JP2023040895A - 電子装置、電子装置の製造方法および測定方法 - Google Patents

電子装置、電子装置の製造方法および測定方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2023040895000001
【課題】チップ間の距離を測定することが可能な電子装置、電子装置の製造方法および測定方法を提供する。
【解決手段】第１チップと、バンプにより前記第１チップに接合された第２チップと、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に設けられた第１金属パターンと、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に設けられた第２金属パターンと、を具備し、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置する電子装置。
【選択図】 図４Ａ

Description

本開示は電子装置、電子装置の製造方法および測定方法に関するものである。
バンプを用いて、チップを基板にフリップチップボンディングすることで、電子装置を形成する。静電容量を測定することで、ギャップなどの実装状態を評価する技術がある（例えば特許文献１）。
特開２０１０－５６４２９号公報
２つのチップをフリップチップボンディングで接合した後に、光学的な方法によって、２つのチップ間の距離（ギャップ）を測定することは困難であった。そこで、チップ間の距離を測定することが可能な電子装置、電子装置の製造方法および測定方法を提供することを目的とする。
本開示に係る電子装置は、第１チップと、バンプにより前記第１チップに接合された第２チップと、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に設けられた第１金属パターンと、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に設けられた第２金属パターンと、を具備し、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置する。
本開示に係る電子装置の製造方法は、第１チップと第２チップとを有する電子装置の製造方法であって、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、前記製造方法は、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンが前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において前記第２金属パターンが前記第１金属パターンの外側に位置するように配置した前記第１チップと前記第２チップとを、バンプにより接合する工程と、前記接合する工程の後、前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射し、前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する。
本開示に係る電子装置の測定方法は、第１チップと第２チップとを有する電子装置の測定方法であって、前記第１チップと前記第２チップとはバンプにより接合され、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置し、前記測定方法は、前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射する工程と、前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する。
本開示によればチップ間の距離を測定することが可能な電子装置、電子装置の製造方法および測定方法を提供することが可能である。
図１Ａは、第１実施形態に係る電子装置を例示する平面図である。 図１Ｂは、図１Ａの線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図２は、透過領域付近を拡大した図である。 図３Ａは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図３Ｂは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図３Ｃは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図４Ａは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図４Ｂは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図５Ａは、第２実施形態に係る電子装置を例示する平面図である。 図５Ｂは、図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図６Ａは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。 図６Ｂは、電子装置の製造方法を例示する断面図である。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の一形態は、（１）第１チップと、バンプにより前記第１チップに接合された第２チップと、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に設けられた第１金属パターンと、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に設けられた第２金属パターンと、を具備し、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置する電子装置である。第１透過領域を透過した光が、第１金属パターンおよび第２金属パターンで反射される。第１金属パターンの反射光および第２金属パターンの反射光を用いて、第１チップと第２チップとの間の距離を測定することができる。
