JP2002164591A

JP2002164591A - 半導体装置およびその半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002164591A
Application number: JP2000357663A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Matsushima; 俊幸松島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP3810629B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザを用いて加工を行う際に、被加工部分
以外の部分が悪影響を受けない半導体装置と、その半導
体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】半導体基板１上に、ＰＮ接合ダイオード
２を覆うように、１０μｍの厚さを有するＮｉ膜からな
る損傷防止層としての金属膜パターン３を形成する。続
いて、ポリイミドからなる下部絶縁層４を積層する。下
部絶縁層４のダイオード２に対応する位置にレーザ光１
１を照射して、金属膜パターン３に達する孔１２をレー
ザアブレーションによって形成する。孔１２を形成する
レーザ光１１は、金属膜パターン３によって反射および
吸収されるので、ダイオード２に殆ど達しない。したが
って、レーザアブレーションによって短時間で、しか
も、ダイオード２の性能を低下させないで、良好な性能
を有する半導体装置を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品や光部品
等の半導体装置およびその半導体装置の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板や絶縁性基板上に導電
層と絶縁層とを交互に積層して多層配線基板を形成し
て、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＶＬＳＩ（超大規模集
積回路）等の電子部品を作製している。また、半導体基
板や絶縁性基板上に電気回路を形成すると共に導光体を
配置して、この導光体を加工して光導波路や光路変換素
子等の光部品を作製している。

【０００３】上記電子部品や光部品等の半導体装置を作
製する際、レーザ光を用いたレーザアブレーションが多
く用いられている。上記レーザ光としては、例えばＫｒ
Ｆエキシマレーザ装置から出射される高輝度かつ高エネ
ルギーの紫外線領域のレーザ光が用いられる。このレー
ザ光を、加工すべき材料の被加工部分に照射して、この
被加工部分を瞬間的に蒸発させて上記材料を所定の形状
に加工する。

【０００４】上記レーザアブレーションは、短時間で行
われるので、上記被加工部分以外の部分を殆ど加熱しな
いという利点がある。また、上記レーザ光は、非常に小
さいスポットに集光できるので、加工すべき材料を所定
の形状に高い精度で加工できるという利点がある。この
ようなレーザアブレーションの利点を生かして作製され
た半導体装置およびその半導体装置の製造方法として
は、以下のようなものがある。

【０００５】図４（ａ）は、従来の半導体装置を示す図
である。この半導体装置は、半導体基板４０１にＰＮ接
合ダイオード４０２を有し、このダイオード４０２は、
接続配線４０４を介して配線４０５に電気的に接続され
ている。この半導体装置は、以下のようにして製造す
る。

【０００６】まず、図４（ｂ）に示すように、半導体基
板４０１にＰ型不純物およびＮ型不純物を拡散させてＰ
Ｎ接合ダイオード４０２を形成した後、この半導体基板
４０１上にポリイミドからなる下部絶縁層４０６を積層
する。

【０００７】続いて、図４（ｃ）に示すように、上記ダ
イオード４０２上方の下部絶縁層４０６にレーザ光４０
８を照射して、レーザアブレーションによってポリイミ
ドのレーザ光照射部分を蒸発させて、下部絶縁層４０６
に孔４１０を形成する。上記孔４１０の大きさは、平面
において５０μｍ×５０μｍにしている。

【０００８】その後、図４（ｄ）に示すように、上記孔
４１０内と下部絶縁層４０６上にＡｌ（アルミニウム）
を蒸着して、接続配線４０４および配線４０５を形成す
る。

【０００９】最後に、上記配線４０５上に上部絶縁層４
０７を積層して、図４（ａ）に示す半導体装置が得られ
る。

【００１０】上記孔４１０は、ポリイミドからなる比較
的厚い厚みを有する下部絶縁層４０６に、高輝度・高出
力のレーザ光によって形成するので、例えばＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）によって形成するよりもはるか
に短時間で孔４１０を形成できる。その結果、上記半導
体装置の製造時間が短縮される。

【００１１】図５（ａ）は、従来の半導体装置としての
フォトダイオードおよび光導波路を有する光部品を示す
図である。この半導体装置は、半導体基板５０１に形成
されたフォトダイオード５０２と、上記半導体基板５０
１およびフォトダイオード５０２の上に積層された紫外
線吸収層５０３と、下部クラッド層５０４と、光導波路
５０５を有する。この光導波路５０５は、図５（ａ）に
おける右側端にテーパ形状部分を有し、このテーパ形状
部分によって、光導波路５０５の光をフォトダイオード
５０２に導くようになっている。なお、上記紫外線吸収
層５０３は、上記クラッド層５０４の反射防止膜として
の機能と、以下に示すレーザ光５０６を吸収する機能と
を有する。

【００１２】この半導体装置の製造方法は、まず、図５
（ｂ）に示すように、半導体基板５０１にフォトダイオ
ード５０２を形成し、その上にシリコン窒化膜からなる
紫外線吸収層５０３と、シリコン酸化膜からなる下部ク
ラッド層５０４と、さらに、ポリマー樹脂からなる光導
波路５０５とを積層する。

【００１３】その後、上記光導波路５０５の端部周辺
に、ＫｒＦエキシマレーザ装置によって、フルエンスが
０．５Ｊ／ｃｍ²で波長が２４８ｎｍのレーザ光５０６
を照射する。そして、上記レーザ光５０６を矢印Ａで示
すように光導波路５０５の長手方向に移動させながら照
射して、上記光導波路５０５の端部をテーパ形状に加工
する（特開平１２−１１７４６５号公報参照）。このよ
うにして、高輝度・高出力のＫｒＦエキシマレーザによ
って、ポリマー樹脂からなる光導波路５０５の被加工部
分を瞬間的に蒸発させて、上記被加工部分の周辺に熱を
殆ど与えることなく光導波路５０５端部をテーパ形状に
加工する。その結果、上記光導波路５０５のテーパ形状
部分を、熱による歪や傷を生じることなく良好な光反射
面にできる。

