画され、該複数の各プラットフォーム１１〜１３には
環境パラメータに応動するセンサ部又は環境パラメータ
を検知するセンサ回路と上記センサ部又はセンサ回路の
信号を処理する周辺回路が集積回路構造に形成されてい
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は環境センシングに最
適な集積型マルチセンサに関し、特に低消費電力化を実
現して超小型・低コスト化を図ったセンサに関する。
適な集積型マルチセンサに関し、特に低消費電力化を実
現して超小型・低コスト化を図ったセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】環境センシングは運輸・物流、気象・地
震検知、生体観測、医療分野等、さまざまな領域で求め
られている。
震検知、生体観測、医療分野等、さまざまな領域で求め
られている。
【０００３】例えば、運輸・物流の分野では輸送・搬送
中における環境の情報化の研究が行われ、環境センシン
グシステムの試作・検討が行われている。現在の輸送シ
ステムでは荷物にバーコード等でナンバリングし、荷物
の発着状況の管理は行われているが、その途中経路の荷
物の状態については管理されておらず、輸送状況の詳細
な環境データが必要とされている。輸送・搬送中におけ
る環境の情報化とは輸送又は搬送中における荷物の状
態、例えば温度、気圧、衝撃、天地、湿度等をリアルタ
イムでモニタし、その観測データを蓄積して輸送・搬送
の品質を向上させようとするものである。
中における環境の情報化の研究が行われ、環境センシン
グシステムの試作・検討が行われている。現在の輸送シ
ステムでは荷物にバーコード等でナンバリングし、荷物
の発着状況の管理は行われているが、その途中経路の荷
物の状態については管理されておらず、輸送状況の詳細
な環境データが必要とされている。輸送・搬送中におけ
る環境の情報化とは輸送又は搬送中における荷物の状
態、例えば温度、気圧、衝撃、天地、湿度等をリアルタ
イムでモニタし、その観測データを蓄積して輸送・搬送
の品質を向上させようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】環境センシングシステ
ムの例としては、２つの基板と電源とを組み合わせて構
成し、一方の基板上には温度センサ、湿度センサ、圧力
センサ、加速度／衝撃センサ等の市販パッケージセンサ
を密集実装し、ディスクリート部品による周辺回路でア
ナログ処理を行い、他方の基板には測定データのＡ／Ｄ
変換、マイコン処理、メモリによるストレージ、通信を
行う機能回路を搭載するようにした方式が考えられる。
ムの例としては、２つの基板と電源とを組み合わせて構
成し、一方の基板上には温度センサ、湿度センサ、圧力
センサ、加速度／衝撃センサ等の市販パッケージセンサ
を密集実装し、ディスクリート部品による周辺回路でア
ナログ処理を行い、他方の基板には測定データのＡ／Ｄ
変換、マイコン処理、メモリによるストレージ、通信を
行う機能回路を搭載するようにした方式が考えられる。
【０００５】しかし、かかる環境センシングシステムは
その構造上、消費電力が比較的大きく、電源として比較
的容量の大きなバッテリを用いる必要があり，大きさ及
びコストの点でプロトタイプの域を脱しておらず、実用
上はより一層の小型化及び低コスト化が要求されてい
た。
その構造上、消費電力が比較的大きく、電源として比較
的容量の大きなバッテリを用いる必要があり，大きさ及
びコストの点でプロトタイプの域を脱しておらず、実用
上はより一層の小型化及び低コスト化が要求されてい
た。
【０００６】本発明はかかる状況において、低消費電力
化を実現して超小型・低コスト化を図った集積型マルチ
センサを提供することを課題とする。
化を実現して超小型・低コスト化を図った集積型マルチ
センサを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明に係る集
積型マルチセンサは、シリコン支持層、中間酸化膜及び
活性層の３層で構成されるシリコンオンインシュレータ
ウエハが複数のプラットフォームに区画され、該複数の
各プラットフォームには環境パラメータに応動するセン
サ部又は環境パラメータを検知するセンサ回路と上記セ
ンサ部又はセンサ回路の信号を処理する周辺回路が集積
回路構造に形成されていることを特徴とする。
積型マルチセンサは、シリコン支持層、中間酸化膜及び
活性層の３層で構成されるシリコンオンインシュレータ
ウエハが複数のプラットフォームに区画され、該複数の
各プラットフォームには環境パラメータに応動するセン
サ部又は環境パラメータを検知するセンサ回路と上記セ
ンサ部又はセンサ回路の信号を処理する周辺回路が集積
回路構造に形成されていることを特徴とする。
【０００８】本発明の特徴の１つはシリコンオンインシ