（２）前記第２チップは第２透過領域を有し、前記第２透過領域の光の透過率は、前記第２チップのうち前記第２透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第２透過領域は、前記厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域および前記第２透過領域に重なってもよい。第２透過領域を透過した光が、第１金属パターンおよび第２金属パターンで反射される。第１金属パターンの反射光および第２金属パターンの反射光を用いて、第１チップと第２チップとの間の距離を測定することができる。
（３）前記第１チップは、複数の前記透過領域および複数の前記第１金属パターンを有し、前記第２チップは、複数の前記第２金属パターンを有してもよい。複数の位置で距離を測定することで、第１チップと第２チップとの間の傾きを測定することができる。
（４）前記第１チップの前記第１面とは反対側の面である第３面に設けられた第３金属パターンを具備し、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第３金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置してもよい。第１金属パターンの反射光および第３金属パターンの反射光を用いて、第１チップの厚さを測定することができる。
（５）前記第２チップの前記第２面とは反対側の面である第４面に設けられた第４金属パターンを具備し、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第４金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置してもよい。第２金属パターンの反射光および第４金属パターンの反射光を用いて、第２チップの厚さを測定することができる。
（６）前記第１チップは、第１基板、受光層および第１電極を有し、前記バンプは前記第１電極に接続され、前記第１透過領域は、前記第１基板を含み、前記受光層および前記第１電極は、前記第１透過領域以外の領域に設けられてもよい。第１透過領域に入射する光は、受光層で吸収されず、第１電極で吸収および反射されず、第１透過領域を透過する。第１透過領域を透過した光が、第１金属パターンおよび第２金属パターンで反射される。
（７）前記第２チップは、第２基板および第２電極を有し、前記バンプは前記第２電極に接続され、前記第２透過領域は、前記第２基板を含み、前記第２電極は前記第２透過領域外の領域に設けられてもよい。第２透過領域に入射する光は、第２電極で吸収および反射されず、第２透過領域を透過する。第２透過領域を透過した光が、第１金属パターンおよび第２金属パターンで反射される。
（８）第１チップと第２チップとを有する電子装置の製造方法であって、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、前記製造方法は、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンが前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において前記第２金属パターンが前記第１金属パターンの外側に位置するように配置した前記第１チップと前記第２チップとを、バンプにより接合する工程と、前記接合する工程の後、前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射し、前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する電子装置の製造方法である。第１透過領域を透過した光が、第１金属パターンおよび第２金属パターンで反射される。第１金属パターンの反射光および第２金属パターンの反射光を用いて、第１チップと第２チップとの間の距離を測定することができる。
（９）前記第１チップの前記第１面とは反対側の面である第３面に第３金属パターンが設けられ、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第３金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置し、前記接合する工程の後、前記第３金属パターンに光を入射し、かつ前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンに光を入射し、前記第１金属パターンで反射された光および前記第３金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップの厚さを測定する工程を有してもよい。第１チップの厚さを測定することができる。
（１０）前記第２チップの前記第２面とは反対側の面である第４面に設けられた第４金属パターンを具備し、前記第２チップは第２透過領域を有し、前記第２透過領域の光の透過率は、前記第２チップのうち前記第２透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第４金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置し、前記接合する工程は、前記厚さ方向において前記第２透過領域は前記第１透過領域に重なり、前記第４金属パターンは前記第１透過領域および前記第２透過領域に重なるように、前記第１チップと前記第２チップとを接合する工程であり、前記接合する工程の後、前記第１透過領域を通じて前記第２金属パターンに光を入射し、前記第１透過領域および前記第２透過領域を通じて前記第４金属パターンに光を入射し、前記第２金属パターンで反射された光、および前記第４金属パターンで反射された光を用いて、前記第２チップの厚さを測定する工程を有してもよい。第２チップの厚さを測定することができる。
