(57)【要約】      （修正有）【課題】感圧抵抗体及び感温抵抗体を備えるＳｉ半導体基板を用いた圧力検出素子において、コンタクトホールを介した、抵抗体と配線層とを確実に接続するとともに、信頼性の高い配線層を形成した圧力検出素子を提供する。【解決手段】圧力検出素子１００は、感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４と、コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄが穿孔された絶縁層と、抵抗体の上面１１３Ｕ，１１４Ｕに接続する配線層１１６と、を有するＳｉ半導体基板を備える。絶縁層は、配線層形成部位１１５ＣＷが、複数の斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２と、隣り合う２つの斜面部の間に位置する平面部１１５ＣＰと、を有する複数段形状とされている。配線層の厚みＴｈは、絶縁層の全段差Ｄｚの１．２倍より小さく、各々の斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２で形成される段差Ｄｓ１，Ｄｓ２の１．２倍よりも大きくされている。【選択図】図７
2010139376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧抵抗体と、
感温抵抗体
上記感圧抵抗体及び上記感温抵抗体それぞれの少なくとも一部を覆うと共に、上記感圧抵抗体及び上記感温抵抗体の少なくともいずれかの上面に届くコンタクトホールが穿孔された絶縁層と、
上記絶縁層上に形成され、上記コンタクトホールを介して、上記感圧抵抗体または上記感温抵抗体の上記上面に接続する配線層と、を有する
Ｓｉ半導体基板を備える
圧力検出素子であって、
上記絶縁層で構成される上記コンタクトホールの少なくともいずれかは、
少なくとも、上記配線層が接して形成される配線層形成部位が、
上記配線層が接続する抵抗体の上記上面に直交する第１方向について上記上面から離れるほど、上記上面に平行な第２方向について上記上面のうち上記コンタクトホールに露出する接続面から離れる傾斜した形態とされた複数の斜面部と、
隣り合う２つの上記斜面部の間に位置し、上記抵抗体の上記上面に平行な平面部と、
を有する複数段形状とされてなり、
上記コンタクトホールの上記配線層形成部位に形成された上記配線層の、上記第１方向の寸法を、上記配線層の厚みとし、
上記絶縁層のうち、上記抵抗体の上記上面から、上記コンタクトホール周囲の頂面までの、上記第１方向の寸法を、上記絶縁層の全段差としたとき、
上記配線層の厚みは、
上記絶縁層の全段差の１．２倍より小さく、
各々の上記斜面部で形成される上記第１方向の段差の１．２倍よりも大きく
されてなることを特徴とする
圧力検出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力検出素子であって、
前記平面部における、前記第２方向のうち前記接続面から離れる方向の寸法が、自身に連なる上段及び下段の前記斜面部で形成される各段差以上の大きさである
圧力検査素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の圧力検出素子であって、
前記斜面部が、前記抵抗体の前記上面となす角が、いずれも４５度以下である
圧力検出素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧力検出素子であって、
前記配線層は、少なくとも、前記抵抗体の前記接続面との間に、導電性を有し、上記配線層中の成分が上記抵抗体中に拡散するのを抑制する拡散防止層を備える
圧力検出素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧力検出素子であって、
前記Ｓｉ半導体基板は、酸化シリコン絶縁層を含むＳＯＩ基板であり、
前記抵抗体は、上記酸化シリコン絶縁層の直上に形成されてなる
圧力検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の筒内圧などの圧力を検出可能な圧力検出素子に関し、特に、感圧特性を持つ感圧抵抗体を有するＳｉ半導体基板を備える圧力検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の筒内圧などの圧力を検出可能な圧力検出素子として、圧力により自身に生じる応力変化を、ピエゾ抵抗効果を利用して検出するＳｉ半導体基板を有する圧力検出素子が知られている。例えば、特許文献１に、このような圧力検出素子が開示されている。
【０００３】
特許文献１の力変換素子（圧力検出素子）は、検出対象である圧力を検出する板状のＳｉ半導体基板（支持基板(17)等)に、ピエゾ抵抗(23：感圧抵抗体)及び絶縁膜(18：絶縁層)を備え、この絶縁膜(18)に穿孔したコンタクトホール(36a,36b)を通じて、ピエゾ抵抗負電極(21：配線層)及びピエゾ抵抗正電極(22：配線層)を、ピエゾ抵抗(23)に接続させている（特許文献１の図４及び図９参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３６４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１の図４，図９を参照すると容易に理解できるように、この特許文献１に記載の力変換素子（圧力検出素子）に形成するコンタクトホール(36a,36b)は、その内壁がピエゾ抵抗(23)の上面に直交する方向に沿って延びる筒形状となっている。
