(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱センサ、バッテリ、アンテナ、電気回路及び太陽電池を一の半導体キャリアにおいて一体的に一緒に有するセンサデバイスを製造するための方法であって、
２つの対向する相互に平行な主表面をもつウェハー本体部をもつシリコンウェハーを設けるステップと、
第１の処理ステージにおいて、少なくとも１つの熱センサをもつ熱センサ部分を有する前記主表面の一方内又はその上に第１の機能層を作るとともに、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた電気回路を有する第１の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第２の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられるバッテリ及びアンテナを含む材料部分をもつ第２の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第３の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた１又はそれ以上の太陽電池を含む材料部分をもつ第３の機能層を作るステップと、
前記第３の処理ステージの後の第４の処理ステージにおいて、底面側から前記第１の機能層内の前記熱センサ部分に達する深さをもつ凹部をもたらすように、前記熱センサ部分の下の前記ウェハー本体部の部分が除去されるステップとを有し、
バッテリ及びアンテナをもつ前記第２の機能層は、前記第１の機能層上に作られ、太陽電池をもつ前記第３の機能層は、前記第２の機能層上に作られる、方法。
【請求項２】
熱センサ、バッテリ、アンテナ、電気回路及び太陽電池を一の半導体キャリアにおいて一体的に一緒に有するセンサデバイスを製造するための方法であって、
２つの対向する相互に平行な主表面をもつウェハー本体部をもつシリコンウェハーを設けるステップと、
第１の処理ステージにおいて、少なくとも１つの熱センサをもつ熱センサ部分を有する前記主表面の一方内又はその上に第１の機能層を作るとともに、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた電気回路を有する第１の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第２の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられるバッテリ及びアンテナを含む材料部分をもつ第２の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第３の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた１又はそれ以上の太陽電池を含む材料部分をもつ第３の機能層を作るステップと、
前記第３の処理ステージの後の第４の処理ステージにおいて、底面側から前記第１の機能層内の前記熱センサ部分に達する深さをもつ凹部をもたらすように、前記熱センサ部分の下の前記ウェハー本体部の部分が除去されるステップとを有し、
バッテリ及びアンテナをもつ前記第２の機能層は、前記第１の機能層上に作られ、太陽電池をもつ前記第３の機能層は、前記主表面のうちの第２の主表面上に作られる、方法。
【請求項３】
熱センサ、バッテリ、アンテナ、電気回路及び太陽電池を一の半導体キャリアにおいて一体的に一緒に有するセンサデバイスを製造するための方法であって、
２つの対向する相互に平行な主表面をもつウェハー本体部をもつシリコンウェハーを設けるステップと、
第１の処理ステージにおいて、少なくとも１つの熱センサをもつ熱センサ部分を有する前記主表面の一方内又はその上に第１の機能層を作るとともに、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた電気回路を有する第１の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第２の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられるバッテリ及びアンテナを含む材料部分をもつ第２の機能層を作るステップと、
前記第１の処理ステージの後の第３の処理ステージにおいて、前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた１又はそれ以上の太陽電池を含む材料部分をもつ第３の機能層を作るステップと、
前記第３の処理ステージの後の第４の処理ステージにおいて、底面側から前記第１の機能層内の前記熱センサ部分に達する深さをもつ凹部をもたらすように、前記熱センサ部分の下の前記ウェハー本体部の部分が除去されるステップとを有し、
