(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサチップ組立体（１０２）を製造するための方法であって、
光検出器ウェハ（１２０）とマイクロレンズのアレイを含む光学ウェハ（１１９）とを互いにボンディングする段階と、
前記光検出器ウェハ（１２０）上に光検出器（１２９）を形成する段階と、
前記光検出器ウェハ（１２０）上に前記光検出器（１２９）を形成した後に前記光学ウェハ（１１９）にボンディングされた前記光検出器ウェハ（１２０）に回路ウェハ（１２１）をボンディングする段階と
を含み、
前記光学ウェハ（１１９）上にアライメントマークのグループ（１２２）を形成する段階をさらに備え、
前記光検出器ウェハ（１２０）上に前記光検出器（１２９）を形成する前記段階は、
基板（１４４）を前記光検出器ウェハ（１２０）から除去することなく、光検出器（１２９）をマイクロレンズのアレイと位置合わせするために、前記光学ウェハ（１１９）上のアライメントマークの前記グループ（１２２）を用いて前記光検出器（１２９）を形成する段階か、
または、
基板（１４４）を前記光検出器ウェハ（１２０）から除去する段階、および
光検出器（１２９）をマイクロレンズのアレイと位置合わせするために、前記光学ウェハ（１１９）上のアライメントマークの前記グループ（１２２）を用いて前記光検出器（１２９）を形成する段階
を含む、方法。
【請求項２】
前記回路ウェハ（１２１）は、前記光検出器ウェハ（１２０）上に形成される前記光検出器（１２９）を有する前記光学ウェハ（１１９）にボンディングされる前記光検出器ウェハ（１２０）にボンディングされてウェハスタック（１３６）を形成し、
前記センサチップ組立体（１０２）を形成するために前記ウェハスタック（１３６）を切り分ける段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光検出器ウェハ（１２０）に前記回路ウェハ（１２１）をボンディングする前に前記回路ウェハ（１２１）上に接点を形成する段階と、
前記回路ウェハ（１２１）を前記光検出器ウェハ（１２０）にボンディングする前に前記光検出器ウェハ（１２０）上に接点を形成する段階と
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
アライメントマークの前記グループ（１２２）は、前記光検出器ウェハ（１２０）と前記光学ウェハ（１１９）とが互いにボンディングされる前に形成される、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記光検出器ウェハ（１２０）から前記基板（１４４）を除去する前記段階は、前記基板（１４４）を前記光検出器ウェハ（１２０）から除去するために機械的研磨、機械的ラッピング、化学エッチング、またはプラズマエッチングの少なくとも１つを実行する段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
エピタキシャル層（１４６）が、前記基板（１４４）を除去した後に残る、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記回路ウェハ（１２１）が、読み出し集積回路ウェハ（１３０）である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光検出器（１２９）が、アバランシェ・フォトダイオード（１３３）である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
互いにボンディングされた光検出器ウェハ（１２０）およびマイクロレンズウェハであって、アライメントマークのグループ（１２２）が前記マイクロレンズウェハ上にある光検出器ウェハ（１２０）およびマイクロレンズウェハと、
前記光検出器ウェハ（１２０）にボンディングされた回路ウェハ（１２１）と、
前記光検出器ウェハ（１２０）上に形成され前記マイクロレンズウェハ上の対応するマイクロレンズと位置合わせされている光検出器（１２９）と
を含み、
前記光検出器ウェハは、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＰ、またはＩｎＡｌＧａＡｓから選択される材料の１つから構成されているエピタキシャル層を含み、前記光検出器は、前記エピタキシャル層上に形成され、
前記マイクロレンズウェハは、裏面と前面とを有し、前面に前記マイクロレンズを含み、