ュレータウエハ（以下、ＳＯＩウエハという）の特性、
即ち均一な膜厚の単結晶シリコン構造が無応力で得ら
れ、マイクロマシニング材料に最適であるという特性に
着目し、ＳＯＩウエハ上にセンサ部又はセンサ回路とそ
の周辺回路とを集積回路構造に形成するようにした点に
ある。
ュレータウエハ（以下、ＳＯＩウエハという）の特性、
即ち均一な膜厚の単結晶シリコン構造が無応力で得ら
れ、マイクロマシニング材料に最適であるという特性に
着目し、ＳＯＩウエハ上にセンサ部又はセンサ回路とそ
の周辺回路とを集積回路構造に形成するようにした点に
ある。
【０００９】これにより、環境パラメータに応動するセ
ンサ部をＳＯＩウエハを微細加工して作り込むことがで
き、しかも中間酸化膜をエッチングストップとして利用
して微細加工を高精度に行うことができる。
ンサ部をＳＯＩウエハを微細加工して作り込むことがで
き、しかも中間酸化膜をエッチングストップとして利用
して微細加工を高精度に行うことができる。
【００１０】また、センサ部又はセンサ回路とその周辺
回路を集積回路構造に構成しているので、消費電力を大
幅に低減できるとともに、マルチセンサの小型化及び低
コスト化を実現でき、さまざまな領域における環境セン
シングに実用的に用いることが可能となる。
回路を集積回路構造に構成しているので、消費電力を大
幅に低減できるとともに、マルチセンサの小型化及び低
コスト化を実現でき、さまざまな領域における環境セン
シングに実用的に用いることが可能となる。
【００１１】即ち、本発明に係る集積型マルチセンサは
輸送・移動中におけるデータ収録・通信、人体等に対す
る環境負荷のデータ収録・通信又は携帯型装置の一部と
して用いられることが期待される。
輸送・移動中におけるデータ収録・通信、人体等に対す
る環境負荷のデータ収録・通信又は携帯型装置の一部と
して用いられることが期待される。
【００１２】環境パラメータとは温度、湿度、圧力及び
加速度・衝撃の物理量の他、赤外線、超音波、ガス濃度
等、センシングを求められるあらゆるパラメータを含
む。
加速度・衝撃の物理量の他、赤外線、超音波、ガス濃度
等、センシングを求められるあらゆるパラメータを含
む。
【００１３】例えば、物理量をセンシングするマルチセ
ンサを構成する場合、ＳＯＩウエハ上には温度、湿度、
圧力及び加速度／衝撃力のうちの少なくとも２つの環境
パラメータを検知するセンサ回路とその周辺回路を集積
回路として構成することができる。
ンサを構成する場合、ＳＯＩウエハ上には温度、湿度、
圧力及び加速度／衝撃力のうちの少なくとも２つの環境
パラメータを検知するセンサ回路とその周辺回路を集積
回路として構成することができる。
【００１４】周辺回路はセンサ部やセンサ回路の特性や
機能に応じて適宜選択するが、例えば低消費電流化を可
能にするパワーダウン機能、増幅機能、信号補償機能、
信号処理機能を実現する周辺回路を含むことができる。
機能に応じて適宜選択するが、例えば低消費電流化を可
能にするパワーダウン機能、増幅機能、信号補償機能、
信号処理機能を実現する周辺回路を含むことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す具体例
に基づいて詳細に説明する。図１ないし図１３は本発明
に係る集積型マルチセンサの好ましい実施形態を示す。
図１及び図２に示されるように、本例のマルチセンサ１
０は横１０ｍｍ、縦１５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの大きさ
を有し、ＳＯＩウエハ２０が３つのプラットフォーム１
１、１２、１３に区画され、プラットフォーム１１には
加速度・衝撃センサ部３０と周辺回路３１、３６が集積
回路構造に構成され、プラットフォーム１２には圧力セ
ンサ部３２、温度センサ回路３３と周辺回路３７、３９
が集積回路構造に構成され、プラットフォーム１３には
湿度センサ回路３４と周辺回路３５、３８、３１０が集
積回路構造に構成され、いずれも基本的にはバイポーラ
集積回路プロセルを用いて構成されている。
に基づいて詳細に説明する。図１ないし図１３は本発明
に係る集積型マルチセンサの好ましい実施形態を示す。
図１及び図２に示されるように、本例のマルチセンサ１
０は横１０ｍｍ、縦１５ｍｍ、厚さ１．６ｍｍの大きさ
を有し、ＳＯＩウエハ２０が３つのプラットフォーム１
１、１２、１３に区画され、プラットフォーム１１には
加速度・衝撃センサ部３０と周辺回路３１、３６が集積
回路構造に構成され、プラットフォーム１２には圧力セ
ンサ部３２、温度センサ回路３３と周辺回路３７、３９
が集積回路構造に構成され、プラットフォーム１３には
湿度センサ回路３４と周辺回路３５、３８、３１０が集
積回路構造に構成され、いずれも基本的にはバイポーラ
集積回路プロセルを用いて構成されている。
【００１６】ＳＯＩウエハ２０はシリコン支持層２１、