バッテリ及びアンテナをもつ前記第２の機能層は、前記主表面のうちの第２の主表面上に作られ、太陽電池をもつ前記第３の機能層は、前記第１の機能層上に作られる、方法。
【請求項４】
前記第２の機能層は、前記熱センサ部分と合わせられた空洞を有し、及び／又は、前記第３の機能層は、前記熱センサ部分と合わせられた空洞を有する、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の機能層を製造するための製造プロセスは、４００℃未満で実行される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の処理ステージは、前記第２の処理ステージの後に実行される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第３の機能層を製造するための製造プロセスは、３００℃未満で実行される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法により一の半導体本体において一体的に製造された熱センサ、バッテリ、アンテナ、電気回路及び太陽電池を有する、センサデバイス。
【請求項９】
前記熱センサは、４つの個別センサ部分を有し、各センサ部分が、薄型中央長手本体部と前記中央本体部の対向する長手縁部に沿って設けられた複数の熱電対とを有する、請求項８に記載のセンサデバイス。
【請求項１０】
前記熱センサは、薄型中央長手本体部と、端部の熱電対に接触する端子及び中間の熱電対に接触する端子をもつ、前記中央本体部の対向する長手縁部に沿って設けられた複数の熱電対とを有し、従って、センサ信号は、前記センサの異なる部分から取得可能である、請求項８に記載のセンサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、部屋における１又はそれ以上の人の存在を検出可能であり、例えばビルにおけるランプの切り替え又は環境パラメータのより高度な制御に適した検出信号を出力可能なセンサデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギを節約するという一般的な要求が存在する。斯様なエネルギ節約の一の分野は、ビル（特にオフィスビルであるが住居用のビルも含む）の照明である。あまりエネルギを消費せず依然として同じ量の光を生成する高効率の光源を開発するために研究が行われている。しかしながら、重要なエネルギ節約は、光が必要とされない場合に自動的にオフに切り換えられる場合においても実現され得る。これに関して、光は、この光により照らされたエリアが人により使用されていない場合（実際にはより詳細な定義が用いられ得る）に必要とされないと見なされ得る。それ故、使用センサの必要性が存在する。
【０００３】
ランプを切り替え可能にするために、使用センサとランプとの間の通信リンクが存在しなければならない。斯様なリンクは無線であることが望ましい。これは、導入コストをセーブし、既に存在するビルにおける既に存在する照明設備の場合に使用センサを導入するのを非常に容易にするだろう。また、配線が無いということは、審美的になおさら受け入れられるだろう。
【０００４】
不可避的に、センサデバイスは電力を必要とするだろう。電力は、メインから供給され得るが、これは電源供給ラインを必要とする。それ故、電力は、好ましくは、バッテリにより供給されるが、この場合において、センサデバイスは、長寿命を持たせるために低電力消費でなければならない。これに関して、これは、センサデバイスがエネルギを収集可能である場合、特にセンサデバイスが太陽電池、即ち光エネルギを電気エネルギに変換可能なセルを備える場合に好ましいだろう。これは、センサデバイスがＲＦエネルギを収集可能である場合により好ましいだろう。
【０００５】
更に、美的観点から、人々は、大きなセンサデバイスが天井又は壁に取り付けられるのを好まないだろう。最も望ましくは、センサデバイスは、実際に表に出ないものであるべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記設計態様を満たすことができるセンサデバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一の態様において、本発明は、一の半導体本体において一体的に作られたセンサ、バッテリ、トランスミッタ及び太陽電池を有するセンサデバイスを提供する。
【０００８】
他の態様において、本発明は、一の半導体キャリアにおいて一体的に作られたセンサ、バッテリ、トランスミッタ及び太陽電池を有するセンサデバイスを製造するための方法を提供する。
【０００９】
更に有利な実施形態は、従属請求項において述べられる。