【００１４】なお、上記紫外線吸収層５０３は、上記光
導波路５０５を加工する際に、上記下部クラッド層５０
４を透過したレーザ光５０６を吸収して、レーザ光５０
６が半導体基板５０１やフォトダイオード５０２に達し
ないようにしている。

【００１５】図６（ａ）は、従来の半導体装置を示す図
であり、基板６０１上に、絶縁層６０２，６０４と、配
線層６０３，６０６とが交互に形成されてなる多層配線
基板を示している。

【００１６】この半導体装置の製造方法は、まず、図６
（ｂ）に示すように、基板６０１上に、ポリイミドから
なる下部絶縁層６０２と、Ａｌからなる下部配線層６０
３と、さらに、ポリイミドからなる上部絶縁層６０４と
を形成する。

【００１７】その後、図６（ｃ）に示すように上部絶縁
層６０４にエキシマレーザ光６０５を照射して、レーザ
アブレーションによって上部絶縁層６０４に孔６０７を
形成する。

【００１８】そして、この孔６０７の内部と上部絶縁層
６０４上にＡｌを蒸着して、上記上部配線層６０６と下
部配線層６０３とを接続する接続配線６０９と、上部配
線層６０６とを形成して、図６（ａ）に示す半導体装置
が得られる。

【００１９】上記ポリイミドからなる上部絶縁層６０４
は数１０μｍ以上の厚さを有し、ＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）によって孔を形成する場合、略半日の時間
が必要である。一方、上記レーザアブレーションによれ
ば、略瞬間的に上部絶縁層６０４に孔６０７を形成でき
るので、半導体装置の製造時間を大幅に短縮できる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す半導体装置の製造方法において、図４（ｃ）の下部
絶縁層４０６にレーザアブレーションによって孔４１０
を形成する工程で、ダイオード４０２がレーザ光４０８
に直接照射されて性能が低下する、あるいは、破損する
という問題がある。具体的には、上記ダイオード４０２
は、４００μｍ×４００μｍの大きさを有し、その一部
にレーザ光４０８が照射されるのみでも、ダイオード４
０２に数１０μＡのリーク電流が流れるようになってし
まって、ダイオードとしての機能が失われてしまう。

【００２１】また、図５に示す半導体装置の製造方法に
おいて、図５（ｂ）の光導波路５０５の端部をレーザ光
５０６によってテーパ形状に加工する際に、上記レーザ
光５０６が下部クラッド層５０４を通過して紫外線吸収
層５０３に達する。しかし、上記レーザ光５０６は、高
輝度・高出力であるので、上記紫外線吸収層５０３で吸
収されずに紫外線吸収層５０３を破壊してしまう。この
紫外線吸収層５０３の破壊は、被加工物である光導波路
５０５の端部周辺で著しい。その結果、上記光導波路５
０５端部の下方のフォトダイオード５０２周辺の半導体
基板５０１がレーザ光５０６によって損傷して、フォト
ダイオード５０２の性能が低下する。上記レーザ光５０
６がさらに強いと、フォトダイオード５０２もまた損傷
してしまう。すなわち、上記シリコン窒化膜からなる紫
外線吸収層５０３は、フルエンスが０．５Ｊ／ｃｍ²以
上の強いレーザ光に対しては、レーザ光を吸収して遮断
する効果を有していない。

【００２２】また、図６に示した半導体装置の製造方法
において、図６（ｃ）の絶縁層６０４にレーザ光６０５
によって孔６０７を形成する際、上記レーザ光６０５が
上記絶縁層６０４の下方の下部配線層６０３にまで達す
る。下部配線層６０３の材料であるＡｌは、上記エキシ
マレーザ光に対して約８０％の反射率を有するので、下
部配線層６０３で反射されない約２０％のレーザ光が、
下部配線層６０３に熱エネルギーとして吸収される。こ
の場合、上記下部配線層６０３は、熱伝導率が比較的低
いポリイミドからなる下部絶縁層６０２上に形成されて
いるので、上記熱エネルギーは下部配線層６０３に蓄積
されて、下部配線層６０３が高温になる。その結果、上
記下部配線層６０３が溶融したり、剥がれたり吹き飛ん
だりするという問題が生じる。さらに、上記下部配線層
６０３が溶融すると、下部配線層６０３の下方の下部絶
縁層６０２にまでレーザ光が達して、この下部絶縁層６
０２に孔が形成される。その結果、上記下部絶縁層６０
２の孔に異物や残瑳が生じて、マイグレーションを引き
起こすという問題がある。

【００２３】そこで、本発明の目的は、レーザ光によっ
て加工を行う際に、被加工部分以外の部分が悪影響を受
けない半導体装置と、その半導体装置の製造方法を提供
することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明の半導体装置は、半導体素子を有する基
板と、上記基板および半導体素子上に設けられていて、
レーザ光によって加工される被加工層と、上記被加工層
と、上記半導体素子または基板の少なくとも一方との間
に配置されると共に、上記レーザ光を反射する損傷防止
層とを有することを特徴としている。

【００２５】上記構成によれば、上記被加工層を加工す
るレーザ光が、上記被加工層を通過して基板側に向って
も、上記損傷防止層によって反射されるので、上記レー
ザ光が上記半導体素子または基板に達することが防止さ
れる。したがって、上記半導体素子のレーザ光による性
能の低下や破壊、あるいは上記基板の損傷による半導体
素子の性能の低下が防止される。