中間酸化膜２２及び活性層２３の３層構造をなしてい
る。なお、本例のウエハ２０では厚さ６２５μｍのシリ
コン支持層２１厚さ１μｍの中間酸化膜２２及び厚さ８
μｍの活性層２３の貼り合わせたＳＯＩウエハ上に埋込
みパターン拡散後、１７μｍ厚のエピタキシャル成長を
行っている。エピタキシャル工程の条件は通常のウエハ
と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
中間酸化膜２２及び活性層２３の３層構造をなしてい
る。なお、本例のウエハ２０では厚さ６２５μｍのシリ
コン支持層２１厚さ１μｍの中間酸化膜２２及び厚さ８
μｍの活性層２３の貼り合わせたＳＯＩウエハ上に埋込
みパターン拡散後、１７μｍ厚のエピタキシャル成長を
行っている。エピタキシャル工程の条件は通常のウエハ
と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１７】プラットフォーム１１〜１３は図３に示さ
れるように、縦５ｍｍ、横１０ｍｍの大きさをなし、左
側のセンサブロック１４と右側の回路ブロック１５の２
つの基本チップに区画されている。右側の回路ブロック
１５では同一構成の４つのセル１８からなり、１セル当
たりオペアンプ１個分程度を作製可能な回路規模の素子
数が配置されるようになっている。
れるように、縦５ｍｍ、横１０ｍｍの大きさをなし、左
側のセンサブロック１４と右側の回路ブロック１５の２
つの基本チップに区画されている。右側の回路ブロック
１５では同一構成の４つのセル１８からなり、１セル当
たりオペアンプ１個分程度を作製可能な回路規模の素子
数が配置されるようになっている。
【００１８】左側のセンサブロック１４では縦３ｍｍ、
横４ｍｍ程度のセンサ作製領域１６がレイアウトされ、
その上方には回路ブロック１５の１セル分程度の素子を
配置できる回路作製領域１７が設けられ、センサと密接
した信号処理を行えるようになっている。なお、基本チ
ップは自由にダイシング可能で、回路規模やセンサ数に
応じてブロックを選択することにより、汎用的な集積型
センサを容易に構築できる。
横４ｍｍ程度のセンサ作製領域１６がレイアウトされ、
その上方には回路ブロック１５の１セル分程度の素子を
配置できる回路作製領域１７が設けられ、センサと密接
した信号処理を行えるようになっている。なお、基本チ
ップは自由にダイシング可能で、回路規模やセンサ数に
応じてブロックを選択することにより、汎用的な集積型
センサを容易に構築できる。
【００１９】プラットフォーム１１ではセンサブロック
１４にピエゾ抵抗型３軸加速度（衝撃）センサ３０とオ
フセット調整回路３６、回路ブロック１５に４回路の加
速度センサ用差動増幅器３１・・・が設けられている。
１４にピエゾ抵抗型３軸加速度（衝撃）センサ３０とオ
フセット調整回路３６、回路ブロック１５に４回路の加
速度センサ用差動増幅器３１・・・が設けられている。
【００２０】プラットフォーム１２ではセンサブロック
１４にピエゾ抵抗型メンブレン式圧力センサ３２とオフ
セット調整回路３７、回路ブロック１５に圧力センサ用
差動増幅器３３とバンドギャップ型温度センサ３９が設
けられている。
１４にピエゾ抵抗型メンブレン式圧力センサ３２とオフ
セット調整回路３７、回路ブロック１５に圧力センサ用
差動増幅器３３とバンドギャップ型温度センサ３９が設
けられている。
【００２１】プラットフォーム１３ではセンサブロック
１４に湿度センサ用感湿ポリイミド膜３４とオフセット
調整回路３８、回路ブロック１５に湿度センサ用発振器
３５と２回路の標準オペアンプ３１０が設けられてい
る。
１４に湿度センサ用感湿ポリイミド膜３４とオフセット
調整回路３８、回路ブロック１５に湿度センサ用発振器
３５と２回路の標準オペアンプ３１０が設けられてい
る。
【００２２】図４に本例のバンドギャップ型温度センサ
３３の回路構成例を示し、温度変化に対するトランジス
タのバンドギャップ電圧を差動増幅し、温度変化から直
接電圧出力が得られる構成となっている。なお、センサ
感度の決定に拡散抵抗を用いており、拡散抵抗の温度計
数の大きさが問題となるので、薄膜抵抗等も検討する必
要がある。また、回路規模としては回路ブロック１５の
１セルに収まるものであるが、高抵抗を必要とし、他セ
ルの抵抗を使用する必要があるので、３セル分の面積を
使用している。さらに、温度センサは他のセンサ（圧力
センサや湿度センサ）の温度補償に必要不可欠であり、
温度特性に優れた回路構成にするのが望ましい。
３３の回路構成例を示し、温度変化に対するトランジス
タのバンドギャップ電圧を差動増幅し、温度変化から直
接電圧出力が得られる構成となっている。なお、センサ
感度の決定に拡散抵抗を用いており、拡散抵抗の温度計
数の大きさが問題となるので、薄膜抵抗等も検討する必
要がある。また、回路規模としては回路ブロック１５の