【００１０】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は、図面を参照して１又はそれ以上の好ましい実施形態の以下の説明により更に説明されるだろう。これらの図面において、同一の参照符号は、同一又は類似のパーツを示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａ〜１Ｅは、本発明による第１の実施形態のセンサデバイスを製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示し、図１Ｆは、部屋の壁に取り付けられた第１の実施形態のセンサデバイスを概略的に示す。
【図２】図２Ａ〜２Ｇは、本発明による第２の実施形態のセンサデバイスを製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示し、図２Ｇは、部屋の窓に取り付けられた第２の実施形態のセンサデバイスを概略的に示す。
【図３】図３Ａ〜３Ｅは、本発明による第３の実施形態のセンサデバイスを製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示す。
【図４】図４Ａ〜４Ｅは、本発明による第４の実施形態のセンサデバイスを製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示す。
【図５】熱電対を概略的に示す。
【図６】熱センサの設計を概略的に示す。
【図７】熱センサの代替設計を概略的に示す。
【図８】熱センサの代替設計を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１Ａ〜１Ｅは、本発明による第１の実施形態のセンサデバイス１００を製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示している。
【００１３】
第１のステップにおいて、シリコンウェハー１０が設けられる。図１Ａに示されるように、ウェハーは、２つの主表面１１，１２をもつウェハー本体部１３をもつ。第１の主表面１１は、上面として示され、反対の主表面は、背面として示されるだろう。
【００１４】
図１Ｂに示された第１の処理ステージにおいて、第１の機能層２０が上面１１内又はその上に作られる。第１の機能層２０は、第１の機能層２０の中央位置に熱センサ２３をもつ熱センサ部分２１と熱センサ部分２１の周りに設けられた電気回路２２とを有するように作られる。熱センサ部分２１の適切な設計は後述されるだろう。
【００１５】
電気回路２２の設計は、とりわけセンサの意図された使用に依存して、基本的にはデバイス設計者の自由な選択であり、従って、この設計についてここでより詳細に説明することは必要とされない。電気回路２２が熱センサ２３からの出力信号を受信して処理することができると言えば十分であるだろう。例えば、回路２２は、マイクロプロセッシング機能を含んでもよい。
【００１６】
熱センサ部分２１及び電気回路２２を製造するために用いられるプロセスは、ＩＣの製造の分野において一般的である標準的なプロセスであってもよく、従って、斯様なプロセスの詳細な説明はここでは必要とされない。特に電気回路２２を作るための、適切な技術はＣＭＯＳ技術であることに留意されたい。
【００１７】
当業者にとって明らかであるように、第１の機能層２０は、実際には、後続のステップで設けられる複数フィルムの積層体を有する。これらのフィルムは、１又はそれ以上のセラミックフィルムを含んでもよく、これは、後に明らかになるように、後のエッチングステップにおけるエッチング停止層として機能し得る。
【００１８】
図１Ｃに示された、第２の処理ステージにおいて、第２の機能層３０は、第１の機能層２０上に作られる。第２の機能層３０は、第１の機能層２０を完全にはカバーしないが、空きスペース３１の周りにリング状材料部分３２を有する。この空きスペース３１は、熱センサ部分２１と合わせられ、熱センサ部分２１と同じか又はそれより大きいサイズをもつ。従って、リング状材料部分３２は、熱センサ部分２１から自由になるように完全に離れる。即ち、熱センサ２３とのオーバーラップは存在しない。第２の機能層３０はリング形状に内に置かれてもよく、第１の機能層２０全体に渡って第２の機能層３０を配置し、そして、リング状材料部分３２から離れるように熱センサ部分２１に渡ってその材料を、例えばエッチングすることにより、部分的に除去することも可能であることに留意されたい。
【００１９】
第２の機能層３０は、３３でのみ概略的に示されたバッテリを含む。バッテリ３３は、回路２２を給電する機能をもつ。半導体キャリア上にバッテリを製造するために用いられる薄膜処理はそれ自体既知であり、従って、斯様なバッテリ設計及び製造プロセスのより詳細な説明はここでは必要とされないことに留意されたい。斯様なバッテリの幾つかの設計は既知であり、これらの知られた設計がここで用いられてもよい。好ましくは、バッテリは、ソリッドステートバッテリである。