【００２６】１実施形態では、上記損傷防止層は、上記
レーザ光に対して８０％以上の反射率を有する。

【００２７】上記実施形態によれば、上記被加工層を加
工するレーザ光が、被加工層を通過して基板側に向って
も、上記損傷防止層によって上記レーザ光の８０％以上
が被加工層側に反射される。したがって、上記レーザ光
は基板および半導体素子に殆ど達しないので、上記基板
の損傷や上記半導体素子の性能の低下や損傷が効果的に
防止される。

【００２８】ここで、上記損傷防止層の上記レーザ光の
波長に対する反射率が８０％未満であると、損傷防止層
は、上記レーザ光のうちの反射しない割合のレーザ光を
吸収して、この吸収したレーザ光のエネルギーを熱エネ
ルギーとして蓄える。この場合、レーザ光から熱として
受け取るエネルギーの量が上昇して、この熱によって損
傷防止層が溶融、蒸発する恐れが急速に高まる。

【００２９】なお、上記損傷防止層は、１層で上記レー
ザ光の８０％を反射してもよく、また、２層以上の複数
の層によって上記レーザ光の８０％を反射してもよい。

【００３０】１実施形態では、上記損傷防止層は、金属
膜である。

【００３１】上記実施形態によれば、上記損傷防止層は
金属膜であるので、上記被加工層を通過して基板側に向
ったレーザ光は、上記損傷防止層によって効果的に反射
されるから、上記基板の破損や半導体素子の性能の低下
や破壊が、効果的に防止される。

【００３２】１実施形態では、上記金属膜は、Ａｌ膜で
ある。

【００３３】上記実施形態によれば、上記金属膜は、レ
ーザ光に対する反射率が比較的大きいＡｌ膜であるの
で、上記被加工層を通過して基板側に向ったレーザ光
は、その大部分が上記Ａｌ膜によって反射される。した
がって、上記基板の破損や半導体素子の性能の低下や破
壊が、確実に防止される。

【００３４】１実施形態では、上記Ａｌ膜は、０．５μ
ｍ以上の膜厚を有する。

【００３５】上記実施形態によれば、上記損傷防止層と
してのＡｌ膜に達したレーザ光は、そのうちの大部分が
Ａｌ膜によって反射される一方、一部分が反射されずに
Ａｌ膜に吸収されて、この吸収されたレーザ光によって
Ａｌ膜が加熱される。しかし、上記Ａｌ膜は０．５μｍ
以上の膜厚を有していて、Ａｌ膜全体としての熱容量が
比較的大きいので、上記吸収されたレーザ光の熱によっ
て上記Ａｌ膜が溶融することがない。したがって、上記
Ａｌ膜は、上記レーザ光が上記基板や半導体素子に達す
ることを安定して防止できて、上記基板の損傷および半
導体素子の性能の低下や破壊が、安定して防止される。

【００３６】ここで、上記Ａｌ膜の膜厚が０．５μｍ以
下であると、Ａｌ膜の全体としての熱容量が小さくなっ
て、上記吸収されたレーザ光の熱によってＡｌ膜が溶
融、蒸発する危険性が高まる。

【００３７】１実施形態では、上記損傷防止層は２つ以
上の層からなり、上記損傷防止層のうちの上記被加工層
側の層は、上記レーザ光を反射する反射層であり、上記
損傷防止層のうちの上記半導体素子側の層は、上記レー
ザ光を吸収する吸収層である。

【００３８】上記実施形態によれば、上記損傷防止層に
達したレーザ光は、その一部が先ず上記被加工層側の損
傷防止層によって反射される。この被加工層側の損傷防
止層によって反射されずに、上記半導体素子側の損傷防
止層にまで達したレーザ光は、その殆どが上記半導体素
子側の損傷防止層によって吸収される。このようにし
て、上記損傷防止層に達したレーザ光は、損傷防止層に
よって反射および吸収されるので、上記レーザ光は上記
基板および半導体素子に殆ど達しない。したがって、上
記基板の損傷や半導体素子の性能の低下や破壊が、確実
に防止される。

【００３９】なお、上記損傷防止層は、被加工側の層が
レーザ光を反射して、半導体素子側の層がレーザ光を吸
収するのであれば、レーザ光を反射する層と、レーザ光
を吸収する層とを、いずれも１層以上の何層設けてもよ
い。

【００４０】１実施形態では、上記反射層は金属膜であ
り、上記吸収層は、シリコン層である。ここにおいて、
シリコン層とは、Ｓｉ元素を含む層を意味し、シリコン
酸化膜やシリコン窒化膜なども含まれる。

【００４１】上記実施形態によれば、上記損傷防止層に
達したレーザ光は、その大部分が上記金属膜で反射さ
れ、さらに、この金属膜で反射されずに金属膜を透過し
たレーザ光は、その大部分が上記シリコン層で吸収され
る。したがって、この損傷防止層に達したレーザ光は、
略全てが上記半導体素子に達しない。その結果、上記基
板の損傷や半導体素子の性能の低下や破壊が確実に防止
される。

【００４２】第２の発明の半導体装置は、金属配線が設
けられた基板と、上記金属配線上に設けられていて、レ
ーザ光によって上記金属配線に開口する開口が加工され
る被加工層と、上記基板と金属配線との間に配置され
て、上記基板よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層とを
有することを特徴としている。