１セルに収まるものであるが、高抵抗を必要とし、他セ
ルの抵抗を使用する必要があるので、３セル分の面積を
使用している。さらに、温度センサは他のセンサ（圧力
センサや湿度センサ）の温度補償に必要不可欠であり、
温度特性に優れた回路構成にするのが望ましい。
【００２３】図５は湿度センサ部３４の構造を示し、Ｓ
ＯＩウエハ２０上には第１層目アルミ配線３４０、ポリ
イミド層間絶縁膜３４１、メッシュ状の第２層目アルミ
配線３４２が形成されている。即ち、本例では集積回路
の２層配線構造を利用し、中間絶縁膜であるポリイミド
３４１の誘電率が吸湿によって変化することを利用し、
湿度検出を行うようになっている。高感度化のためには
広い面積を必要とするので、本例てはセンサ作製領域１
６５の全体にポリイミド層間絶縁膜３４１を形成してい
る。
ＯＩウエハ２０上には第１層目アルミ配線３４０、ポリ
イミド層間絶縁膜３４１、メッシュ状の第２層目アルミ
配線３４２が形成されている。即ち、本例では集積回路
の２層配線構造を利用し、中間絶縁膜であるポリイミド
３４１の誘電率が吸湿によって変化することを利用し、
湿度検出を行うようになっている。高感度化のためには
広い面積を必要とするので、本例てはセンサ作製領域１
６５の全体にポリイミド層間絶縁膜３４１を形成してい
る。
【００２４】図６はポリイミド層間絶縁膜３４１を湿度
センサとして利用するための回路構成例を示す。本例で
は簡易なインピーダンス測定回路を用いている。発振器
３５の出力をポリイミド層間絶縁膜３４１のキャパシタ
に入力し、出力電流を電流入力型絶対値アンプ３１２で
電圧に変換し整流し、湿度に対するインピーダンス変化
の非線形性を補償するために疑似対数アンプ３１１で増
幅し、湿度変化に対してリニアな電圧出力を得るように
なっている。
センサとして利用するための回路構成例を示す。本例で
は簡易なインピーダンス測定回路を用いている。発振器
３５の出力をポリイミド層間絶縁膜３４１のキャパシタ
に入力し、出力電流を電流入力型絶対値アンプ３１２で
電圧に変換し整流し、湿度に対するインピーダンス変化
の非線形性を補償するために疑似対数アンプ３１１で増
幅し、湿度変化に対してリニアな電圧出力を得るように
なっている。
【００２５】図７は加速度センサ部３０の構造例を示
す。本例ではＳＯＩウエハ２０の膜厚２５μｍの活性層
２３を十字形状のメンブレン梁３００として用い、ＩＣ
Ｐ−ＲＩＥ加工で形成された膜厚６２５μｍの支持層２
１のクローバー型プルーフマス３０１を支持した構造と
なっている。プローフマス３０１は十字梁３００のみで
支えられ、加速度の印加によって自由に変位できるよう
になっている。この変位を支持梁３００に形成された歪
みゲージ３０２で検出し、加速度を測定するのが基本動
作原理である。
す。本例ではＳＯＩウエハ２０の膜厚２５μｍの活性層
２３を十字形状のメンブレン梁３００として用い、ＩＣ
Ｐ−ＲＩＥ加工で形成された膜厚６２５μｍの支持層２
１のクローバー型プルーフマス３０１を支持した構造と
なっている。プローフマス３０１は十字梁３００のみで
支えられ、加速度の印加によって自由に変位できるよう
になっている。この変位を支持梁３００に形成された歪
みゲージ３０２で検出し、加速度を測定するのが基本動
作原理である。
【００２６】応力が最大となる点は、十字梁３００とプ
ローフマス３０１の接合部、十字梁３００と周囲の支持
フレームの接合部であるので、その近傍に歪みゲージ３
０２を形成している。本例では９０°直交対称であるの
で、ｘ軸方向及びｙ軸方向の加速度について応動する。
ローフマス３０１の接合部、十字梁３００と周囲の支持
フレームの接合部であるので、その近傍に歪みゲージ３
０２を形成している。本例では９０°直交対称であるの
で、ｘ軸方向及びｙ軸方向の加速度について応動する。
【００２７】図８は加速度センサの検出回路の構成例を
示す。差動変化を行う４組みのピエゾ抵抗（歪みゲージ
３０２）の対が２組みずつｘｙ軸直交に配置された回路
を表している。本センサは一般的な３軸加速度センサの
構造を踏襲しており、３軸の加速度変化に対して４出力
となるが、各々の出力を加減算することにより、ｘｙｚ
の３軸の加速度を検出することができる。歪み検出は抵
抗ブリッジに電圧を印加し、加速度で作用すると中間電
位が変化することを利用している。この変化は直接出力
するのではなく、固定リファレンス抵抗との電位差とし
て出力して、ピエゾ抵抗の温度特性をキャンセルするよ
うにしている。固定リファレンス抵抗はピエゾ抵抗の面
方位依存性を考慮して、ｘ軸、ｙ軸それぞれに対応した
方向に同一形状で形成している。抵抗ブリッジに常時電
圧を印加するのは電力消費の点から好ましくないので、
正電圧印加部にトランジスタスイッチを設け、間欠的な
通電・検出ができるようにしている。また、負電圧印加
部は０電位に固定するのではなく、ピエゾ抵抗のバラツ