【００２０】
第２の機能層３０は、３４でのみ概略的に示されたアンテナを更に含む。アンテナは、回路が通信すること、即ちコマンド信号を受信し及び／又は検出信号を送信することを可能にする機能をもつ。それ故、詳細には、回路２２は、送信機能、受信機能、又は、送受信機能を含み得る。半導体キャリア上にアンテナを適用するための方法は、それ自体既知であり、従って、斯様なアンテナ設計及び製造プロセスのより詳細な説明はここでは必要とされないことに留意されたい。しかしながら、斯様な設計は、典型的には、場合によりらせん状の、半導体キャリア上に配置された金属ラインを含むことに留意されたい。斯様な通信アンテナから離れて、第２の機能層３０は、ＲＦ収集アンテナを含むことが可能であり、又は、一のアンテナが通信にもＲＦ収集にも用いられることが可能であることに更に留意されたい。
【００２１】
第２の機能層３０を製造するための製造プロセスは、比較的低い温度、好ましくは４００℃未満で実行され、従って、第１の機能層２０の部品はこの製造プロセスによっては影響されない。前記の温度制限よりも低い処理ステップにより完全に製造可能な全てのソリッドステートバッテリの適切な例は、酸化バナジウム活性電極及びリン酸リチウムベースの固体電解質を有する。
【００２２】
図１Ｄに示された、第３の処理ステージにおいて、１又はそれ以上の太陽電池４３を含む第３の機能層４０が第２の機能層３０上に作られる。第２の機能層３０と同様に、第３の機能層４０は、第２の機能層３０を完全にはカバーしないが、空きスペース４１の周りにリング状材料部分４２を有する。この空きスペース４１は、熱センサ部分２１と合わせられ、熱センサ部分２１と同じか又はそれよりも大きいサイズをもち、従って、リング状材料部分４２は、熱センサ部分２１から自由になるように完全に離れている。即ち、熱センサ２３とのオーバーラップが存在しない。第３の機能層４０は、リング形状内に配置されてもよいが、第２の機能層３０全体に渡って第３の機能層４０を配置し、そして、リング状材料部分４２から離れるように熱センサ部分２１に渡ってその材料を、例えばエッチングすることにより、部分的に除去されることも可能であることに留意されたい。
【００２３】
半導体キャリア上に太陽電池を製造するためのプロセスはそれ自体既知であり、従って、斯様な太陽電池設計及び製造プロセスのより詳細な説明はここでは必要とされないことに留意されたい。斯様な太陽電池の幾つかの設計は既知であり、これらの既知の設計がここで用いられ得る。
【００２４】
第３の機能層４０を製造するための製造プロセスは、第２の機能層３０を製造するための製造プロセスの温度よりも低い温度、好ましくは３００℃未満で実行され、従って、第２の機能層３０の部品はこの製造プロセスによっては影響されないことに更に留意されたい。この製造プロセスの適切な例は、多結晶シリコン太陽電池を生成するためのＨＷＣＶＤ（Hot Wire Chemical Vapour Deposition）、又は、アモルファスシリコン太陽電池を生成するための低温ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition）である。
【００２５】
図１Ｅに示された、第４の処理ステージにおいて、熱センサ部分２１の下のウェハー本体１３の部分は、底面１２側から第１の機能層２０内の熱センサ部分２１に達する深さをもつ凹部１４をもたらすように除去される。この凹部１４の外側では、示されるように、本体の厚さを削減するために、ウェハー本体１３の部分も除去され得る。
【００２６】
半導体材料を除去するための適切なプロセスは、それ自体既知であり、従って、斯様なプロセスのより詳細な説明はここでは必要とされないことに留意されたい。例として、斯様なプロセスの適切な例は、反応性イオンエッチング、スパッタエッチング、又は、湿式化学エッチングである。エッチングプロセスは、前に述べられたセラミック層のような第１の機能層２０に組み込まれたエッチング停止層により停止することに更に留意されたい。斯様なセラミック層は、簡素化の目的のために単独で示されていない。
【００２７】
太陽電池からバッテリへの電気接続は、当業者にとって明らかなように、太陽電池がバッテリの上部に直接作られるので、バッテリ及び太陽電池のトポグラフィの適切な設計により容易に与えられ得る。同様に、バッテリから電気回路２２への電気接続は、バッテリが電気回路２２の上部に直接作られるので、バッテリ及び電気回路２２のトポグラフィの適切な設計により容易に与えられ得る。
【００２８】
層２０，３０，４０のそれぞれの厚さは、これらの図面において拡大されることに留意されたい。正確な寸法は本質的ではないが、例として、ウェハー本体の厚さは、典型的には、７００μｍ又はそれ未満のオーダにあり、第１の機能層２０の厚さは、典型的には、１〜５μｍの範囲内にあり、第２の機能層３０の厚さは、典型的には、２〜５０μｍの範囲にあり、第３の機能層４０の厚さは、典型的には、０．１〜１０μｍの範囲にあり、ウェハー本体の部分の除去後のデバイス全体の厚さは、典型的には、２００μｍ未満であり得る。