（１１）第１チップと第２チップとを有する電子装置の測定方法であって、前記第１チップと前記第２チップとはバンプにより接合され、前記第１チップは第１透過領域を有し、前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置し、前記測定方法は、前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射する工程と、前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する電子装置の測定方法である。第１金属パターンの反射光および第２金属パターンの反射光を用いて、第１チップと第２チップとの間の距離を測定することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態に係る電子装置、電子装置の製造方法および測定方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
＜第１実施形態＞
図１Ａは、第１実施形態に係る電子装置１００を例示する平面図である。図１Ｂは、図１Ａの線Ａ－Ａに沿った断面図である。図２は、透過領域付近を拡大した図である。
図１Ａから図２に示すように、電子装置１００はセンサチップ１０（第１チップ）とＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、集積回路）チップ３０（第２チップ）とを備える、半導体受光素子である。センサチップ１０とＩＣチップ３０とは、複数のバンプ２８により接合され、かつ電気的に接続されている。
Ｚ軸方向はセンサチップ１０およびＩＣチップ３０の厚さ方向である。Ｚ軸方向において、センサチップ１０とＩＣチップ３０とは離間し、かつ対向する。センサチップ１０とＩＣチップ３０との間には、アンダーフィル１９が充填されている。アンダーフィル１９は、例えばエポキシなどの樹脂である。
センサチップ１０およびＩＣチップ３０は、Ｘ軸方向に延伸する辺およびＹ軸方向に延伸する辺を有する。センサチップ１０のＹ軸方向の長さＹ１は、例えば４．５ｍｍである。Ｘ軸方向の長さＸ１は、例えば１０ｍｍである。ＩＣチップ３０のＹ軸方向の長さＹ２は、例えば７．５ｍｍである。Ｘ軸方向の長さＸ２は、例えば１２ｍｍである。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は、互いに直交する。
センサチップ１０の面１０ａ（第１面）は、ＩＣチップ３０に対向する。面１０ｂ（第３面）は、センサチップ１０の面１０ａとは反対側の面である。ＩＣチップ３０の面３０ａ（第２面）は、センサチップ１０に対向する面である。面３０ｂ（第４面）は、ＩＣチップ３０の面３０ａとは反対側の面である。面１０ａ、１０ｂ、３０ａおよび３０ｂは、ＸＹ平面に平行に延伸する。ＸＹ平面は、面１０ａおよび面１０ｂが広がる方向である。ギャップｇとは、Ｚ軸方向に沿った面１０ａと面３０ａとの間の距離であり、例えば０．０１６ｍｍである。
センサチップ１０は、例えばＦＰＡ（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａｙ、フォーカルプレーンアレイ）センサなどである。ＩＣチップ３０は、回路基板であり、例えば読み出し回路（ＲＯＩＣ：Ｒｅａｄｏｕｔ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を有する。センサチップ１０は、赤外光などの光を受光することで、光の強度に応じた電気信号（電流）を出力する。電気信号は、センサチップ１０からＩＣチップ３０に入力される。
図１Ｂに示すように、センサチップ１０は、基板１２（第１基板）と半導体層１１とを有する。基板１２の半導体層１１とは反対側の面（裏面）には、反射防止膜２３が設けられている。半導体層１１は、基板１２のＩＣチップ３０に対向する面（主面）に積層されている。半導体層１１は、センサチップ１０の面内の中央側にメサ１３を有する。メサ１３は、ＩＣチップ３０に向けて突出する。
図２に示すように、半導体層１１は、ｎ型半導体層１４、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、およびコンタクト層２２を含む。基板１２の表面から順に、ｎ型半導体層１４、受光層１６、および半導体層１８が積層されている。半導体層１８の表面のうち一部にｐ型半導体層２０、およびコンタクト層２２が積層されている。
ｎ型半導体層１４は、基板１２の主面の全体を覆うように設けられる。ｎ型半導体層１４、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、およびコンタクト層２２がメサ１３を形成する。複数のメサ１５が、メサ１３に設けられ、メサ１３からＩＣチップ３０に向けて突出する。ｐ型半導体層２０およびコンタクト層２２がメサ１５を形成する。複数のメサ１５の間には溝が設けられており、これらの溝を介して複数のメサ１５は互いに分離されている。絶縁膜１７は、メサ１５の上面および側面、メサ１３の上面および側面、ｎ型半導体層１４の表面を覆う。絶縁膜１７の表面が面１０ａである。
メサ１５の先端面には電極２４（第１電極）が設けられている。複数の電極２４はｐ型電極とｎ型電極とを含む。図２に示す２つの電極２４のうち１つはｎ型電極であり、絶縁膜１７の表面に設けられ、ｐ型半導体層２０には電気的に接続されておらず、不図示の配線によりｎ型半導体層１４に電気的に接続される。図２に示す２つの電極２４のうちもう１つはｐ型電極であり、絶縁膜１７の開口部を通じてコンタクト層２２の表面に設けられ、コンタクト層２２およびｐ型半導体層２０と電気的に接続されている。
基板１２およびｎ型半導体層１４は、例えばｎ型のインジウムリン（ｎ－ＩｎＰ）などで形成されている。ｎ型のドーパントとして例えばシリコン（Ｓｉ）が用いられる。受光層１６は、例えばインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などで形成されている。半導体層１８は、例えばノンドープのインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）などで形成されている。ｐ型半導体層２０は、例えばｐ型のインジウムリン（ｐ－ＩｎＰ）などで形成されている。コンタクト層２２は、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓなどで形成されている。ｐ型のドーパントとして例えば亜鉛（Ｚｎ）が用いられる。