【００４３】上記構成によれば、上記被加工層をレーザ
光によって加工して、上記金属配線に開口する開口を形
成する際、上記金属配線がレーザ光に照射されて、レー
ザ光の一部が熱エネルギーになって金属配線が加熱され
る。しかし、上記金属配線と、この金属配線が設けられ
た基板との間に、上記基板よりも高い熱伝導率を有する
熱伝導層が配置されているので、この熱伝導層によって
上記金属配線の熱が基板に速やかに逃がされる。したが
って、上記金属配線は、上記レーザ光による熱が蓄積さ
れて温度が上昇することがない。その結果、金属配線の
溶解や剥がれなどの問題が防止される。

【００４４】なお、上記開口は、孔や溝等に限らず、上
記被加工層の１部分を除去して金属配線の１部を露出さ
せた部分を示し、上記被加工層を除去する形状には限定
されない。

【００４５】１実施形態では、上記金属配線は、Ａｌか
らなり、上記熱伝導層は、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜、またはＮｉ（ニッケル）膜である。

【００４６】上記実施形態によれば、上記金属配線は、
レーザ光に対する反射率が比較的高いＡｌであるので、
上記レーザ光がＡｌに照射されても、Ａｌに吸収される
レーザ光は比較的少なく、したがって、Ａｌの加熱量は
少ない。しかも、上記熱伝導層は、シリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、またはＮｉ膜からなり、比較的高い熱伝
導率を有するので、上記Ａｌの熱は速やかにＡｌ以外の
部分に逃がされる。その結果、Ａｌからなる金属配線の
溶解や剥がれなどが防止される。

【００４７】第３の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体素子を有する基板上に、損傷防止層を設ける工程
と、上記基板および損傷防止層上に、被加工層を設ける
工程と、上記損傷防止層上の被加工層をレーザ光によっ
て加工する工程とを有することを特徴としている。

【００４８】上記第３の発明の半導体装置の製造方法に
よれば、上記半導体素子を有する基板上に損傷防止層を
設けることによって、上記被加工層を上記レーザ光で加
工する際に、上記基板や半導体素子へのレーザ光の照射
が効果的に防止される。その結果、レーザ光によって上
記被加工層を迅速に加工して半導体装置を短時間で製造
でき、しかも、上記基板を損傷したり半導体素子の性能
を低下させたり破壊したりすることなく、良好な性能を
有する半導体装置が製造できる。

【００４９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）は、本発明の第１実施
形態の半導体装置である電子部品を示す図である。

【００５０】この半導体装置は、半導体基板１に半導体
素子としてのＰＮ接合ダイオード２が設けられている。
この半導体装置は、上記半導体基板１上に、ポリイミド
からなりレーザ光による被加工層としての下部絶縁層４
と、この下部絶縁層４上に形成されたＡｌからなる配線
６と、この配線６の上に積層されてポリイミドからなる
上部絶縁層７とを有する。

【００５１】上記ＰＮ接合ダイオード２と上記下部絶縁
層４との間には、上記ＰＮ接合ダイオード２を覆うよう
に、Ｎｉ膜からなる損傷防止層としての金属膜パターン
３が設けられている。上記ＰＮ接合ダイオード２は、上
記金属膜パターン３を介して、Ａｌからなる接続配線９
によって上記配線６に接続されている。

【００５２】この半導体装置は、以下のようにして製造
する。

【００５３】まず、図１（ｂ）に示すように、半導体基
板１にｐ型不純物およびｎ型不純物を拡散させてＰＮ接
合ダイオード２を形成する。その後、上記半導体基板１
上に、上記ＰＮ接合ダイオード２を覆うように金属膜パ
ターン３を形成する。この金属膜パターン３は、まず、
半導体基板１上にＮｉ薄膜を形成してパターニングして
所定の形状にした後、このパターニングしたＮｉ薄膜
に、めっきによってＮｉをさらに成長させて１０μｍの
厚さにする。その後、上記半導体基板１および金属膜パ
ターン３上に、ポリイミドからなる下部絶縁層４を積層
する。

【００５４】続いて、図１（ｃ）に示すように、上記下
部絶縁層４の上記ダイオード２に対応する位置にレーザ
光１１を照射して、レーザアブレーションによって、下
部絶縁層４に上記金属膜パターン３に達する孔１２を形
成する。

【００５５】その後、図１（ｄ）に示すように、スパッ
タリフロー法によって、上記孔１２にＡｌを埋め込んで
接続配線９を形成すると共に、下部絶縁層４上にＡｌ層
を形成する。続いて、上記Ａｌ層をＲＩＥによってパタ
ーニングして、所定の配線パターンを有する配線層６を
形成する。

【００５６】最後に、上記配線層６上にポリイミドを塗
布・焼成して、上部絶縁層７を形成する。

【００５７】上記半導体装置の製造方法において、図１
（ｃ）に示す工程で用いるレーザ光１１は、ＫｒＦエキ
シマレーザ装置によって発振し、フルエンス（単位面積
あたりのパルスレーザ強度）が０．５Ｊ／ｃｍ²であ
り、波長が２４８ｎｍである。このレーザ光１１によっ
て、上記ポリイミドからなる下部絶縁層４を瞬間的に蒸
発させて、ポリイミドに燃焼部分を生じることなく、迅
速に孔１２を形成することができる。

【００５８】また、上記半導体装置は、半導体基板１の
ＰＮ接合ダイオード２の上方に、１０μｍ膜厚のＮｉか
らなる金属膜パターン３が設けられているので、この金
属膜パターン３によって、上記レーザ光１１がＰＮ接合
ダイオード２に到達することが防止される。したがっ
て、上記レーザ光１１によってＰＮ接合ダイオード２が
損傷することを防止できる。