キによるオフセットを調整できるようにバッファアンプ
を介した電圧コントロール端子を設けている。
示す。差動変化を行う４組みのピエゾ抵抗（歪みゲージ
３０２）の対が２組みずつｘｙ軸直交に配置された回路
を表している。本センサは一般的な３軸加速度センサの
構造を踏襲しており、３軸の加速度変化に対して４出力
となるが、各々の出力を加減算することにより、ｘｙｚ
の３軸の加速度を検出することができる。歪み検出は抵
抗ブリッジに電圧を印加し、加速度で作用すると中間電
位が変化することを利用している。この変化は直接出力
するのではなく、固定リファレンス抵抗との電位差とし
て出力して、ピエゾ抵抗の温度特性をキャンセルするよ
うにしている。固定リファレンス抵抗はピエゾ抵抗の面
方位依存性を考慮して、ｘ軸、ｙ軸それぞれに対応した
方向に同一形状で形成している。抵抗ブリッジに常時電
圧を印加するのは電力消費の点から好ましくないので、
正電圧印加部にトランジスタスイッチを設け、間欠的な
通電・検出ができるようにしている。また、負電圧印加
部は０電位に固定するのではなく、ピエゾ抵抗のバラツ
キによるオフセットを調整できるようにバッファアンプ
を介した電圧コントロール端子を設けている。
【００２８】図９は歪みゲージ３０２とリファレンス抵
抗の差動増幅に利用する回路の例を示す。
抗の差動増幅に利用する回路の例を示す。
【００２９】図１０は圧力センサ部３２の構造例を示
す。本例の圧力センサ部３２ではＳＯＩウエハ２０の厚
さ２５μｍの活性層２３をメンブレンとし、ガラス基板
２４との接合でチャンバを形成している。その構造上、
メンブレン中央部と周囲フレーム端部で大きな応力が発
生するので、加速度センサの場合と同様に、リファレン
ス抵抗との差動抵抗変化を検出する回路（図１１参照）
を用い、温度補償をおこなっている。なお、圧力センサ
部３２はチャンバ内気体の熱膨張によってオフセット出
力が大きく変化するので、チャンバ形成工程、即ちシリ
コン・ガラス基板の接合工程を真空中で行うか、又は温
度センサの観測データから計算によって補正を行うのが
よい。なお、図中、３２０は歪みゲージである。
す。本例の圧力センサ部３２ではＳＯＩウエハ２０の厚
さ２５μｍの活性層２３をメンブレンとし、ガラス基板
２４との接合でチャンバを形成している。その構造上、
メンブレン中央部と周囲フレーム端部で大きな応力が発
生するので、加速度センサの場合と同様に、リファレン
ス抵抗との差動抵抗変化を検出する回路（図１１参照）
を用い、温度補償をおこなっている。なお、圧力センサ
部３２はチャンバ内気体の熱膨張によってオフセット出
力が大きく変化するので、チャンバ形成工程、即ちシリ
コン・ガラス基板の接合工程を真空中で行うか、又は温
度センサの観測データから計算によって補正を行うのが
よい。なお、図中、３２０は歪みゲージである。
【００３０】図１２はピエゾ抵抗の作製プロセスを示
す。ピエゾ抵抗はシリコン基板上の抵抗がシリコン応力
に応じて変化するピエゾ抵抗効果を利用して歪み測定を
行うものである。標準バイポーラ工程ではエミッタリン
拡散後にリンガラス除去、ウエット酸化、最終拡散を行
うが、本例のピエゾ抵抗を作製する場合にはリンガラス
除去後に、ピエゾ抵抗形成用イオン注入の工程を挿入し
ている。注入完了後のウエハはレジスト除去後に通常の
バイポーラプロセスに戻し、ウエット酸化、最終拡散を
行う。
す。ピエゾ抵抗はシリコン基板上の抵抗がシリコン応力
に応じて変化するピエゾ抵抗効果を利用して歪み測定を
行うものである。標準バイポーラ工程ではエミッタリン
拡散後にリンガラス除去、ウエット酸化、最終拡散を行
うが、本例のピエゾ抵抗を作製する場合にはリンガラス
除去後に、ピエゾ抵抗形成用イオン注入の工程を挿入し
ている。注入完了後のウエハはレジスト除去後に通常の
バイポーラプロセスに戻し、ウエット酸化、最終拡散を
行う。
【００３１】図１３はＩＣＰ−ＲＩＥポストプロセスに
よるマイクロマシニング工程を示している。ＩＣＰ−Ｒ
ＩＥプロセスはドライエッチングで非常にアスペクト比
の高い加工を行え、高精度のマイクロセンサの作製に適
している。
よるマイクロマシニング工程を示している。ＩＣＰ−Ｒ
ＩＥプロセスはドライエッチングで非常にアスペクト比
の高い加工を行え、高精度のマイクロセンサの作製に適
している。
【００３２】バイポーラ集積回路工程を完了したＳＯＩ
ウエハ２０の回路面をレジストにより保護し、裏面のマ
イクロマシン面のフォトリソを行う。フォトリソには厚
膜レジストを用い、１０μｍのポジレジストマスクで６
２５μｍの貫通エッチングを行っている。エッチングが
中間酸化膜２２まで達すると、保護レジストを剥離し、
基板ガラス２４に接合する。ガラス基板・シリコンの接
合にはＣＹＴＯＰ（アサヒガラス社、商品名）の熱圧着
プロセスを用いる。ガラス基板にＣＹＴＯＰをプリベー