基板１２の厚さは、例えば０．５ｍｍである。ｎ型半導体層１４、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、およびコンタクト層２２を合わせた厚さ（半導体層１１の厚さ）は、基板１２の厚さより小さく、例えば数μｍである。基板１２および半導体層１１は、上位以外の化合物半導体で形成されてもよい。
絶縁膜１７および反射防止膜２３は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成されている。電極２４は、例えば複数の金属を組み合わせで形成される。
ＩＣチップ３０は、基板３２（第２基板）および電極３４（第２電極）を有する。面３０ａに複数の電極３４が設けられている。基板３２は、例えばシリコン（Ｓｉ）などで形成されている。基板３２の厚さは、例えば０．７５ｍｍである。電極３４は、例えば複数の金属を組み合わせで形成される。バンプ２８は電極２４と電極３４とに接合され、かつこれら２つの電極を電気的に接続する。バンプ２８は、例えばインジウム（Ｉｎ）などの半田で形成されている。
基板１２、ｎ型半導体層１４、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、およびコンタクト層２２のバンドギャップは、赤外光のエネルギーよりも大きい。受光層１６のバンドギャップは、赤外光のエネルギーと同程度である。受光層１６は、赤外光を吸収しやすく、特に波長１１００ｎｍから１７００ｎｍの範囲の光に対して高い吸収率を有する。赤外光は基板１２およびｎ型半導体層１４を透過し、受光層１６に吸収される。受光層１６は赤外光を吸収して、キャリア（電子および正孔）を生成する。センサチップ１０が発生させる電流が、ＩＣチップ３０に読み出され、例えば画像情報などが生成される。
図１Ａに示すように、電子装置１００は４つの透過領域４０を有する。透過領域４０は図１Ａにおいて破線で囲まれた部分である。透過領域４０の平面内での大きさは、例えば２．４ｍｍ×１．２ｍｍである。４つの透過領域４０は、センサチップ１０のＸＹ平面内の四隅の近傍に位置する。透過領域４０はＺ軸方向において面１０ｂから面３０ｂまでの部分を含む。透過領域４０の赤外光に対する透過率は、透過領域４０以外の領域の透過率に比べて高い。図２に示すように、透過領域４０は透過領域４２（第１透過領域）および透過領域４４（第２透過領域）を含む。
センサチップ１０は透過領域４２を有する。透過領域４２は、ＸＹ平面内においてメサ１３の外側に位置する。具体的には、透過領域４２は、メサ１３よりもセンサチップ１０の側縁に近い部分に設けられる。透過領域４２は、基板１２、ｎ型半導体層１４および絶縁膜１７を含み、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、コンタクト層２２および電極２４を含まない。言い換えれば、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、コンタクト層２２および電極２４は、透過領域４２以外の領域に設けられている。センサチップ１０の面１０ｂに反射防止膜２３が設けられる。反射防止膜２３は、基板１２を裏面側から透視したときにメサ１３に重なる部分に設けられている。透過領域４２に反射防止膜２３は設けられていない。
透過領域４２は、受光層１６および電極２４を含まない。このため、透過領域４２に入射する赤外光は、受光層１６によって吸収されず、また電極２４により吸収および反射されず、透過領域４２を透過する。透過領域４２の赤外光に対する透過率は、センサチップ１０のうち透過領域４２以外の領域の透過率に比べて高く、例えば９０％以上である。
金属パターン５０（第１金属パターン）は、センサチップ１０の面１０ａに設けられ、透過領域４２に位置する。金属パターン５０は、例えばＡｕなどの金属で形成されている。金属パターン５０の厚さは例えば８０ｎｍである。金属パターン５０の平面形状は例えば円形または正方形などである。幅は例えば１ｍｍである。金属パターン５０の平面形状が円形の場合、幅とは直径を意味する。金属パターン５０の平面形状が正方形の場合、幅とは一辺の長さを意味する。
ＩＣチップ３０は透過領域４４を有する。透過領域４４は、基板３２を含み、電極３４を含まない。透過領域４４は、Ｚ軸方向において透過領域４２に重なる部分を有する。具体的には、面１０ａのＺ軸方向の上方からセンサチップ１０を透視したときに、透過領域４２と透過領域４４とが重なる部分が存在する。Ｚ軸方向から透視したとき、透過領域４４と透過領域４２の全体とが一致するように重なってもよい。または、Ｚ軸方向から透視したとき、透過領域４４の一部と透過領域４２の一部とが重なってもよい。透過領域４４に入射する赤外光は、電極３４により吸収および反射されず、透過領域４４を透過する。透過領域４４の赤外光に対する透過率は、ＩＣチップ３０のうち透過領域４４以外の領域の透過率に比べて高く、例えば９０％以上である。
金属パターン５２（第２金属パターン）は、面３０ａに設けられ、透過領域４４に位置し、かつＸＹ平面内で金属パターン５０の外側に位置する。すなわち、図１Ａに示すように、平面視した際に、金属パターン５０および５２は互いに重ならない。金属パターン５２は、例えばＡｕなどの金属で形成されている。金属パターン５２の厚さは例えば８０ｎｍである。金属パターン５２の平面形状は例えば円形または正方形などである。幅は例えば１ｍｍである。
センサチップ１０の裏面側（図２の上側）から透過領域４０に赤外光を入射すると、赤外光は基板１２およびｎ型半導体層１４を透過し、金属パターン５０および５２それぞれの表面で反射される。反射光を用いて、センサチップ１０とＩＣチップ３０との間の距離（ギャップ）ｇを測定することができる。
（製造方法）