このため、ピエゾ抵抗負電極(21)及びピエゾ抵抗正電極(22)を、確実にコンタクトホール(36a,36b)の底に露出するピエゾ抵抗(23)に接続させるためには、ピエゾ抵抗負電極(21)及びピエゾ抵抗正電極(22)を厚く形成する必要がある。例えば、特許文献１では、コンタクトホール（36a,36b)が埋められ、これから飛び出すほどに厚いピエゾ抵抗負電極(21)及びピエゾ抵抗正電極(22)を形成している。
【０００６】
しかしながら、スパッタリングでピエゾ抵抗負電極(21)及びピエゾ抵抗正電極(22)を厚く形成するのは、工数や時間が掛かる上、これらを厚くすると、自身に応力が生じやすく、特に、温度変化などでコンタクトホール(36a,36b)の上縁の角部付近に断線が生じ易い。
【０００７】
そこで、コンタクトホールを、ピエゾ抵抗の上面から上方に向かうほど径大となるテーパ形状とすることが考えられるが、この場合でも、ピエゾ抵抗負電極(21)及びピエゾ抵抗正電極(22)を厚くすると、自身の応力で、コンタクトホール(36a,36b)の上縁の角部付近に断線が生じ易い。その一方、これらを薄くすると、斜面に直交する方向の厚みが薄くなり、断線を生じるなどの不具合を生じる虞がある。
【０００８】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、ピエゾ抵抗効果を用いる感圧抵抗体を備えるＳｉ半導体基板を用いた圧力検出素子において、コンタクトホールを介した、ピエゾ抵抗体と配線層とを確実に接続するとともに、信頼性の高い配線層を形成した圧力検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
その解決手段は、感圧抵抗体と、感温抵抗体と、上記感圧抵抗体及び上記感温抵抗体それぞれの少なくとも一部を覆うと共に、上記感圧抵抗体及び上記感温抵抗体の少なくともいずれかの上面に届くコンタクトホールが穿孔された絶縁層と、上記絶縁層上に形成され、上記コンタクトホールを介して、上記感圧抵抗体または上記感温抵抗体の上記上面に接続する配線層と、を有するＳｉ半導体基板を備える圧力検出素子であって、上記絶縁層で構成される上記コンタクトホールの少なくともいずれかは、少なくとも、上記配線層が接して形成される配線層形成部位が、上記配線層が接続する抵抗体の上記上面に直交する第１方向について上記上面から離れるほど、上記上面に平行な第２方向について上記上面のうち上記コンタクトホールに露出する接続面から離れる傾斜した形態とされた複数の斜面部と、隣り合う２つの上記斜面部の間に位置し、上記抵抗体の上記上面に平行な平面部と、を有する複数段形状とされてなり、上記コンタクトホールの上記配線層形成部位に形成された上記配線層の、上記第１方向の寸法を、上記配線層の厚みとし、上記絶縁層のうち、上記抵抗体の上記上面から、上記コンタクトホール周囲の頂面までの、上記第１方向の寸法を、上記絶縁層の全段差としたとき、上記配線層の厚みは、上記絶縁層の全段差の１．２倍より小さく、各々の上記斜面部で形成される上記第１方向の段差の１．２倍よりも大きくされてなることを特徴とする圧力検出素子である。
【００１０】
前述したように、配線層の厚みを厚くしようとすると、工数やコストがかかる上、形成された絶縁層に応力が残留しやすく、断線や剥がれを生じる虞がある。従って、薄い配線層としたい。
一方、配線層は、通電の抵抗や薄すぎることによる断線を考慮し、その厚みを或る程度を確保する必要がある。
また、Ｓｉ半導体基板における抵抗体（感圧抵抗体、感温抵抗体）と配線層との接続において、絶縁層に形成したコンタクトホールの内壁面が、抵抗体の上面に直交する筒状である場合はもちろん、上面から離れるほど径大となる斜面（テーパ面）で形成されている場合でも、絶縁膜の厚みが大きく（段差が大きく）、相対的に配線層の厚みが薄い場合には、斜面部分で、配線層の斜面部に直交する方向の膜厚が薄くなり、配線層に断線を生じるなどの不具合が生じる虞がある。
このため、コンタクトホール内での配線層の厚さを、段差の１．２倍以上の大きさの厚いものとすることが行われている。
【００１１】
これに対し、本件発明の圧力検出素子では、コンタクトホールをなす絶縁層において、少なくとも配線層形成部位を、複数段形状としている。しかも、配線層の厚みＴｈを、全段差Ｄｚの１．２倍よりも小さく（薄く：Ｔｈ＜１．２Ｄｚ）しておきつつ、各段差（例えばＤｓ１，Ｄｓ２）の１．２倍よりも厚くしてある（Ｔｈ＞１．２Ｄｓ１，Ｄｓ２）。このため、各段差については配線層の厚みを確保しつつ、全段差との関係では、従来に比して、厚みを薄くできている。かくして、このコンタクトホールにおける抵抗体の上面と配線層との接続を、確実に行い、しかも、配線層の厚みを薄くできるので、工数やコストを低減できる上、配線層に生じる応力を低減できるので、残留応力による断線等の不具合も低減できる。
【００１２】
なお、コンタクトホールのうち、少なくとも、配線層が接して形成される配線層形成部位について、複数段形状としていればよい。従って、コンタクトホールのうち、配線層形成部のみが複数段形状とされ、他の部位は、筒状あるいは一段の斜面形状とされていても良いし、コンタクトホールの全周について、複数段形状となっていても良い。