【００５９】上記半導体装置を製造した後、上記ＰＮ接
合ダイオード２に約１０Ｖの逆方向電圧を印加して、そ
の際に流れるリーク電流を測定した結果、リーク電流は
数ｐＡオーダであった。したがって、ダイオード２のレ
ーザ光１１による損傷が回避できたと言える。

【００６０】また、上記金属膜パターン３はＮｉ膜から
なるので、ＰＮ接合ダイオード２と接続配線９との間を
問題無く電気的に接続できる。

【００６１】なお、上記金属膜パターン３は、Ｎｉ膜以
外の例えばＡｌ膜によって形成してもよい。金属膜パタ
ーン３をＡｌ膜によって形成した場合、金属膜パターン
３の厚さを０．５μｍにまで薄くできる。これによっ
て、下部絶縁層４を、半導体基板１と金属パターン３と
の境界の上方位置に段差を生じることなく形成できる。

【００６２】図２（ａ）は、本発明の第２実施形態の半
導体装置としての光部品を示す図である。

【００６３】この半導体装置は、半導体基板２０１に半
導体素子としてのフォトダイオード２０２を有し、上記
半導体基板２０１上に、紫外線吸収層２０３と、上記フ
ォトダイオード２０２位置に孔が設けられてＡｌからな
る損傷防止層としての金属膜２０４と、下部クラッド層
２０５と、光導波路２０６と、シリコン酸化膜からなる
上部クラッド層２０９と、Ａｌからなる迷光封止膜２１
０とを有する。上記紫外線吸収層２０３は、上記下部ク
ラッド層２０５の反射防止膜としての機能も有する。

【００６４】この半導体装置は、上記光導波路２０６の
光を、図２（ａ）における光導波路２０６の右側端部に
形成されたテーパ形状部分で反射させて、フォトダイオ
ード２０２で受け取るようになっている。

【００６５】この半導体装置は、以下のようにして製造
する。

【００６６】まず、図２（ｂ）に示すように、フォトダ
イオード２０２が設けられた半導体基板２０１上に、紫
外線吸収層２０３と、Ａｌ膜を積層し、このＡｌ膜の上
記フォトダイオード２０２に対応する位置を開口して金
属膜２０４を形成する。続いて、上記紫外線吸収層２０
３および金属膜２０４上に、下部クラッド層２０５と、
ポリマー樹脂からなる光導波路２０６とを積層する。

【００６７】その後、ＫｒＦエキシマレーザ装置を用い
て、フルエンスが０．５Ｊ／ｃｍ²で波長が２４８ｎｍ
のレーザ光によって、上記光導波路２０６の端部を加工
する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、レーザ光２
０７を光導波路２０６に、この光導波路２０６の長手方
向に直角に照射すると共に、矢印Ｂに示すように光導波
路２０６の長手方向に移動させて、図２（ｃ）に示すよ
うに上記光導波路２０６の端部をテーパ形状に加工す
る。

【００６８】続いて、上記光導波路２０６および下部ク
ラッド層２０５の上に上部クラッド層２０９を積層し
て、最後に、上記上部クラッド層２０９上に迷光封止膜
２１０を形成して、図２（ａ）に示す半導体装置が完成
する。

【００６９】上記半導体装置の製造工程において、図２
（ｂ）に示す光導波路２０６をレーザ光２０７によって
加工する際、上記金属膜２０４によって、上記レーザ光
２０７によるフォトダイオード２０２周辺の半導体基板
２０１の損傷が防止される。すなわち、上記レーザ光２
０７が上記下部クラッド層２０５を通過して半導体基板
２０１側に向っても、このレーザ光２０７の殆どは、Ａ
ｌ膜からなる金属膜２０４によって反射される。また、
上記金属膜２０４によって反射されずに金属膜２０４を
透過するレーザ光は非常に少ないので、この少ないレー
ザ光は上記紫外線吸収層２０３に、この紫外線吸収層２
０３が損傷することなく効果的に吸収される。したがっ
て、上記レーザ光２０７は殆ど半導体基板２０１に達し
ないので、フォトダイオード２０２周辺の半導体基板２
０１が損傷することがない。その結果、フォトダイオー
ド２０２の性能の低下を防止できる。

【００７０】上記半導体装置を製造した後、上記フォト
ダイオード２０２のリーク電流を計測して、上記フォト
ダイオード２０２が上記レーザ光の影響を受けたか否か
を確認した。その結果、フォトダイオード２０２のリー
ク電流は数ｐＡオーダであり、フォトダイオード２０２
はレーザ光の影響を受けていないことが判った。

【００７１】また、上記Ａｌ膜からなる金属膜２０４
は、半導体装置の配線や、フォトダイオードの遮光膜、
光導波路の迷光封止膜として用いてもよく、レーザ光に
対する損傷防止層としての機能に加えて、他の機能を有
するように形成してもよい。

【００７２】図３（ａ）は、本発明の第３実施形態の半
導体装置としての電子部品である多層配線基板を示す図
である。この半導体装置は、基板３０１上に、シリコン
酸化膜からなる下部絶縁層３０２と、Ａｌからなる下部
配線層３０３と、ポリイミドからなる上部絶縁層３０４
と、Ａｌからなる上部配線層３０６とを有する。上記下
部配線層３０３と、上部配線層３０６とが、接続配線３
０８によって電気的に接続されている。

【００７３】この半導体装置は、以下のようにして製造
する。

【００７４】まず、図３（ｂ）に示すように、基板３０
１上にシリコン酸化膜からなる下部絶縁層３０２を形成
し、その後、Ａｌからなる下部配線層３０３と、ポリイ
ミドからなる上部絶縁層３０４とを形成する。

【００７５】その後、図３（ｃ）に示すように上部絶縁
層３０４にエキシマレーザ光３１０を照射して、上部絶
縁層３０４に、上記下部配線層３０３に開口する孔３１
２を形成する。