図３Ａから図４Ｂは、電子装置１００の製造方法を例示する断面図である。例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などで、ＩｎＰのウェハ（基板１２）の表面に、ｎ型半導体層１４、受光層１６、半導体層１８、ｐ型半導体層２０、コンタクト層２２を順にエピタキシャル成長する。エッチングなどで、メサ１３およびメサ１５を形成する。化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより、絶縁膜１７および反射防止膜２３を設ける。シリコンウェハ（基板３２）に蒸着およびリフトオフなどで、電極２４および金属パターン５０を形成する。ウェハをダイシングして、センサチップ１０およびＩＣチップ３０を形成する。
図３Ａに示すように、センサチップ１０の電極２４上にはバンプ２５を形成する。ＩＣチップ３０の電極３４上にはバンプ２７を形成する。バンプ２５とバンプ２７とが対向し、かつ透過領域４２と透過領域４４とが対向するように、センサチップ１０とＩＣチップ３０との位置合わせを行う。Ｚ軸方向において、金属パターン５０および５２は、透過領域４２および４４に重なる。具体的には、面１０ａの上方（Ｚ軸方向）からセンサチップ１０を透視したときに、金属パターン５０および５２は、透過領域４２と透過領域４４とが重なる部分の内側に位置する。ＸＹ平面内において、金属パターン５２は、金属パターン５０の外側に位置する。
図３Ｂに示すように、リフロー処理を行い、センサチップ１０とＩＣチップ３０とをフリップチップボンディングする。具体的には、バンプ２５とバンプ２７とを接触させ、半田の融点以上の温度まで加熱する。バンプ２５とバンプ２７とは溶融し、バンプ２８を形成する。バンプ２８が固化し、センサチップ１０とＩＣチップ３０とが接合される。図３Ｃに示すように、センサチップ１０とＩＣチップ３０との間にアンダーフィル１９を充填する。
図４Ａおよび図４Ｂは、ギャップｇの測定の工程を示す。測定には測定装置６０を用いる。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、測定装置６０は、制御部６１、光源６２、センサ６４、レンズ６６および６８を有する。光源６２は、例えばレーザ光源であり、赤外光を出射する。光源６２の出射光の波長は、例えば９００ｎｍから１７００ｎｍの範囲で変更可能である。センサ６４は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを備えるアレイセンサである。レンズ６６および６８は集光レンズである。制御部６１は、センサ６４が出力する電気信号を処理する装置であり、例えばコンピュータおよび処理回路などを含む。制御部６１は、センサ６４が反射光を受光する位置に基づいて、例えば三角測量を応用して、対象物までの距離を測定する。測定装置６０は、制御部６１、光源６２、センサ６４、レンズ６６および６８を１つの筐体に収納した装置でもよい。
電子装置１００は、不図示の可動式ステージの上に配置される。図４Ａおよび図４Ｂの例では面３０ｂは下側に向けられる。光源６２およびセンサ６４は、センサチップ１０の面１０ｂよりも上に配置する。光源６２とセンサチップ１０との間にレンズ６６が位置する。センサ６４とセンサチップ１０との間にレンズ６８が位置する。
光源６２から電子装置１００に向けてレーザ光を出射する。光源６２の出射光の面１０ａの法線方向（Ｚ軸方向）に対する角度（入射角）θは、０°以上、９０°未満であり、例えば３５°である。
図４Ａに示すように、光源６２の出射光は、レンズ６６で集光され、センサチップ１０の透過領域４２を透過し、金属パターン５０に入射し、金属パターン５０の表面（金属パターン５０と絶縁膜１７との界面）で反射される。金属パターン５０からの反射光は、透過領域４２を透過し、レンズ６８で集光され、センサ６４に入射する。制御部６１は、金属パターン５０の反射光に対するセンサ６４上の受光位置を特定し、金属パターン５０からレンズ６８までの距離Ｌ１を測定する。距離Ｌ１の測定後、不図示の可動式ステージなどで電子装置１００をＸＹ平面に平行に移動させる。電子装置１００のＺ軸方向の位置は変えない。
図４Ｂに示すように、光源６２の出射光は、センサチップ１０の透過領域４２を透過し、金属パターン５２に入射し、金属パターン５２の表面で反射される。金属パターン５２からの反射光は、透過領域４２を透過し、センサ６４に入射する。金属パターン５２の反射光に対するセンサ６４上の受光位置は、金属パターン５０の反射光に対するセンサ６４上の受光位置から変わる。制御部６１は、金属パターン５２の反射光に対するセンサ６４上の受光位置を特定し、金属パターン５２からレンズ６８までの距離Ｌ２を測定する。
制御部６１は、距離Ｌ２から距離Ｌ１を減算することで、センサチップ１０とＩＣチップ３０との間の距離（ギャップｇ）を算出する。
図１Ａに示すように、４つの金属パターン５０および４つの金属パターン５２が設けられている。金属パターンの４つのペアに対して図４Ａおよび図４Ｂの測定を行い、それぞれの位置におけるギャップｇを取得する。ギャップｇが例えば０．０１６ｍｍ±０．００５ｍｍなど、公差範囲内に入っていれば、当該製品は良品である。
第１実施形態によれば、センサチップ１０は透過領域４２を有する。金属パターン５０はセンサチップ１０の面１０ａに設けられ、透過領域４２に位置する。金属パターン５２は、ＩＣチップ３０の面３０ａに設けられ、透過領域４２に重なる。透過領域４２は赤外光に対して高い透過率を有する。赤外光は透過領域４２を透過して、金属パターン５０および５２に照射される。金属パターン５２は金属パターン５０の外側に位置するため、赤外光は金属パターン５０に遮られずに、金属パターン５２に照射される。赤外光は金属パターン５０および５２で反射される。金属パターン５０の反射光、および金属パターン５２の反射光を用いて、センサチップ１０とＩＣチップ３０との間のギャップｇを測定することができる。
画像認識による距離の測定では、基板１２による光の散乱、および球面収差などで、像が不鮮明になり、精度の高い測定が難しい。第１実施形態によれば、金属パターン５０からの反射光、および金属パターン５２からの反射光を用いて、ギャップｇを測定する。光の散乱、および球面収差の影響を抑制し、精度の高い測定をすることができる。測定装置６０は、赤外光の光源６２と、距離を測定可能なセンサ６４を有する。分解能の高いレンズなど高価な装置を使用しなくてよいため、低コストかつ簡単な工程で測定が可能である。