クした後、加工したＳＯＩウエハとアライメントして密
着させ、１６０°Ｃ、６０分の熱処理によって接合す
る。陽極接合とは異なり、低温かつ高電圧を加えること
なく接合できるので、集積回路を損傷することなく接合
できる。最後に、集積回路面のフォトリソを行い、ＲＩ
Ｅで活性層を貫通エッチングし、中間酸化膜をウエット
エッチングにより除去して完成する。
ウエハ２０の回路面をレジストにより保護し、裏面のマ
イクロマシン面のフォトリソを行う。フォトリソには厚
膜レジストを用い、１０μｍのポジレジストマスクで６
２５μｍの貫通エッチングを行っている。エッチングが
中間酸化膜２２まで達すると、保護レジストを剥離し、
基板ガラス２４に接合する。ガラス基板・シリコンの接
合にはＣＹＴＯＰ（アサヒガラス社、商品名）の熱圧着
プロセスを用いる。ガラス基板にＣＹＴＯＰをプリベー
クした後、加工したＳＯＩウエハとアライメントして密
着させ、１６０°Ｃ、６０分の熱処理によって接合す
る。陽極接合とは異なり、低温かつ高電圧を加えること
なく接合できるので、集積回路を損傷することなく接合
できる。最後に、集積回路面のフォトリソを行い、ＲＩ
Ｅで活性層を貫通エッチングし、中間酸化膜をウエット
エッチングにより除去して完成する。
【００３３】次に、本例の集積型マルチセンサの用途に
ついて説明する。 〔輸送中情報の記録装置の一部として〕海運、空輸、陸
送、いずれの輸送であっても輸送中、あるいは荷役等
で、衝撃や多湿、高温などの環境にさらされ、運搬物の
破損、腐敗などが発生することが運輸界では大きな問題
になっている。本例の集積化マルチセンサは小型軽量で
あり、低消費電力化が可能であるので、ディジタルプロ
セッサやメモリと組み合わせ、輸送荷物に取り付けるこ
とにより、輸送中における環境負荷を逐次記録し、どの
時点で破損や腐敗の原因が生じたかを特定することがで
きる。また、携帯電話などの移動端末と組み合わせる事
によって、実時間で現在の（あるいはそれまでに発生し
た）環境をモニタすることが可能である。
ついて説明する。 〔輸送中情報の記録装置の一部として〕海運、空輸、陸
送、いずれの輸送であっても輸送中、あるいは荷役等
で、衝撃や多湿、高温などの環境にさらされ、運搬物の
破損、腐敗などが発生することが運輸界では大きな問題
になっている。本例の集積化マルチセンサは小型軽量で
あり、低消費電力化が可能であるので、ディジタルプロ
セッサやメモリと組み合わせ、輸送荷物に取り付けるこ
とにより、輸送中における環境負荷を逐次記録し、どの
時点で破損や腐敗の原因が生じたかを特定することがで
きる。また、携帯電話などの移動端末と組み合わせる事
によって、実時間で現在の（あるいはそれまでに発生し
た）環境をモニタすることが可能である。
【００３４】〔要介護者、徘徊者などの遠隔モニタ〕小
型軽量化が可能であるため、本例の集積型マルチセンサ
を身体に取り付けることにより、身体がどのような環境
下（例えば、寝ている、起きている、歩いている、寒い
部屋にいる等）にあるかを収録しあるいは携帯端末と組
み合わせ、実時間モニタすることが可能である。
型軽量化が可能であるため、本例の集積型マルチセンサ
を身体に取り付けることにより、身体がどのような環境
下（例えば、寝ている、起きている、歩いている、寒い
部屋にいる等）にあるかを収録しあるいは携帯端末と組
み合わせ、実時間モニタすることが可能である。
【００３５】〔レンタカーなどの使用記録〕本例の集積
型マルチセンサを乗用車の室内に搭載しておくことによ
り、加速度（加減速、悪路など）、気圧（海抜、トンネ
ル通過など）、温度などの変化から乗用車使用中にどの
ような経緯をとったかを知ることができる。また、これ
はレンタカーに限らず、一般車に取り付けておくことに
よって事故の直前の状況や経緯（休息はとったか否かな
ども含む）を知ることができ、事故の責任の明確化、防
止を促進することができる。
型マルチセンサを乗用車の室内に搭載しておくことによ
り、加速度（加減速、悪路など）、気圧（海抜、トンネ
ル通過など）、温度などの変化から乗用車使用中にどの
ような経緯をとったかを知ることができる。また、これ
はレンタカーに限らず、一般車に取り付けておくことに
よって事故の直前の状況や経緯（休息はとったか否かな
ども含む）を知ることができ、事故の責任の明確化、防
止を促進することができる。
【図１】 本発明に係る集積型マルチセンサの好ましい
実施形態を示す平面構成図である。
実施形態を示す平面構成図である。
【図２】 上記実施形態における３つの各プラットフォ
ームを示す断面構成図である。
ームを示す断面構成図である。
【図３】 上記実施形態におけるプラットフォームを示
す平面図である。
す平面図である。
【図４】 上記実施形態におけるバンドギャップ型温度
センサの回路構成例を示す図である。
センサの回路構成例を示す図である。