また、圧力検出素子の絶縁層には、感圧抵抗体の上面に届くコンタクトホールと、感温抵抗体の上面に届くコンタクトホールとが穿孔されていても良いし、一方が穿孔されていても良い。
【００１３】
さらに、前述の圧力検出素子であって、前記平面部における、前記第２方向のうち前記接続面から離れる方向の寸法Ｌが、自身に連なる上段及び下段の前記斜面部で形成される各段差以上の大きさである圧力検査素子とすると良い。
【００１４】
コンタクトホールの平面部の寸法Ｌが小さいと、斜面部同士の間に平面部を設けて複数段形状とした効果が低くなりがちである。即ち、平面部の寸法Ｌが小さいと、斜面部分が連続した形（例えば１段の形状）に近くなり、斜面部を複数設けた利点が小さくなりがちである。
これに対し、本件発明の圧力検出素子では、平面部の寸法Ｌを、各段差（例えば、Ｄｓ１，Ｄｓ２）に対して、大きく取っている（例えば、Ｌ＞Ｄｓ１，Ｄｓ２）ので、配線層の斜面部に直交する方向の膜厚が薄くなることが抑制され、配線層の断線などの不具合を防止できる。
【００１５】
なお、平面部の寸法Ｌは、段差（例えばＤｓ１，Ｄｓ２）に対し、その五倍以上（例えば、Ｌ≧５Ｄｓ１，Ｌ≧５Ｄｓ２）とするのが好ましい。配線層に掛かる応力について、段差間の相互の影響を小さくできるからである。
【００１６】
さらに、上記いずれかに記載の圧力検出素子であって、前記斜面部が、前記抵抗体の前記上面となす角が、４５度以下である圧力検出素子とすると良い。
【００１７】
配線層を形成するに当たり、スパッタリングなどにより、第１方向に堆積させて形成するので、斜面部のなす角（例えば、α１，α２）が大きい場合、薄い配線層を形成すると、斜面部に直交する方向に見たときの膜厚が薄くなりすぎる虞がある。
これに対し、本件発明の圧力検出素子では、斜面部の角を４５度以下としている（例えば、α１，α２≦４５deg）ので、斜面部に直交する方向について、配線層の膜厚が薄くなりすぎるのを防止できる。
【００１８】
さらに、上記のいずれか１項に記載の圧力検出素子であって、前記配線層は、少なくとも、前記抵抗体の前記接続面との間に、導電性を有し、上記配線層中の成分が上記抵抗体中に拡散するのを抑制する拡散防止層を備える圧力検出素子とすると良い。
【００１９】
抵抗体（感圧抵抗体、感温抵抗体）は、シリコン中にリンなどの不純物をドープして形成するが、例えば、配線層をＡｕ，Ｐｔなどで形成し、この配線層が抵抗体に接した状態で高温に曝されると、これらの原子が拡散して、抵抗体の抵抗を変化させたり、両者の接続部分に脆いシリコン化合物を形成して、接続部分で破断したりする不具合を生じさせる虞がある。
これに対し、本件発明の圧力検出素子では、配線層に拡散防止層を備えている。このため、抵抗体に、配線層中の成分が拡散することが防止され、抵抗体の抵抗変化や、配線層と抵抗体との接続部位で破断することが防止できる。
【００２０】
なお、拡散防止層は、導電性を有し、且つ、配線層中の成分が抵抗体中に拡散するのを抑制する性質を有するものであり、例えば、配線層にＡｕ，Ｐｔからなる層を設けた場合、これよりも抵抗体側に設けたＴｉＮからなる層が挙げられる。また、ＷＮ，ＨｆＮからなる層も挙げられる。
また、拡散防止層は、配線層のうち、抵抗体と接している部位、具体的には、少なくとも、抵抗体の上面の接続面との間に設ければ良い。従って、配線層のうち、抵抗体の上面の接続面上に位置する部位にのみ、ＴｉＮ等からなる拡散防止層を設けても良いし、形成する配線層全体が、拡散防止層を含む構成としても良い。
【００２１】
さらに上記のいずれか１項に記載の圧力検出素子であって、前記Ｓｉ半導体基板は、酸化シリコン絶縁層を含むＳＯＩ基板であり、前記抵抗体は、上記酸化シリコン絶縁層の直上に形成されてなる圧力検出素子とすると良い。
【００２２】
本件発明の圧力検出素子では、ＳＯＩ基板を用い、抵抗体は、酸化シリコン絶縁層の直上に形成されている。このため、抵抗体と他の回路との絶縁抵抗が、高温下で低下することが防止され、高温下でも動作可能である。
したがって、特に、配線層を薄くできたことと相俟って、高温下での応力による、配線層の剥がれや割れを防止して、信頼性の高い圧力検出素子とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る圧力検出素子１００の構造を示す。また、図２に、この圧力検出素子１００に用いるＳｉ半導体基板１１０の縦断面を示す。
【００２４】
本実施形態の圧力検出素子１００は、Ｓｉ半導体基板１１０と、支持基板１３０，及び、バンプ１４０を備える。このうち、支持基板１３０は、アルミナからなるセラミック基板１３１と、これに形成された接続パッド１３２からなる。一方、Ｓｉ半導体基板１１０は、ＳＯＩ基板(Silicon On Insulator)であり、感圧抵抗体１１３等が形成された回路形成面１１０Ｃがセラミック基板１３１と対向するように配置され、パッド１１６Ｐ，１１７Ｐが、Ａｕからなるバンプ１４０を介して、電気的及び機械的に、接続パッド１３２にフリップチップ接続されている。
【００２５】
この圧力検出素子１００は、図１中に矢印で示すように、押圧力ＰＰを受けると、Ｓｉ半導体基板１１０が歪み、感圧抵抗体１１３の抵抗値が変化する。従って、この感圧抵抗体１１３に定電流を流している場合には、感圧抵抗体１１３の両端に生じる電圧が変化し、また、この感圧抵抗体１１３に定電圧を印加している場合には、感圧抵抗体１１３を流れる電流が変化する。これを検知することにより、押圧力ＰＰの大きさを検知することができる。
