JP3810629B2

JP3810629B2 - 半導体装置およびその半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3810629B2
Application number: JP2000357663A
Authority: JP
Inventors: 俊幸松島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: JP2002164591A

Description

【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ＫｒＦ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ＰＮ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４０８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４０７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５０１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５０４を透過したレーザ光５０６を吸収して、レーザ光５０６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６０３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４０２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５０５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５０６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６０２に孔が形成される。その結果、上記下部絶縁層６０２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
を有し、
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。
また、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。
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。
【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、０．５μｍ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】
【００３８】
【００３９】
【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】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
第２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
を有し、
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している。
【００４８】
上記第２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２１０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２０３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２０７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２０７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、Ａｌ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２０３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２０１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、本発明の参考例の配線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。この配線装置は、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３０８によって電気的に接続されている。
【００７３】
この配線装置は、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３０１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３１２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３０４上にＡｌを蒸着して上部配線層３０６を形成して、図６（ａ）に示す配線装置が完成する。
【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、本参考例による配線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を形成して配線装置を短時間で製造でき、しかも、良好な性能を有する配線装置が得られる。
【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Ａｕ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Ａｕ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ＳｉＯ₂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ＳｉＯ₂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Ｎｉ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，ＡｌＣｕ，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、０．５μｍ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】
【０１０２】
【０１０３】
第２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、本発明の参考例の配線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ＰＮ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

Claims

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
を有し、
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１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。
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
を有し、
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の製造方法。