【００２９】
更に、デバイス全体の表面エリアは、典型的には、０．１〜１０ｃｍ２の範囲にある一方で、熱センサ部分２１の表面エリアは、典型的には、０．０２５〜１ｃｍ２の範囲にある。
【００３０】
この手法で得られたセンサデバイス１００は、非常に小さく、その小さな厚さにより非常にフレキシブルになるという利点をもつ。
【００３１】
図１Ｆは、センサデバイス１００の仕様を概略的に示している。本デバイス１００は、部屋Ｒの壁Ｗに取り付けられ、ウェハー１０の底面が壁Ｗに向かって指向される一方で、太陽電池４３をもつ第３の機能層４０が部屋Ｒの室内に向かって指向されるように向けられる。それ故、太陽電池４３は、室内光Ｌを受信することができる一方で、熱センサ２３は、熱放射Ｔを受信することができる。この概念において、ウェハー１０は、活性層２０，３０，４０のためのキャリアとして機能する。
【００３２】
太陽光を受信することができるようにセンサデバイスを組み込むことが望ましい。この目的を達成するために、本発明による第２の実施形態のセンサデバイス２００は、太陽電池４３をもつ第３の機能層４０の上部にキャリアプレート５０を有する。図２Ｇは、このセンサデバイス２００の使用を概略的に示している。本デバイス２００は、部屋Ｒのガラス窓Ｇに取り付けられ、ウェハー１０の底面が部屋Ｒの室内に向かって指向される一方で太陽電池４３をもつ第３の機能層４０が窓Ｇに向かって指向されるように向けられる。それ故、太陽電池４３は、外光Ｌを受信することができる一方で、熱センサ２３は、部屋の内部からの熱放射Ｔを受信することができる。この概念において、キャリアプレート５０は、活性層２０，３０，４０のためのキャリアとして機能する。
【００３３】
図２Ａ〜２Ｆは、本発明によるこの第２の実施形態のセンサデバイス２００を製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示している。ウェハーは、２１０で示され、ウェハーがシリコン・オン・インシュレータウェハーである点で第１の実施形態のウェハー１０とは異なる。参照符号１５は上面１１上の酸化層を示している。この酸化層１５は、バックエッチングに役立つが、本質ではなく、従って、ウェハー２１０がＳＯＩであることは本質ではない。一方で、第１の実施形態のウェハー１０もＳＯＩであってもよい。
【００３４】
この実施形態において、（図２Ｂに示された）第１の処理ステップ、（図２Ｃに示された）第２の処理ステップ、（図２Ｄに示された）第３の処理ステップ及び（図２Ｆに示された）第４の処理ステップは、第１の実施形態におけるものと同じであり、従って、これらの説明は繰り返されないだろう。第１の実施形態からそれて、第５の処理ステップは第３と第４の処理ステップの間で実行される。図２Ｅに示された、この第５の処理ステップにおいて、ガラス基板５０は、第３の機能層４０に取り付けられる（又は、逆に、ウェハー２１０が基板に取り付けられる）。取り付けは、第３の機能層４０上に設けられた適切な接着剤（図示省略）を用いて実行され得る。ガラスは、熱センサ部分２１に接触しないように十分に堅く、ガラスプレート５０は、カバー及び保護部として機能するために熱センサ部分２１に渡って延在可能である。適切な実施形態において、ガラス基板５０は、約２００μｍ又はそれ以上の厚さをもつ。
【００３５】
ウェハーをガラス基板上に接着するための方法はそれ自体既知であるので、より詳細な説明はここでは必要とはされない。しかしながら、熱センサ２３の上のスペース３１及び４１は空きのままであるべきであり、即ち、如何なる接着剤も熱センサ２３に接触すべきではないことに留意されたい。ガラス基板上に接着剤を塗布し、そして、ガラス基板及びウェハーを互いに取り付けることが可能である。例えばスピニングにより、ウェハーの上表面（即ち第３の層４０）上に接着剤を塗布し、そして、ガラスプレート及びウェハーを互いに取り付けることも可能である。双方の場合において、接着剤を熱センサ２３から離れた状態に維持することができない場合には、当業者にとって明らかなように、バックエッチングにより熱センサから余分な接着剤を除去することが可能である。第４のステップにおいて、ウェハー材料は、完全に離れてエッチングされ、酸化層１５はエッチング停止層として用いられることに留意されたい。結果として、本デバイスの機械的特性は、ガラスプレートにより主に決定される。
【００３６】