【００２６】
ついで、このＳｉ半導体基板１１０について、図２を参照して詳述する。このＳｉ半導体基板１１０は、前述したようにＳＯＩ基板であり、Ｓｉからなる厚さ５２５μｍのＳｉ支持層１１１上に、酸化シリコンからなる厚さ０．４μｍの中間酸化膜層１１２が形成されている。この中間酸化膜層１１２直上には、厚さ０．４〜１．０μｍの感圧抵抗体１１３、及び、感温抵抗体１１４が形成されている。これらは、Ｓｉにリン等をドープしたＰ型半導体であり、後述するように、面方位が（１１０）面またはこれと等価な面方位のＳｉ活性層を、断面台形状にエッチングして形成してある。
このように、本実施形態の圧力検出素子１００では、Ｓｉ半導体基板１１０としてＳＯＩ基板を用い、感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４は、中間酸化膜層１１２（酸化シリコン絶縁層）の直上に形成されている。このため、これらの抵抗体１１３，１１４と他の回路との絶縁抵抗が、高温下で低下することが防止され、高温下でも動作可能である。
さらに、後述するように、配線層１１６を薄くできたことと相俟って、高温下での応力による、配線層１１６の剥がれや割れを防止して、信頼性の高い圧力検出素子１００とすることができる。
【００２７】
このうち、感圧抵抗体１１３は、＜１１０＞方向に延びる部位を主とする形態とされている。具体的には、複数本の＜１１０＞方向に延びる部位を列置し、これらの端部同士を短い接続部で接続して、一本のジグザグ状の形態とした感圧抵抗体である。なお、長い一本の＜１１０＞方向に延びる部位を有する感圧抵抗体としても良い。この感圧抵抗体１１３に、自身が＜１１０＞方向に伸縮する応力が掛かると、ピエゾ抵抗効果によって、自身の抵抗値が変化する。
一方、感温抵抗体１１４は、＜１００＞方向に延びる部位を主とする形態とされているため、この感温抵抗体１１４に応力が掛かっても、ピエゾ抵抗効果がほとんど生じないので、自身の抵抗値はほとんど変化しないように構成されている。但し、この感温抵抗体１１４は、自身（Ｓｉ半導体基板１１０）の温度によって抵抗値が変化する。このため、その抵抗値から、感温抵抗体１１４自身のさらにはＳｉ半導体基板１１０の温度を知ることができる。なお、感温抵抗体１１４の形態は、複数本の＜１００＞方向に延びる部位を列置し、これらの端部同士を短い接続部で接続して、一本のジグザグ状の形態とした感温抵抗体である。なお、長い一本の＜１００＞方向に延びる部位を有する感温抵抗体としても良い。
【００２８】
さらに、中間酸化膜層１１２、感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４上には、ＳｉＯ２からなる絶縁層１１５が形成されて、これらを覆っている。
但し、この絶縁層１１５の所定部位には、第１コンタクトホール１１５Ｃが穿孔されている。このため、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕのうち、この感圧抵抗体１１３の端部付近の所定部位が、具体的には、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕのうち、後述する配線層１１６と接続する接続面１１３Ｕａが、第１コンタクトホール１１５Ｃ内に露出している。
同様に、この絶縁層１１５の所定位置には、第２コンタクトホール１１５Ｄが穿孔されている。このため、感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕのうち、この感温抵抗体１１４の端部付近の所定部位が、具体的には、感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕのうち、配線層１１７と接続する接続面１１４Ｕａが、第２コンタクトホール１１５Ｄ内に露出している。
【００２９】
第１コンタクトホール１１５Ｃは、概略、接続面１１３Ｕａ側に向かってすぼむ先細のテーパ形状（円錐台形状）とされている。詳細には、途中に、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕに平行なリング状の平面部１１５ＣＰと、これを挟む２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２とからなる２段形状（２段の円錐台形状）とされている。
この第１コンタクトホール１１５Ｃの内周面のうち、周方向の一部には、図２及び図７に示すように、この第１コンタクトホール１１５Ｃから、絶縁層１１５のうちこの第１コンタクトホール１１５Ｃ周囲の頂面１１５Ｔ１を越えて、絶縁層１１５上に延びる、Ｐｔ等からなる配線層１１６が形成されている。
従って、この実施形態においては、絶縁層１１５は、第１コンタクトホール１１５Ｃのうち、配線層１１６が接する配線層形成部位１１５ＣＷを含む内周面全体が、２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２と、この隣り合う２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２の間に位置し、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕに平行な１つの平面部１１５ＣＰと、を有する２段形状とされてなる。しかも、２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２は、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕに直交する第１方向ＤＤ１について上面１１３Ｕから離れるほど、即ち、図２中上方ほど、上面１１３に平行な第２方向ＤＤ２について、上面１１３のうち第１コンタクトホール１１５Ｃに露出する接続面１１３Ｕａから離れる形態とされている。