【００７６】そして、この孔３１２の内部にＡｌを埋め
込んで接続配線３０８を形成すると共に、上部絶縁層３
０４上にＡｌを蒸着して上部配線層３０６を形成して、
図６（ａ）に示す半導体装置が完成する。

【００７７】上記レーザアブレーションによって上部絶
縁層３０４に孔３１２を形成する際、レーザ光３１０が
上部絶縁層３０４下側の下部配線層３０３に照射され
る。この下部配線層３０３の材料であるＡｌは、上記エ
キシマレーザ光３１０に対して約８０％の反射率を有す
るので、この下部配線層３０３が反射しない約２０％の
レーザ光は、熱エネルギーとして下部配線層３０３に蓄
積されて、下部配線層３０３が加熱される。しかしなが
ら、この下部配線層３０３が接する下部絶縁層３０２
は、基板３０１よりも高い熱伝導率を有するシリコン酸
化膜からなるので、この下部絶縁層３０２を介して上記
下部配線層３０３の熱が速やかに基板３０１に逃がされ
る。したがって、下部配線層３０３の温度は殆ど上昇し
ないので、従来におけるように下部配線層３０３が溶融
したり、剥がれたり吹き飛んだりすることがない。その
結果、従来におけるように、上記下部配線層３０３の下
方の下部絶縁層３０２までレーザ光が達して、この下部
絶縁層３０２に孔が形成されて、この下部絶縁層３０２
の孔に生じた異物や残瑳によってマイグレーションが発
生することがない。したがって、本実施形態による半導
体装置の製造方法によれば、レーザ光によって短時間で
絶縁層３０４に孔３１２を形成して半導体装置を短時間
で製造でき、しかも、良好な性能を有する半導体装置が
得られる。

【００７８】本発明による半導体装置の損傷防止層と比
較例の損傷防止層に実際にレーザ光を照射する実験を行
って、本発明による損傷防止層の作用効果について比較
例と比較した。

【００７９】表１は、本発明の損傷防止層と、比較例の
損傷防止層とにレーザ光を照射した後の損傷防止層の状
態をまとめて示した表である。上記レーザ光は、ＫｒＦ
エキシマレーザ装置によるレーザ光であり、レーザ光の
波長は２４８ｎｍで、フルエンスは０．５〜２．０Ｊ／
ｃｍ²である。なお、損傷防止層の状態は、０．５〜
２．０Ｊ／ｃｍ²の間のいずれのフルエンスのレーザ光
を照射しても同様の結果が得られた。すなわち、損傷防
止層の状態は、照射されるレーザ光のフルエンスが０．
５〜２．０Ｊ／ｃｍ²の間であれば、フルエンスの値に
は依存しない。

【００８０】比較例１の損傷防止層は、ＳｉＯ₂および
Ｓｉ上に形成されたＡｕ（金）およびＴｉＷ（チタン・
タングステン）の２層からなる膜であり、１．０μｍの
層厚を有する。比較例１の損傷防止層は、実施例１の損
傷防止層と金属膜の種類以外の条件は略同一である。

【００８１】比較例２の損傷防止層は、ポリイミド上に
形成されたＡｌ膜であり、１．１から２．０μｍの層厚
を有して実施例１の層厚よりも厚い層厚を有し、かつ、
実施例１の損傷防止層とは下側層が異なる。

【００８２】比較例３および比較例４の損傷防止層は、
いずれもＡｌ膜からなり、かつ、ＳｉＯ₂およびＳｉ上
に形成されていて、各々層厚のみが実施例１の損傷防止
層と異なる。

【００８３】なお、比較例２乃至４、および実施例１の
Ａｌ膜は、下側層の上に蒸着によって形成した。

【００８４】

【表１】

【００８５】上記表１からわかるように、比較例１のＡ
ｕおよびＴｉＷの２層の膜からなる損傷防止層は、レー
ザ光によって完全にエッチングされてしまう。このこと
は、実施例１のＡｌ膜は、レーザ光に対する反射率が約
８０％であるのに対して、比較例１のＡｕおよびＴｉＷ
の２層の膜は、レーザ光に対する反射率が約３０％であ
ることに起因する。すなわち、損傷防止層によって反射
されずに吸収された約７０％のレーザ光が、熱としてＡ
ｕおよびＴｉＷの２層の膜に蓄積されて、この熱によっ
て損傷防止層が溶解および蒸発した。

【００８６】また、比較例２の損傷防止層は、実施例１
の損傷防止層よりも比較的大きい層厚を有するにもかか
わらず、完全にレーザ光によってエッチングされてしま
う。これは、比較例２の損傷防止層が、熱伝導率が比較
的低いポリイミド上に形成されたことに起因する。すな
わち、比較例２の損傷防止層に吸収されたレーザ光が熱
として蓄積され、熱伝導率が比較的低い上記ポリイミド
によって上記熱が損傷防止層以外の部分に逃がされるこ
とが妨げられるので、損傷防止層の温度が上昇した結
果、損傷防止層が溶解・蒸発したのである。

【００８７】比較例３の損傷防止層は、レーザ光によっ
て完全にエッチングされた。これは、実施例１の損傷防
止層のＡｌ膜に比べて、比較例３のＡｌ膜の厚さが小さ
いことに起因する。

【００８８】比較例４の損傷防止層は、レーザ光によっ
て完全にはエッチングされないが、損傷防止層の表面の
光沢が変化したことから、多少Ａｌ膜が溶融したことが
わかる。これは、レーザ光によって溶融しない実施例１
の損傷防止層に比べて、層厚が０．１μｍ小さいことに
起因する。