【図５】 上記実施形態における湿度センサ部の構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図６】 上記実施形態においてポリイミド層間絶縁膜
を湿度センサとして利用するための回路構成例を示す図
である。
を湿度センサとして利用するための回路構成例を示す図
である。
【図７】 上記実施形態における加速度センサ部の構造
例を示す斜視図である。
例を示す斜視図である。
【図８】 上記実施形態における加速度センサの検出回
路の構成例を示す図である。
路の構成例を示す図である。
【図９】 上記実施形態において歪みゲージとリファレ
ンス抵抗の差動増幅に利用する回路例を示す図である。
ンス抵抗の差動増幅に利用する回路例を示す図である。
【図１０】 上記実施形態における圧力センサ部の構造
例を示す図である。
例を示す図である。
【図１１】 上記実施形態においてピエゾ抵抗とリファ
レンス抵抗との差動抵抗変化を検出する回路例を示す図
である。
レンス抵抗との差動抵抗変化を検出する回路例を示す図
である。
【図１２】 上記実施形態におけるピエゾ抵抗の作製プ
ロセスを示す図である。
ロセスを示す図である。
【図１３】 上記実施形態におけるマイクロマシニング
工程を示す図である。
工程を示す図である。
１０ 集積型マルチセンサ １１〜１３ プラットフォーム ２０ ＳＯＩウエハ ２１ 支持層 ２２ 中間酸化膜 ２３ 活性層 ３０ ピエゾ抵抗型３軸加速度センサ（加速度・衝
撃センサ部） ３１ 加速度センサ用差動増幅器（周辺回路） ３２ ピエゾ抵抗型メンブレン式圧力センサ（圧力
センサ部） ３３ 圧力センサ用差動増幅器（周辺回路） ３４ 湿度センサ部 ３４１ 湿度センサ用感湿ポリイミド膜 ３５ 湿度センサ用発振器（周辺回路） ３６、３７、３８ オフセット調整回路（周辺回
路） ３９ バンドギャップ型温度センサ（センサ回路） ３１０ 標準オペアンプ（周辺回路）
撃センサ部） ３１ 加速度センサ用差動増幅器（周辺回路） ３２ ピエゾ抵抗型メンブレン式圧力センサ（圧力
センサ部） ３３ 圧力センサ用差動増幅器（周辺回路） ３４ 湿度センサ部 ３４１ 湿度センサ用感湿ポリイミド膜 ３５ 湿度センサ用発振器（周辺回路） ３６、３７、３８ オフセット調整回路（周辺回
路） ３９ バンドギャップ型温度センサ（センサ回路） ３１０ 標準オペアンプ（周辺回路）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｇ０１Ｋ 7/00 ３９１Ｓ ５Ｆ０８２ 21/822 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｆ 21/8222 27/06 １０１Ｄ 27/06 Ｆターム(参考） 2F055 AA01 BB03 CC02 DD05 EE14 FF31 FF49 GG01 GG11 GG32 2F056 JT01 JT08 2F076 BD01 BD07 BD11 BD13 4M112 AA01 AA02 BA01 CA24 CA26 CA28 CA30 CA32 CA33 CA46 CA58 DA12 EA11 EA14 FA20 5F038 AR29 AR30 DF08 DF20 EZ06 EZ12 EZ13 EZ15 EZ16 EZ20 5F082 BA00 BA06 BC03 BC15 BC20 FA03 GA04
Claims (5)
- 【請求項１】 シリコン支持層、中間酸化膜及び活性層
の３層で構成されるシリコンオンインシュレータウエハ
が複数のプラットフォームに区画され、該複数の各プラ
ットフォームには環境パラメータに応動するセンサ部又
は環境パラメータを検知するセンサ回路と上記センサ部
又はセンサ回路の信号を処理する周辺回路が集積回路構
造に形成されていることを特徴とする集積型マルチセン
サ。 - 【請求項２】 上記シリコンオンインシュレータウエハ
には温度、湿度、圧力及び加速度・衝撃に応動し又は検
知する少なくとも２つのセンサ部又はセンサ回路が集積
回路構造に構成されている請求項１記載の集積型マルチ
センサ。 - 【請求項３】 上記周辺回路は低消費電流化を可能にす
るパワーダウン機能、増幅機能、信号補償機能、信号処
理機能を実現する回路である請求項１又は２記載の集積
型マルチセンサ。 - 【請求項４】 上記センサ部は上記シリコンオンインシ
ュレータウエハを微細加工して構成されている請求項１
又は２記載の集積型マルチセンサ。 - 【請求項５】 輸送・移動中におけるデータ収録・通
信、人体等に対する環境負荷のデータ収録・通信又は携
帯型装置の一部として用いられるようになした請求項１