【００３０】
絶縁層１１５の第１コンタクトホール１１５Ｃ、及び、配線層１１６について、図７を参照して、さらに詳細に説明する。
第１コンタクトホール１１５Ｃの配線層形成部位１１５ＣＷに形成された配線層１１６の、第１方向ＤＤ１（図中上下方向）の寸法を、配線層１１６の厚みＴｈ（本実施形態では、Ｔｈ＝０．４μｍ）とする。また、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕから、第１コンタクトホール１１５Ｃ周囲の頂面１１５Ｔ１までの、第１方向ＤＤ１の寸法を、絶縁層１１５の全段差Ｄｚ（本実施形態では、Ｄｚ＝０．６μｍ）とする。
【００３１】
この場合において、本実施形態では、配線層１１６の厚みＴｈは、絶縁層１１５の全段差Ｄｚの１．２倍より小さく（Ｔｈ＜１．２Ｄｚ）なっている。即ち、配線層１１６の厚みは、従来よりも薄くしてある。つまり、従来のコンタクトホールでは、断線が生じやすい薄さにしてある。
【００３２】
一方、各々の斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２で形成される第１方向ＤＤ１の段差を、段差Ｄｓ１，Ｄｓ２としたとき（本実施形態では、Ｄｓ１＝０．３μｍ、Ｄｓ２＝０．３μｍ）、配線層１１６の厚みＴｈは、これらの１．２倍よりも、それぞれ大きく（Ｔｈ＞１．２Ｄｓ１，Ｔｈ＞１．２Ｄｓ２）されている。即ち、各段差Ｄｓ１，Ｄｓ２についてみれば、配線層１１６の厚みＴｈは、断線が生じにくい厚さにされている。
【００３３】
このため、各段差Ｄｓ１，Ｄｓ２との関係では、配線層１１６の厚みＴｈを確保しつつ、全段差Ｄｚとの関係では、従来に比して、厚みＴｈを薄くできている。かくして、この第１コンタクトホール１１５Ｃにおける感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕと配線層１１６との接続を、確実に行うことができる。
しかも、配線層１１６の厚みＴｈを薄くできるので、工数やコストを低減できる上、配線層１１６に生じる応力を低減できるので、残留応力による断線等の不具合も低減できる。
【００３４】
しかも、本実施形態では、第１コンタクトホール１１５Ｃのうち、平面部１１５ＣＰにおける、第２方向ＤＤ２のうち接続面１１３Ｕａから離れる方向ＤＤ２Ｈ（図中左右方向）の寸法Ｌｃが、Ｌｃ＝５μｍとされている。つまり、この平面部１１５ＣＰの方向ＤＤ２Ｈの寸法Ｌｃを、自身に連なる上段及び下段の斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２で形成される各段差Ｄｓ１，Ｄｓ２以上の大きさとしてある。
第１コンタクトホール１１５Ｃの平面部１１５ＣＰの寸法Ｌｃが小さいと、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２同士の間に平面部１１５ＣＰを設けて２段形状とした効果が低くなりがちである。即ち、平面部１１５ＣＰの寸法Ｌｃが小さいと、斜面部分が連続した形（１段の形状）に近くなり、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２を複数設けた利点が小さくなりがちである。
これに対し、本実施形態の圧力検出素子１００では、平面部１１５ＣＰの寸法Ｌｃを、各段差Ｄｓ１，Ｄｓ２に対して、大きく取っている、即ちＬｃ＞Ｄｓ１，Ｌｃ＞Ｄｓ２としているので、配線層１１６の斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２に直交する方向ＤＤ３（図中、左上−右下方向）の膜厚が薄くなることが抑制され、配線層１１６の断線などの不具合を防止できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、図７に示すように、平面部１１５ＣＰの寸法Ｌｃ（＝５μｍ）を、段差Ｄｓ１（＝０．３μｍ），Ｄｓ２（＝０．３μｍ）に対し、その１７倍程度とした。
このように、平面部１１５ＣＰの寸法Ｌｃを、段差Ｄｓ１，Ｄｓ２に対し、その五倍以上、例えば、Ｌｃ≧５Ｄｓ１，Ｌｃ≧５Ｄｓ２とするのが好ましい。配線層１１６に掛かる応力について、段差間の相互の影響を小さくできるからである。
【００３６】
配線層１１６を形成するに当たっては、スパッタリングなどにより、第１方向ＤＤ１にＰｔ等を堆積させて形成するので、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２のなす角（例えば、α１，α２）が大きい場合、厚み（Ｔｈ）の薄い配線層１１６を形成すると、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２に直交する方向ＤＤ３に見たときの膜厚Ｔαが薄くなりすぎる虞がある。