【００８９】以上の実験結果から、損傷防止層が溶融す
ることなく確実にレーザ光に対する損傷防止効果を奏す
るためには、実施例１のように、Ａｌ膜は０．５μｍ以
上の層厚が必要であり、かつ、熱伝導率が比較的高いＳ
ｉＯ₂またはＳｉ上に形成する必要があることが分か
る。

【００９０】なお、上記実験に加えて、実施例１と同一
の構成の損傷防止層を、Ａｌ膜を、ＳｉＯ₂またはＳｉ
上にスパッタによって形成したものについてもレーザ光
を照射して実験を行った。この場合においても、上記実
施例１と同様に、損傷防止層はレーザ光によって溶融し
なかった。従って、蒸着膜およびスパッタ膜とでＡｌ膜
の結晶状態が異なる場合でも、層厚が０．５μｍ以上で
あり、かつ、ＳｉＯ₂またはＳｉ上に形成すれば、Ａｌ
膜は損傷防止効果を有する。

【００９１】また、上記損傷防止層が形成されるＳｉＯ
₂またはＳｉは、層厚が厚くて熱伝導効果が高ければよ
り好ましい。また、ＳｉＯ₂またはＳｉ以外の例えばＮ
ｉなどの熱伝導率が比較的高いめっき層であってもよ
い。但し、Ａｌ膜を損傷防止層としてのみでなく配線と
しても使う場合、Ａｌ膜が形成される下側層の影響によ
って配線抵抗が変化するので、下側層の材料の電気抵抗
を考慮する必要がある。この場合、上記下側層は、Ａｌ
膜に比べて高い抵抗を有する金属膜が好ましい。

【００９２】上記実施形態において、損傷防止層とし
て、Ａｌ膜を用いたが、レーザアブレーションに対して
選択比が高い例えばＡｌＳｉ，ＡｌＳｉＣｕ，ＡｌＣ
ｕ，ＡｌＮｉなどの合金による金属膜を用いてもよい。
半導体装置を形成する場合、基板として多く用いられる
シリコンに対して、融点が近い点で好適な金属膜材料と
して、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｏなどがある。この他のレーザア
ブレーションに対して選択比が高い金属膜の材料とし
て、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ等を用いてもよい。

【００９３】また、上記損傷防止層は、誘電体を複数層
形成し、この複数の誘電体層によってレーザ光の屈折率
を最適化することによってレーザ光の多重反射を起こさ
せて、レーザ光の反射率を約８０％以上にしてもよい。

【００９４】

【発明の効果】以上より明らかなように、第１の発明の
半導体装置は、半導体素子を有する基板と、上記基板お
よび半導体素子上に設けられていて、レーザ光によって
加工される被加工層と、上記被加工層と、上記半導体素
子または基板の少なくとも一方との間に配置されると共
に上記レーザ光を反射する損傷防止層とを有するので、
この損傷防止層によって、上記被加工層を加工するレー
ザ光が反射されて、上記半導体素子にレーザ光が達する
ことが防止される。したがって、この半導体装置は、レ
ーザ光によって短時間で製造でき、かつ、製造時のレー
ザ光による基板の損傷や半導体素子の性能の低下や破壊
を防止できて、良好な性能を有する半導体装置にでき
る。

【００９５】１実施形態では、上記損傷防止層は、上記
レーザ光に対して８０％以上の反射率を有するので、上
記被加工層を越えて基板側に向うレーザ光の８０％以上
を加工層側に反射できて、殆どのレーザ光が上記半導体
素子に達しないようにして、上記半導体素子の性能の低
下や破壊を効果的に防止できる。

【００９６】１実施形態では、上記損傷防止層は、金属
膜であるので、上記被加工層を越えて基板側に向うレー
ザ光を効果的に反射できて、上記半導体素子の性能の低
下や破壊を効果的に防止できる。

【００９７】１実施形態では、上記金属膜は、レーザ光
に対する反射率が比較的大きいＡｌ膜であるので、上記
被加工層を越えて基板側に向うレーザ光をＡｌ膜によっ
て確実に反射して、上記半導体素子の性能の低下や破壊
を確実に防止できる。

【００９８】１実施形態では、上記Ａｌ膜は、０．５μ
ｍ以上の膜厚を有するので、反射されずにＡｌ膜に吸収
されたレーザ光によってＡｌ膜が加熱されても、この熱
によってＡｌ膜が溶融することがない。したがって、こ
のＡｌ膜からなる損傷防止層によって、レーザ光が上記
半導体素子に達することを安定して防止できて、上記半
導体素子の性能の低下や破壊を確実に防止できる。

【００９９】１実施形態では、上記損傷防止層は２つ以
上の層からなり、上記損傷防止層のうちの上記被加工層
側の層は、上記レーザ光を反射する反射層であり、上記
損傷防止層のうちの上記半導体素子側の層は、上記レー
ザ光を吸収する吸収層であるので、上記被加工層を加工
する際に損傷防止層に向ったレーザ光は、その殆どが反
射および吸収されて上記半導体素子に殆ど達しないの
で、上記半導体素子の性能の低下や破壊を確実に防止で
きる。

【０１００】１実施形態では、上記反射層は金属膜であ
り、上記吸収層はシリコン層であるので、この損傷防止
層に達したレーザ光の大部分を上記金属膜で反射して、
さらに、上記金属膜で反射されずに金属膜を透過したレ
ーザ光の大部分を上記シリコン層で吸収して、略全ての
レーザ光を上記半導体素子に達しないようにできて、上
記半導体素子の性能の低下や破壊を確実に防止できる。