図２Ｇを参照すると、太陽光Ｌは赤外光も含むことに留意されたい。熱センサ２３が熱放射Ｔに対する十分な感度を有するために、ガラスプレート５０は、屋外からの全ての熱放射をブロックするように機能する。この機能は、ガラスプレート表面に反射防止コーティング（図示省略）を塗布することにより改良され得る。前述した実施形態において、キャリアプレート５０はガラスから作られる。ガラスの代わりに、他の透明材料を用いることが可能である。特に好ましい実施形態において、キャリアプレート５０は、ポリイミドから作られ得る。エッチングに関する限りは取り扱いを促進するために、ガラスプレートがエッチングの前にポリイミドプレートに取り付けられ、エッチングの後にこのガラスプレートを除去することが好ましい。これらのステップは、簡素化のため個別に示されない。
【００３７】
前記のものにおいて述べられた実施形態において、全ての機能層２０，３０，４０は、ウェハー基板の同一面に設けられる。代わりに、機能層をウェハー基板の反対面に設けることも可能である。全ての場合において、熱センサ２３及び回路２２をもつ第１の機能層がシリコン基板１３上に設けられるだろう。
【００３８】
センサデバイス３００の第３の実施形態において、太陽電池は、熱センサの反対側に設けられる。図３Ａ〜３Ｅは、本発明によるこの第３の実施形態のセンサデバイス３００を製造するための製造プロセスにおける後続のステップを概略的に示している。図３Ａ〜３Ｃで示された第１のステップは、図１Ａ〜１Ｃに示された第１のステップと同一である。第１の実施形態から外れて、図３Ｄに示されるように、ビアホール１６が基板１３内に形成され、酸化分離層１７がウェハーの底面１２上に形成され、そして、第３の機能層４０が酸化分離層上に作られる。ビアホールは、太陽電池４３と回路２２との間に電気接触を与えるように機能する。最後に、図３Ｅに示されるような、基板を熱センサ部分２１の下から除去するステップは、図１Ｅに示されたステップと同一であり、酸化層も熱センサ部分２１の下から除去されることに留意されたい。
【００３９】
変形例において、太陽電池及びバッテリの材料の選択に依存して、第３の機能層４０は、第２の機能層３０の前に設けられてもよく、第１の機能層２０の前に設けられてもよいことに留意されたい。
【００４０】
センサデバイス４００の第４の実施形態において、バッテリは、熱センサの反対側に設けられる。図４Ａ〜４Ｅは、本発明によるこの第４の実施形態のセンサデバイス４００を製造するための製造プロセスにおける後続のステージを概略的に示している。図４Ａ〜４Ｂで示された第１のステップは、図３Ａ〜３Ｂに示された第１のステップと同一である。そして、太陽電池４２をもつ第３の機能層４０は、図４Ｃに示されるように、第１の機能層２０上に作られる。図４Ｄに示されるように、ビアホール１６が基板１３内に形成され、酸化分離層１７がウェハーの底面１２上に形成され、そして、第２の機能層３０が酸化分離層上に作られる。ビアホールは、バッテリ３３と回路２２との間に電気接触を与えるように機能する。最後に、図４Ｅに示されるような、基板を熱センサ部分２１の下から除去するステップは、図３Ｅに示されたステップと同一である。
【００４１】
図５は、参照符号５００で概ね示された熱電対の基本設計を概略的に示している。熱電対５００は、それぞれが第１の端部５１１，５２１及び第２の端部５１２，５２２をもつ、互いに異なる材料の２つの導電線５１０，５２０を有する。これらの線５１０，５２０の第１の端部５１１，５２１は一緒に結合される。第１の端部５１１，５２１の結合部が第１の温度Ｔ１で保持され、第２の端部５１２，５２２がＴ１とは異なる互いに同一の温度Ｔ２で保持されると仮定する。電圧差Ｖがこれら２つの第２の端部５１２，５２２の間で測定され得る。この電圧は、温度差｜Ｔ１−Ｔ２｜に比例する。比例定数は材料の選択に依存する。この設計は一般的に既知であるので、更なる説明はここでは必要とされない。
【００４２】
図６は、前述した熱センサ部分２１としての使用に適した、本発明による熱センサ６００の設計を概略的に示している。熱センサ６００は、中央本体部６１０を有し、この中央本体部６１０は、示されるように、矩形形状を有することが適切であり、その環境に対して可能な限り小さな熱伝導をもつように取り付けられる。その縁部沿いに、複数の熱電対５００が設けられる。各熱電対５００に関して、第１の端部５１１，５１２の結合部は、中央本体部６１０に常に接続される。更に、部分的拡大図に示されるように、隣接する熱電対の自由な第２の端部は互いに接続され、従って、全ての熱電対は、電気的に直列に接続される一方で、熱的に並列に接続される。この直列接続の端子は６０１，６０２で示される。中央本体部６１０及び熱電対５００は、シリコンのパターンとして実装される。中央本体部６１０は、熱吸収する、即ち赤外線を吸収する比較的大きな表面エリアをもつように設計される。良く適した材料はブラックゴールドである。導電線５１０，５２０は、例えば、ｎドープ及びｐドープのポリシリコンとして作られ得る。
【００４３】