これに対し、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２が、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕとなす角α１，α２を、４５度以下としてある。具体的には、α１＝３０deg，α２＝３０degとしてある。これにより、斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２に直交する方向ＤＤ３について、配線層１１６の膜厚Ｔαが薄くなりすぎるのを防止できている。
【００３７】
また、本実施形態においては、前述したように、感圧抵抗体１１３のほか、感温抵抗体１１４も形成したが、この感温抵抗体１１４と配線層１１７との接続のための第２コンタクトホール１１５Ｄについても、第１コンタクトホール１１５Ｃと同様の形態に形成してある。即ち、図２に示すように、配線層１１７及び第２コンタクトホール１１５Ｄの形状は、配線層１１６及び第１コンタクトホール１１５Ｃの形状と、同様である（図２においては左右対称に描いてある）ので、図７を参照して説明する。
【００３８】
第２コンタクトホール１１５Ｄの配線層形成部位１１５ＤＷに形成された配線層１１７の厚みＴｈ（第１方向ＤＤ１の寸法）は、配線層１１６と同じくＴｈ＝０．４μｍである。また、絶縁層１１５の全段差Ｄｚ（感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕから、第２コンタクトホール１１５Ｄ周囲の頂面１１５Ｔ２までの、第１方向ＤＤ１の寸法）は、前述したＤｚ＝０．６μｍである。
【００３９】
本実施形態では、配線層１１７の厚みＴｈも、絶縁層１１５の全段差Ｄｚの１．２倍より小さく（Ｔｈ＜１．２Ｄｚ）なっている。即ち、配線層１１６の厚みは、従来よりも薄くしてある。つまり、従来のコンタクトホールでは、断線が生じやすい薄さにしてある。
【００４０】
一方、各々の斜面部１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２で形成される第１方向ＤＤ１の段差を、段差Ｄｓ３，Ｄｓ４としたとき（本実施形態では、Ｄｓ３＝０．３μｍ、Ｄｓ４＝０．３μｍ）、配線層１１７の厚みＴｈは、これらの１．２倍よりも、それぞれ大きく（Ｔｈ＞１．２Ｄｓ３，Ｔｈ＞１．２Ｄｓ４）されている。即ち、各段差Ｄｓ３，Ｄｓ４についてみれば、配線層１１７の厚みＴｈは、断線が生じにくい厚さにされている。
【００４１】
このため、各段差Ｄｓ３，Ｄｓ４との関係では、配線層１１７の厚みＴｈを確保しつつ、全段差Ｄｚとの関係では、従来に比して、厚みＴｈを薄くできている。かくして、この第２コンタクトホール１１５Ｄにおける感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕと配線層１１７との接続をも、確実に行うことができる。
しかも、配線層１１７の厚みＴｈを薄くできるので、工数やコストを低減できる上、配線層１１７に生じる応力を低減できるので、残留応力による断線等の不具合も低減できる。
【００４２】
しかも、本実施形態では、第２コンタクトホール１１５Ｄのうち、平面部１１５ＤＰにおける、第２方向ＤＤ２のうち接続面１１４Ｕａから離れる方向ＤＤ２Ｈ（図中左右方向）の寸法Ｌが、Ｌｄ＝５μｍとされている。つまり、この平面部１１５ＤＰの方向ＤＤ２Ｈの寸法Ｌｄを、自身に連なる上段及び下段の斜面部１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２で形成される各段差Ｄｓ３，Ｄｓ４以上の大きさとしてある。
このため、配線層１１７の斜面部１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２に直交する方向ＤＤ３（図中、左上−右下方向）の膜厚が薄くなることが抑制され、配線層１１７の断線などの不具合を防止できる。
【００４３】
とくに、平面部１１５ＤＰの寸法Ｌを、段差Ｄｓ３，Ｄｓ４に対し、その五倍以上、例えば、Ｌｄ≧５Ｄｓ３，Ｌｄ≧５Ｄｓ４とするのが好ましい。配線層１１７に掛かる応力について、段差間の相互の影響を小さくできるからである。
【００４４】
また、斜面部１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２が、感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕとなす角α３，α４を、４５度以下の、α３＝３０deg，α４＝３０degとしてある。これにより、斜面部１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２に直交する方向ＤＤ３について、配線層１１７の膜厚Ｔαが薄くなりすぎるのを防止できている。
【００４５】
ついで、本実施形態の圧力検出装置１００の製造について説明する。なお、Ｓｉ半導体基板１１０の製造において、感圧抵抗体１１３のほか、感温抵抗体１１４も形成するのであるが、形成する配線パターン（延びる方向）が異なるのみで、同じ製造手法で、配線パターンを異ならせることで２つを作り分ける。従って、以下では、Ｓｉ半導体基板１１０に感圧抵抗体１１３を作り込む手法を主として説明することとし、感温抵抗体１１４の製造手法は省略することがある。
【００４６】