センサチップ１０およびＩＣチップ３０はそれぞれウェハのダイシングで形成される。ダイシングの切断面が粗い場合、側面からのギャップｇの測定は難しい。また、アンダーフィル１９を設けた後は、センサチップ１０の側面が見えにくくなり、ギャップｇの測定が困難である。第１実施形態によれば、アンダーフィル１９の充填後でも、赤外光を透過領域４２に透過させ、金属パターン５０および５２からの反射光を用いてギャップｇを測定することができる。
受光層１６および電極２４は、センサチップ１０のうち透過領域４２以外の領域に設けられている。受光層１６はＩｎＧａＡｓで形成され、赤外光に対して高い吸収率を有する。透過領域４２は受光層１６および電極２４を含まない。したがって、受光層１６による赤外光の吸収、電極２４による吸収および反射などを抑制することができる。透過領域４２は、基板１２およびｎ型半導体層１４を有する。基板１２およびｎ型半導体層１４は、ＩｎＰで形成されており、赤外光を吸収しにくく、透過させる。透過領域４２の赤外光に対する透過率は、例えば８０％以上、９０％以上などである。透過率は、測定に用いる光の波長に依存し、基板１２およびｎ型半導体層１４の厚さによっても変化する。具体的な例として、基板１２およびｎ型半導体層１４が薄いほど、透過率が高い。光源６２からの光が透過領域４２の基板１２およびｎ型半導体層１４を透過し、金属パターン５０および５２に入射することで、反射光が発生する。反射光を用いてギャップｇを測定することができる。
金属パターン５０および５２は、例えばＡｕなどの金属で形成されており、赤外光を反射する。金属パターン５０および５２の赤外光に対する反射率は、例えば７０％以上、８０％以上、９０％以上などである。反射率が高いほど反射光の強度が大きくなる。反射光が距離の測定に十分な強度を有していればよい。光を適切な方向に反射させるため、金属パターン５０および５２の表面は平坦であることが好ましい。光の波長と金属との組み合わせによって、反射率および吸収率は変化する。電極２４および３４は、複数の金属の多層構造で形成されることがあり、光に対して高い吸収率を有する。一方、Ａｕ製の金属パターン５０および５２は、例えば波長が９００ｎｍから１７００ｎｍの光に対して、９０％以上の高い反射率を有する。このため、金属パターン５０および５２から、高い強度を有する反射光が生じる。
図１Ａに示すように、電子装置１００は４つの透過領域４０を有する。透過領域４０は、センサチップ１０の４つの頂点の近傍に設けられている。４つの透過領域４０それぞれに、金属パターン５０および５２が設けられている。４つの透過領域４０において、ギャップｇを測定する。４つのギャップｇを比較することで、センサチップ１０とＩＣチップ３０との間の傾きを調べることができる。センサチップ１０がＩＣチップ３０に対して傾斜している場合、バンプ２８による接合が不良になる恐れがある。４つのギャップｇが例えば０．０１６ｍｍ±０．００５ｍｍなど、公差範囲内に入っていればよい。センサチップ１０とＩＣチップ３０とが互いに平行に近い状態で接合されることで、接合の不良が抑制される。
透過領域４２の数、金属パターンのペア（金属パターン５０および５２）の数は４つ以下でもよいし、４つ以上でもよい。電子装置１００の全体におけるギャップｇを測定するため、少なくとも４つの透過領域４２および金属パターンのペアが設けられ、特にセンサチップ１０の四隅に設けられることが好ましい。
光源６２の出射光のスポットサイズ（直径）は例えば７５μｍである。スポットサイズ、および入射角θなどに応じて、透過領域４０の大きさを定める。光源６２からのレーザ光が受光層１６および電極などに遮られずに金属パターン５０および５２に照射され、かつ金属パターン５０からの反射光および金属パターン５２からの反射光が遮られずにセンサ６４に入射されればよい。入射角θは例えば最小で０°である。つまり、光を垂直に入射し、垂直に反射される反射光で測定を行う。光は赤外光でもよいし、赤外光以外の光でもよく、透過領域４０を透過し、金属パターンで反射されればよい。
測定装置６０をＩＣチップ３０の面３０ｂに対向する位置に配置し、ＩＣチップ３０の透過領域４４に赤外光を照射してもよい。透過領域４４は、Ｓｉの基板３２を含み、電極３４は含まない。赤外光は、電極３４で反射および吸収されず、透過領域４４を透過し、金属パターン５０および５２で反射される。反射光は透過領域４４を透過し、センサ６４に入射する。反射光を用いてギャップｇを測定する。電子装置１００は半導体受光素子以外の装置でもよい。
＜第２実施形態＞
図５Ａは、第２実施形態に係る電子装置２００を例示する平面図である。図５Ｂは、図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面図である。
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、電子装置２００は４つの透過領域４０を有する。４つの透過領域４０のそれぞれに、金属パターン５０、５２、５４および５６が設けられている。
金属パターン５０はセンサチップ１０の面１０ａに設けられている。金属パターン５２はＩＣチップ３０の面３０ａに設けられている。金属パターン５４（第３金属パターン）はセンサチップ１０の面１０ｂに設けられている。金属パターン５６（第４金属パターン）はＩＣチップ３０の面３０ｂに設けられている。
Ｘ軸方向に沿って、金属パターン５４、金属パターン５０、金属パターン５２、および金属パターン５６がこの順に並ぶ。金属パターン５４は、金属パターン５０、５２および５６の外側に位置する。金属パターン５６は、金属パターン５０、５２および５４の外側に位置する。金属パターン５０、５２、５４および５６は、互いに重ならない。金属パターン５０、５２、５４および５６の材料は同一であり、例えばＡｕなどの金属である。
（製造方法）
図６Ａおよび図６Ｂは、電子装置２００の製造方法を例示する断面図である。フリップチップ実装、およびアンダーフィル１９の形成の工程は、第１実施形態と同じである。