ないし４のいずれかに記載の集積型マルチセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001068706A JP5058409B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | 集積型マルチセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001068706A JP5058409B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | 集積型マルチセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002270856A true JP2002270856A (ja) | 2002-09-20 |
| JP5058409B2 JP5058409B2 (ja) | 2012-10-24 |
Family
ID=18926855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001068706A Expired - Lifetime JP5058409B2 (ja) | 2001-03-12 | 2001-03-12 | 集積型マルチセンサ |
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|---|---|
| JP (1) | JP5058409B2 (ja) |
Cited By (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2008076183A (ja) * | 2006-09-20 | 2008-04-03 | Denso Corp | 流量計測素子、質量流量計、及び質量流量計測システム |
| JP2012169524A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその試験方法 |
| JP2013011587A (ja) * | 2011-05-27 | 2013-01-17 | Denso Corp | 力学量センサ装置およびその製造方法 |
| JP2014238369A (ja) * | 2013-06-10 | 2014-12-18 | 日本電信電話株式会社 | マルチセンサおよびセンシングシステム |
| WO2019230355A1 (ja) | 2018-05-31 | 2019-12-05 | パナソニック株式会社 | 無線給電センシングシステム |
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| JPH0982983A (ja) * | 1995-09-19 | 1997-03-28 | Canon Inc | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JPH10104266A (ja) * | 1996-09-27 | 1998-04-24 | Nissan Motor Co Ltd | 力学量センサおよびそれを用いた集積回路 |
| JPH11186566A (ja) * | 1997-12-25 | 1999-07-09 | Nissan Motor Co Ltd | 微小装置の製造方法 |
| JP2000124466A (ja) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Denso Corp | 半導体圧力センサ及びその製造方法 |
-
2001
- 2001-03-12 JP JP2001068706A patent/JP5058409B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US8884383B2 (en) | 2011-02-16 | 2014-11-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and method of testing the same |
| JP2013011587A (ja) * | 2011-05-27 | 2013-01-17 | Denso Corp | 力学量センサ装置およびその製造方法 |
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| US11146118B2 (en) | 2018-05-31 | 2021-10-12 | Panasonic Corporation | Wireless power supply sensing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5058409B2 (ja) | 2012-10-24 |
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