先ず、Ｓｉ半導体基板１１０の製造について、図３〜図６を参照して説明する。図３（ａ）に示すように、ウェハ１２０として、ＳｉからなるＳｉ支持層１１１（厚さ525μｍ）上に、中間酸化膜層１１２（厚さ0.4μｍ）を介して、ｐ型のＳｉからなるＳｉ活性層１２１（厚さ0.4μｍ）が積層されたものを用意する。なお、このＳｉ活性層１２１の表面１２１Ｓは、結晶面の（１００）面とされている。
【００４７】
そこで、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉ活性層１２１の所定位置に不純物（Ｐ）をドープして、このＳｉ活性層１２１内に、前述した、ジグザグの所定パターンを有する感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４を形成する。なお、感圧抵抗体１１３については、不純物濃度を５×１０-17 ｃｍ-1とし、感温抵抗体１１４については、不純物濃度を７×１０-19 ｃｍ-1とし、ドープ後、活性化のため、１０００℃×３０分、アニールを施した。
その後、不要なＳｉ活性層１２１を、ＲＩＥにより除去して、中間酸化膜層１１２上に感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４を残す（図３（ｃ）参照）。
【００４８】
ついで、中間酸化膜層１１２上、感圧抵抗体１１３及び感温抵抗体１１４を覆うように、ＰＥ−ＳｉＯ2からなる、厚さ0.5μｍの絶縁膜１１５を形成する（図３（ｄ）参照）。
【００４９】
その後、図４（ａ）に示すように、絶縁膜１１５のうち、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕ上の所定位置に、この上面１１３Ｕ（接続面１１３Ｕａ）が露出する第１コンタクトホール１１５Ｃを形成する。同様に、感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕ上の所定位置に、上面１１４Ｕ（接続面１１４Ｕａ）が露出する第２コンタクトホール１１５Ｄを形成する。
【００５０】
この第１コンタクトホール１１５Ｃの形成について、図５，図６を参照して説明する。
先ず、絶縁層１１５の表面１１５Ｓ上に、第１レジスト膜Ｒ１を形成し、露光現像して、第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄを形成する位置に、第１開口ＯＲ１を開口させる。その後、第１開口ＯＲ１内に露出する絶縁層１１５をエッチングして、凹み１１５Ｒを形成する。この際、凹み１１５Ｒの深さは、絶縁層１１５の厚みの半分程度、具体的には、形成する斜面部１１５ＣＳ２，１１５ＤＳ２の段差Ｄｓ２，Ｄｓ４の深さとする。
なお、エッチング液の回り込みにより、凹み１１５Ｒの外径は、第１開口ＯＲ１よりも大きくなる。
【００５１】
ついで、第１レジスト膜Ｒ１を除去し、再び、絶縁層１１５の表面１１５Ｓ上に、第２レジスト膜Ｒ２を形成し、露光現像して、第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄを形成する位置に、第２開口ＯＲ２を開口させる。第２レジスト膜Ｒ２は、先に形成した凹み１１５Ｒの表面まで覆っており、第２開口ＯＲ２は、この凹み１１５Ｒの底面１１５ＲＴの一部が露出するように開口させる。その後、第２開口ＯＲ２内に露出する絶縁層１１５を、感圧抵抗体１１３の上面１１３Ｕのうち、接続面１１３Ｕａが露出するまで、及び、感温抵抗体１１４の上面１１４Ｕのうち、接続面１１４Ｕａが露出するまで、エッチングする。かくして、２段形状の第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄをそれぞれ形成する（図４（ａ）参照）。これら第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄの形態については、前述した。
【００５２】
その後、第２レジスト層を除去する。さらに、次述する配線層１１６，１１７との接続抵抗を低下させるべく、第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄから露出する接続面１１３Ｕａ，１１４Ｕａ上に、スパッタリングによってＰｔを１００ｎｍ堆積させ、アニールして、ＰｔＳｉ化合物からなる接続層１１９を形成する（図４（ｂ）参照）。
【００５３】
ついで、絶縁層１１５の表面１１５Ｓ、及び、第１，第２コンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄ内の所定位置、及び、接続面１１３Ｕａ，１１４Ｕａ上（接続層１１９上）に、配線層１１６，１１７を形成する。具体的には、スパッタリングにより、Ｔｉ（0.02μｍ）、ＴｉＮ（0.2μｍ）、Ｐｔ（0.4μｍ）の３層をこの順に堆積させて、配線層１１６，１１７を形成する（図４（ｃ）参照）。このうち、ＴｉＮからなる層は、その上に堆積させたＰｔが感圧抵抗体１１３，感温抵抗体１１４中に拡散するのを防止する拡散防止層１１６Ｄ，１１７Ｄである。この拡散防止層１１６Ｄ，１１７Ｄにより、感圧抵抗体の抵抗変化や、配線層と感圧抵抗体との接続部位で破断することが防止できる。
【００５４】
さらに、絶縁層１１５の表面１１５Ｓ上、配線層１１６，１１７のパッド１１６Ｐ，１１７Ｐを除く全体に、ＰＥ−ＳｉＯ２からなる保護膜１１８を形成し、図２に示すＳｉ半導体基板１１０が完成する。
【００５５】