中央本体部６１０は、ＩＲ放射線を受信するように取り付けられ、シリコンの薄い領域に実装され、従って、上昇した温度が容易に流れ込むことなく、放射線及び温度上昇を吸収する。導電線５１０，５２０は、シリコンのより薄い部分に設けられ、従って、これらは良好に冷却される。電圧差は、端子６０１，６０２の間で生じ、これは、同一チップに設けられた回路により直接用いられ得る。このセンシング電圧は、如何なる供給電圧にも依存しないことに留意されたい。斯様なデバイスの応答時間は、約１０ｍｓのオーダと短いことに更に留意されたい。
【００４４】
図６の実施形態において、センシング表面エリアは比較的大きい。図７及び図８は、センサの部分上で熱エネルギが受信されることを表示可能な実施形態を示している。図７において、センサデバイス７５５は、４つの個別センサ７００を有し、各センサ７００は、端子７０１，７０２をもつ、対向する長手縁部に沿って設けられた熱電対５００をもつ中央長手本体部７１０を有する。図８において、センサデバイス８００は、端部だけでなく中間位置にも設けられた端子８０１をもつ、対向する長手縁部に沿って設けられた熱電対５００をもつ中央長手本体部８１０を有し、従って、センサ信号は、センサの異なる部分から取得される。
【００４５】
重要な利点は、フレキシブルなセンサ７５５，８００は、異なるセンサ部分が異なる方向からの熱放射線を受信し得るように曲げられ得る。それ故、人の存在を検出することが可能なだけでなく、斯様な人の位置を検出することが可能であり、及び／又は、斯様な人の移動方向を検出することが可能である。
【００４６】
要約すると、本発明は、熱センサ２３、バッテリ３３、アンテナ３４、電気回路２２及び太陽電池４３を一の半導体キャリア１０において一体的に一緒に有する、センサセンサデバイス１００，２００，３００，４００を製造するための方法を提供する。本方法は、２つの主表面１１，１２をもつシリコンウェハーを設けるステップと、熱センサ部分２１を有するとともに前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられた電気回路２２を有する第１の機能層２０が一の主表面１１上に作られるステップと、バッテリ及びアンテナを含む第２の機能層３０が前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられるステップと、１又はそれ以上の太陽電池を含む第３の機能層４０が前記熱センサ部分との非オーバーラップの関係で設けられるステップと、前記熱センサ部分２１の下の前記ウェハーの部分が除去されるステップとを有する。
【００４７】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に示され述べられた一方で、斯様な図示及び説明は例示又は単なる例であり限定的なものではないものと見なされるべきであることは、当業者にとって明らかであるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、むしろ、幾つかのバリエーション及び変更は、特許請求の範囲に規定された本発明の保護範囲内で可能である。例えば、電気回路２２、バッテリ３３、アンテナ３４及び太陽電池４３が熱センサ２３を囲むことは絶対的に必要なものではない。即ち、電気回路２２、バッテリ３３、アンテナ３４及び太陽電池４３は、オーバーラップが存在しない限り、熱センサ２３の隣に設けられることも可能である。更に、電気回路２２及び熱センサ２３は、異なる隣接層に設けられることが可能であるが、電気回路２２及び熱センサ２３は、同一層に設けられることが好ましい。
【００４８】
前記のものにおいて、シリコンキャリア上にバッテリを作ることがそれ自体既知であるので、前記キャリア上に作られたバッテリの詳細は特定されていない。２Ｄ設計又は３Ｄ設計を用いることが可能であり、後者の場合において、当業者にとって明らかなように、アモルファスシリコンの層を堆積し、その後、所望の３Ｄ構造を生成するためにこのアモルファスシリコン内に任意の形状の空洞をエッチングし、最後にバッテリを堆積することが有益であるだろう。
【００４９】
開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、開示及び特許請求の範囲の研究から、当業者により理解され達成され得る。請求項において、"有する"という用語は、他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は、複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないことを示すものではない。請求項中の如何なる参照符号もその範囲を限定するものとして考慮されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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