【０１０１】第２の発明の半導体装置は、金属配線が設
けられた基板と、上記金属配線上に設けられていて、レ
ーザ光によって上記金属配線に開口する開口が加工され
る被加工層と、上記基板と金属配線との間に配置され
て、上記基板よりも高い熱伝導率を有する熱伝導層とを
有するので、上記金属配線に照射されたレーザ光の一部
が熱エネルギーになって金属配線が発熱しても、この熱
は上記熱伝導層によって基板に速やかに逃がされるか
ら、上記金属配線はレーザ光によって熱が蓄積されるこ
とがなくて、金属配線の溶解や剥がれなどの問題を防止
できる。

【０１０２】１実施形態では、上記金属配線は、レーザ
光に対する反射率が比較的高いＡｌからなり、上記熱伝
導層は、比較的高い熱伝導率を有するシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜、またはＮｉ膜であるので、被加工層を
通過したレーザがＡｌに達しても、Ａｌに吸収されるレ
ーザ光が比較的少なくてＡｌの加熱量は少なく、しか
も、このＡｌの熱は、上記熱伝導層によって速やかにＡ
ｌ以外の部分に逃がされるから、Ａｌからなる金属配線
の溶解や剥がれなどを確実に防止できて、この金属配線
が設けられた半導体装置の性能を安定にできる。

【０１０３】第３の発明の半導体装置の製造方法は、半
導体素子を有する基板上に、損傷防止層を設ける工程
と、上記基板および損傷防止層上に、被加工層を設ける
工程と、上記損傷防止層上の被加工層をレーザ光によっ
て加工する工程とを有するので、上記損傷防止層によっ
て、上記被加工層をレーザ光で加工する際の上記半導体
素子へのレーザ光の照射を効果的に防止できるから、短
時間で、しかも、上記基板を破損したり、半導体素子の
性能を低下させたり破壊したりすることなく半導体装置
を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明の第１実施形態の半導
体装置である電子部品を示す図であり、図１（ｂ），
（ｃ），（ｄ）は、図１（ａ）の半導体装置の製造工程
を示す図である。

【図２】図２（ａ）は、本発明の第２実施形態の半導
体装置としての光部品を示す図であり、図２（ｂ），
（ｃ）は、図２（ａ）の半導体装置の製造工程を示す図
である。

【図３】図３（ａ）は、本発明の第３実施形態の半導
体装置としての電子部品である多層配線基板を示す図で
あり、図３（ｂ），（ｃ）は、図３（ａ）の半導体装置
の製造工程を示す図である。

【図４】図４（ａ）は、従来の半導体装置としてのＰ
Ｎ接合ダイオードを有する電子部品を示す図であり、図
４（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図４（ａ）の半導体装置
の製造工程を示す図である。

【図５】図５（ａ）は、従来の半導体装置としてのフ
ォトダイオードおよび光導波路を有する光部品を示す図
であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の半導体装置の製造
工程を示す図である。

【図６】図６（ａ）は、従来の半導体装置としての多
層配線基板を示す図であり、図６（ｂ），（ｃ）は、図
６（ａ）の半導体装置の製造工程を示す図である。

【符号の説明】

１半導体基板２ＰＮ接合ダイオード３金属膜パターン４下部絶縁層６配線層７上部絶縁層９接続配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E068 CF01 CF03 CF04 DA09 DB01 5F033 HH08 JJ01 JJ08 KK07 KK08 KK09 KK10 KK11 KK15 KK18 KK20 PP15 PP18 PP19 PP27 PP28 PP33 QQ08 QQ09 QQ13 QQ46 QQ54 RR04 RR06 RR22 TT04 WW00 WW02 XX22 XX32 XX33 5F072 AA06 JJ12 RR05 YY08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を有する基板と、上記基板および半導体素子上に設けられていて、レーザ
光によって加工される被加工層と、上記被加工層と、上記半導体素子または基板の少なくと
も一方との間に配置されると共に、上記レーザ光を反射
する損傷防止層とを有することを特徴とする半導体装
置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体装置において、
上記損傷防止層は、上記レーザ光に対して８０％以上の
反射率を有することを特徴とする請求項１記載の半導体
装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の半導体装置に
おいて、上記損傷防止層は、金属膜であることを特徴と
する半導体装置。
【請求項４】請求項３に記載の半導体装置において、
上記金属膜は、Ａｌ膜であることを特徴とする半導体装
置。
【請求項５】請求項４に記載の半導体装置において、
上記Ａｌ膜は、０．５μｍ以上の膜厚を有することを特
徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項１または２に記載の半導体装置に
おいて、上記損傷防止層は２つ以上の層からなり、上記損傷防止層のうちの上記被加工層側の層は、上記レ
ーザ光を反射する反射層であり、上記損傷防止層のうちの上記半導体素子側の層は、上記
レーザ光を吸収する吸収層であることを特徴とする半導
体装置。
【請求項７】請求項６に記載の半導体装置において、
上記反射層は金属膜であり、上記吸収層は、シリコン層であることを特徴とする半導
体装置。
【請求項８】金属配線が設けられた基板と、上記金属配線上に設けられていて、レーザ光によって上
記金属配線に開口する開口が加工される被加工層と、上記基板と金属配線との間に配置されて、上記基板より
も高い熱伝導率を有する熱伝導層とを有することを特徴
とする半導体装置。
【請求項９】請求項８に記載の半導体装置において、
上記金属配線は、Ａｌからなり、上記熱伝導層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ま
たはＮｉ膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】半導体素子を有する基板上に、損傷防
止層を設ける工程と、上記基板および損傷防止層上に、被加工層を設ける工程
と、上記損傷防止層上の被加工層をレーザ光によって加工す
る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。