その後、このＳｉ半導体基板１１０のパッド１１６Ｐ，１１７Ｐを、セラミック基板１３１の接続パッド１３２に、Ａｕからなるバンプ１４０でフリップチップ接続させて、圧力検出素子１００が完成する。
なお、以上の説明において示した各部の寸法の値と、図面に記載の形態とが合致していない場合がある。各図面に記載の形態は参考であり、各部の実際の形態や寸法関係を規定するものではない。
【００５６】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態においては、感圧抵抗体１１３について、第１コンタクトホール１１５Ｃの全周に亘り、２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２及び平面部１１５ＣＰを形成したものを示した。感温抵抗体１１４についても同様にした。
しかし、コンタクトホールのうち、少なくとも、配線層が接して形成される配線層形成部位について、複数段形状としていればよい。従って、コンタクトホールのうち、配線層形成部のみが複数段形状とされ、他の部位は、筒状あるいは一段の斜面形状とされていても良いし、コンタクトホールの全周について、複数段形状となっていても良い。
【００５７】
また、実施形態においては、第１コンタクトホール１１５Ｃとして、２つの斜面部１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２及び平面部１１５ＣＰを形成した、２段形状のものを示した。
しかし、３段以上の多段形状としても良い。
【００５８】
さらに、実施形態においては、１つのＳｉ半導体基板１１０に、１つの感圧抵抗体１１３、１つの感温抵抗体１１４とを形成したものを例示したが、１つのＳｉ半導体基板内に、複数の感圧抵抗体を形成しても良く、また、その場合に、一部の感圧抵抗体について、その延びる方向を、他の感圧抵抗体と異ならせても良い。また、単数あるいは複数の圧力検出素子（Ｓｉ半導体基板）の４つ以上の感圧抵抗体を用いて、ホイートストンブリッジを構成して、Ｓｉ半導体基板に受けた応力に応じた差電圧を得るようにしても良い。また、ブリッジ回路など、複数の感圧抵抗体を協働させて用いるには、応力に対して各感圧抵抗体が異なる挙動を示すように、配置や感圧抵抗体の延びる方向などのパターンを考慮すると良い。
また、前述の実施形態では、感圧抵抗体１１３にも感温抵抗体１１４にも、多段形状のコンタクトホール１１５Ｃ，１１５Ｄを形成した例を示した。しかし、感圧抵抗体のコンタクトホールのみ多段形状とする、あるいは逆に、感温抵抗体のコンタクトホールのみ多段形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態に係る圧力検出素子の構造を示す断面図である。
【図２】実施形態に係る圧力検出素子のうち、Ｓｉ半導体基板の断面図である。
【図３】実施形態に係り、Ｓｉ半導体基板の製造工程のうち、ＳＯＩ基板について、抵抗体上にＳｉ酸化膜を形成する工程までを説明する説明図である。
【図４】実施形態に係り、Ｓｉ半導体基板の製造工程のうち、コンタクトホールの形成及び配線層の形成の工程を説明する説明図である。
【図５】実施形態に係り、Ｓｉ半導体基板の製造工程のうち、２段形状のコンタクトホールを形成する工程のうち、上段を形成する工程を説明する説明図である。
【図６】実施形態に係り、Ｓｉ半導体基板の製造工程のうち、２段形状のコンタクトホールを形成する工程のうち、下段を形成する工程を説明する説明図である。
【図７】実施形態に係り、２段形状のコンタクトホールと配線層の形状及び寸法関係を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  圧力検出素子
１１０  Ｓｉ半導体基板(ＳＯＩ基板)
１１０Ｃ  回路形成面
１１３  感圧抵抗体
１１３Ｕ  （感圧抵抗体の）上面
１１３Ｕａ  （上面のうち）接続面
１１４  感温抵抗体
１１４Ｕ  （感温抵抗体の）上面
１１４Ｕａ  （上面のうち）接続面
１１５  絶縁層
１１５Ｓ  （絶縁層の）表面
１１５Ｃ  （絶縁層に形成した感圧抵抗体との）第１コンタクトホール（コンタクトホール）
１１５ＣＷ  （第１コンタクトホールの）配線層形成部位
１１５ＣＳ１，１１５ＣＳ２  斜面部
１１５ＣＰ  平面部
１１５Ｔ１  （絶縁層のうち第１コンタクトホール周囲の）頂面
１１５Ｄ  （絶縁層に形成した感温抵抗体との）第２コンタクトホール
１１５ＤＳ１，１１５ＤＳ２  斜面部
１１５ＤＰ  平面部
１１５Ｔ２  （絶縁層のうち第２コンタクトホール周囲の）頂面
１１６，１１７  配線層
１１６Ｄ，１１７Ｄ  拡散防止層
１１９  接続層
１２０  ウェハ
１２１  Ｓｉ活性層
１２１Ｓ  （Ｓｉ活性層の）表面
１３１  セラミック基板
１３２  接続パッド
ＤＤ１  第１方向
ＤＤ２  第２方向
ＤＤ２Ｈ  第２方向のうち接続面から離れる方向
ＤＤ３  斜面部に直交する方向
Ｄｚ  全段差
Ｄｓ１，Ｄｓ２，Ｄｓ３，Ｄｓ４  各斜面部の段差
Ｔｈ  配線層の厚み
Ｌｃ，Ｌｄ  平面部の接続面開口から離れる方向の寸法
α１，α２，α３，α４  斜面部が抵抗体の上面となす角
Ｔα  配線層の斜面部直交する方向に見たときの膜厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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