図６Ａに示すように、測定装置６０を面１０ｂの上に配置する。光源６２の出射光を金属パターン５４に照射する。金属パターン５４から生じる反射光は、センサ６４に入射する。制御部６１は、金属パターン５４の反射光に対するセンサ６４上の受光位置を特定し、金属パターン５４からレンズ６８までの距離Ｌ３を測定する。
図６Ｂに示すように、光源６２の出射光を、透過領域４２および４４を透過させて、金属パターン５６に照射する。金属パターン５６から生じる反射光は、透過領域４２および４４を透過し、センサ６４に入射する。制御部６１は、金属パターン５６の反射光に対するセンサ６４上の受光位置を特定し、金属パターン５６からレンズ６８までの距離Ｌ４を測定する。
図５Ａの工程と同様に、金属パターン５０に赤外光を照射し、反射光をセンサ６４で受光する。図５Ｂの工程と同様に、金属パターン５２に赤外光を照射し、反射光をセンサ６４で受光する。距離Ｌ１およびＬ２を測定する。
制御部６１は、距離Ｌ１から距離Ｌ３を減算することで、センサチップ１０の厚さＴ１を算出する。制御部６１は、距離Ｌ４から距離Ｌ２を減算することで、ＩＣチップ３０の厚さＴ２を算出する。
第２実施形態によれば、金属パターン５０はセンサチップ１０の面１０ａに設けられ、透過領域４２に位置する。金属パターン５４は面１０ｂに設けられている。金属パターン５２は、ＩＣチップ３０の面３０ａに設けられ、透過領域４２に重なる。金属パターン５６は、面３０ｂに設けられ、透過領域４２および４４に重なる。赤外光は金属パターン５４で反射される。透過領域４２を透過した赤外光は、金属パターン５０で反射される。金属パターン５４からの反射光および金属パターン５０からの反射光を用いて、センサチップ１０の厚さＴ１を測定することができる。
透過領域４２透過した赤外光は、金属パターン５２で反射される。透過領域４２および４４を透過した光は、金属パターン５６で反射される。金属パターン５２からの反射光および金属パターン５６からの反射光を用いて、ＩＣチップ３０の厚さＴ２を測定することができる。第２実施形態によれば、ギャップｇとともに、厚さＴ１およびＴ２を測定することができる。
低コストの測定装置６０を用い、簡単な工程で、ギャップｇ、厚さＴ１およびＴ２を測定することができる。画像認識による測定に比べて、精度も高い。アンダーフィル１９の充填後であっても、測定は可能である。
４つの透過領域４０のそれぞれにおいて、ギャップｇ、厚さＴ１およびＴ２を測定することが好ましい。電子装置１００の複数の位置において、ギャップｇ、厚さＴ１およびＴ２が公差の範囲内であるか検査することができる。
測定装置６０をＩＣチップ３０の面３０ｂに対向する位置に配置し、ＩＣチップ３０の透過領域４４に赤外光を照射してもよい。赤外光は金属パターン５６で反射される。赤外光は、透過領域４４を透過し、金属パターン５０および５２で反射される。反射光は透過領域４４を透過し、センサ６４に入射する。赤外光は、透過領域４４および４２を透過し、金属パターン５４で反射される。反射光は、透過領域４４および４２を透過し、センサ６４に入射する。反射光を用いてギャップｇ、厚さＴ１およびＴ２を測定する。
図５Ａの例では、金属パターン５４および金属パターン５６の両方が、透過領域４０に位置する。センサチップ１０側およびＩＣチップ３０側のどちらから光を照射してもよい。金属パターン５４および金属パターン５６のどちらか１つが、透過領域４０に位置していればよい。例えば金属パターン５４が透過領域４０の外側に位置し、金属パターン５６が透過領域４０に位置する場合、光をセンサチップ１０側から照射する。金属パターン５４で光が反射される。透過領域４０を透過した光が、金属パターン５６で反射される。金属パターン５４および５６のうち少なくとも一方が、透過領域４２および４４に重なればよい。
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ センサチップ
１１、１８ 半導体層
１２、３２ 基板
１３、１５ メサ
１４ ｎ型半導体層
１６ 受光層
１７ 絶縁膜
１９ アンダーフィル
２０ ｐ型半導体層
２２ コンタクト層
２３ 反射防止膜
２４、３４ 電極
２５、２７、２８ バンプ
４０、４２、４４ 透過領域
５０、５２、５４、５６ 金属パターン
６０ 測定装置
６１ 制御部
６２ 光源
６４ センサ
６６、６８ レンズ
１００、２００ 電子装置

Claims (11)

  1. 第１チップと、
    バンプにより前記第１チップに接合された第２チップと、
    前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に設けられた第１金属パターンと、
    前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に設けられた第２金属パターンと、を具備し、
    前記第１チップは第１透過領域を有し、
    前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、
    前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置する電子装置。
  2. 前記第２チップは第２透過領域を有し、
    前記第２透過領域の光の透過率は、前記第２チップのうち前記第２透過領域以外の領域の透過率よりも高く、
    前記第２透過領域は、前記厚さ方向において前記第１透過領域に重なり、
    前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは、前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１透過領域および前記第２透過領域に重なる請求項１に記載の電子装置。
  3. 前記第１チップは、複数の前記透過領域および複数の前記第１金属パターンを有し、
    前記第２チップは、複数の前記第２金属パターンを有する請求項１または請求項２に記載の電子装置。
  4. 前記第１チップの前記第１面とは反対側の面である第３面に設けられた第３金属パターンを具備し、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第３金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子装置。
  5. 前記第２チップの前記第２面とは反対側の面である第４面に設けられた第４金属パターンを具備し、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第４金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置する請求項２に記載の電子装置。
  6. 前記第１チップは、第１基板、受光層および第１電極を有し、
    前記バンプは前記第１電極に接続され、
    前記第１透過領域は、前記第１基板を含み、
    前記受光層および前記第１電極は、前記第１透過領域以外の領域に設けられている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子装置。
  7. 前記第２チップは、第２基板および第２電極を有し、
    前記バンプは前記第２電極に接続され、
    前記第２透過領域は、前記第２基板を含み、
    前記第２電極は前記第２透過領域外の領域に設けられている請求項２に記載の電子装置。
  8. 第１チップと第２チップとを有する電子装置の製造方法であって、
    前記第１チップは第１透過領域を有し、
    前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、
    前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、
    前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、
    前記製造方法は、
    前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンが前記第１透過領域に重なり、前記第１面および前記第２面の広がる方向において前記第２金属パターンが前記第１金属パターンの外側に位置するように配置した前記第１チップと前記第２チップとを、バンプにより接合する工程と、
    前記接合する工程の後、前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射し、前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する電子装置の製造方法。
  9. 前記第１チップの前記第１面とは反対側の面である第３面に第３金属パターンが設けられ、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第３金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置し、
    前記接合する工程の後、前記第３金属パターンに光を入射し、かつ前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンに光を入射し、前記第１金属パターンで反射された光および前記第３金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップの厚さを測定する工程を有する請求項８に記載の電子装置の製造方法。
  10. 前記第２チップの前記第２面とは反対側の面である第４面に設けられた第４金属パターンを具備し、
    前記第２チップは第２透過領域を有し、
    前記第２透過領域の光の透過率は、前記第２チップのうち前記第２透過領域以外の領域の透過率よりも高く、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第４金属パターンは前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンの外側に位置し、
    前記接合する工程は、前記厚さ方向において前記第２透過領域は前記第１透過領域に重なり、前記第４金属パターンは前記第１透過領域および前記第２透過領域に重なるように、前記第１チップと前記第２チップとを接合する工程であり、
    前記接合する工程の後、前記第１透過領域を通じて前記第２金属パターンに光を入射し、前記第１透過領域および前記第２透過領域を通じて前記第４金属パターンに光を入射し、前記第２金属パターンで反射された光、および前記第４金属パターンで反射された光を用いて、前記第２チップの厚さを測定する工程を有する請求項８または請求項９に記載の電子装置の製造方法。
  11. 第１チップと第２チップとを有する電子装置の測定方法であって、
    前記第１チップと前記第２チップとはバンプにより接合され、
    前記第１チップは第１透過領域を有し、
    前記第１透過領域の光の透過率は、前記第１チップのうち前記第１透過領域以外の領域の透過率よりも高く、
    前記第１チップの前記第２チップに対向する面である第１面に第１金属パターンが設けられ、
    前記第２チップの前記第１チップに対向する面である第２面に第２金属パターンが設けられ、
    前記第１チップおよび前記第２チップの厚さ方向において、前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンは前記第１透過領域に重なり、
    前記第１面および前記第２面の広がる方向において、前記第２金属パターンは前記第１金属パターンの外側に位置し、
    前記測定方法は、
    前記第１透過領域を通じて前記第１金属パターンおよび前記第２金属パターンに光を入射する工程と、
    前記第１金属パターンで反射された光および前記第２金属パターンで反射された光を用いて、前記第１チップと前記第２チップとの間の距離を測定する工程と、を有する電子装置の測定方法。
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