前記エピタキシャル層の前記光検出器が形成されている面とは反対側の面が、前記マイクロレンズウェハの裏面にボンディングされている、
ウェハスタック（１３６）。
【請求項１０】
前記回路ウェハ（１２１）が、読み出し集積回路ウェハ（１３０）である、請求項９に記載のウェハスタック（１３６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、センサチップ組立体（ＳＣＡ）に関し、特に、マイクレンズアレイなどの、光学要素を有するセンサチップ組立体に関する。さらに詳細には、本開示は、マイクロレンズアレイ、センサアレイ、および読み出し集積回路（ＲＯＩＣ）を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサチップ組立体は、通常、光または他の電磁気エネルギーを検出する性能を有する。例えば、センサチップ組立体は、赤外光、可視光、紫外線、Ｘ線、および他の種類の電磁気エネルギーを検出することができる。
【０００３】
センサチップ組立体におけるセンサは、さまざまな形式をとることができる。例えば、センサチップ組立体は、アクティブ・ピクセル・センサ、電荷結合素子、フォトダイオード、または他の適切な種類の素子を含むことができる。
【０００４】
センサチップ組立体におけるセンサは、画像に対する情報を生成するのに使用するため、アレイ状にしばしば製造される。読み出し集積回路は、各センサピクセルの直接制御をもたらし、収集された信号をリードバックする。センサチップ組立体は、静止画像、ビデオ、タイミング情報、および測距情報のための情報を生成し、三次元画像ならびに三次元ビデオ、または他の適切な情報を構築することができる。
【０００５】
センサチップ組立体は、光学素子、光検出器のアレイ、および信号を生成する回路を含むことができる。例えば、各光検出器は、ピクセルを表すことができる。光学素子を使用して、検出効率を向上することができる。回路は、光検出器によって形成されるピクセルに対する信号を生成する。
【０００６】
光検出器のサイズおよび光検出器アレイのピッチが小さくなると、さまざまな構成要素の間で望ましいアライメントを有するセンサチップ組立体を製造することは、より困難になる。
【０００７】
マイクロレンズアレイのようなマイクロ光学素子と光検出器配アレイとの間のアライメントは、センサチップ組立体の所望のレベルの光学効率を取得する際に重要である。数ミクロンの位置ずれにより、センサチップ組立体の光学効率において、望ましくない劣化が引き起こされる可能性がある。場合によっては、位置ずれにより、信号が完全に失われる。
【０００８】
現在、センサチップアレイを形成することには、光検出器ウェハを形成することが含まれる。光検出器ウェハは、ダイに切り分けられる。さらに、マイクロレンズウェハも形成され、ダイに切り分けられる。その後、光検出器アレイおよびマイクロレンズの対応アレイを備える各ダイは、ボンディングマシンを使用して、エポキシ樹脂でボンディングされる。
【０００９】
ボンディング処理の間、パッシブアライメントおよびアクティブアライメントの両方を用いることができる。パッシブアライメントは、これらの構成要素の１つまたは複数に配置される形状を使用して、光検出器アレイを有するダイと、マイクロレンズアレイを有するダイとを並べることを含む。アクティブアライメントは、マイクロレンズアレイを有するダイおよび光検出器アレイを有するダイのさまざまな位置に対して、光検出器アレイによって生成された信号レベルを検出することを含む。
【００１０】
ダイボンディング処理は、時間がかかり、精度は、ボンディングマシンと、そのボンディングマシンのオペレータによって限定される。さらに、エポキシ樹脂が硬化する間に、位置ずれが発生する可能性がある。
【００１１】
したがって、上記した問題、および他の起こり得る問題の少なくともいくつかを考慮する方法および装置を有することが望ましいだろう。例えば、マイクロレンズを伴う光検出器を形成する際のアライメント問題を減らす方法および装置を有することが望ましいだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の一態様は、センサチップ組立体を製造するための方法を提供する。光検出器ウェハおよび光学ウェハは、互いにボンディングされる。光検出器は光検出器ウェハ上に形成される。回路ウェハは、光検出器ウェハ上に光検出器を形成した後、光学ウェハにボンディングされる光検出器ウェハにボンディングされる。
【００１３】
本開示の別の態様は、センサチップ組立体を製造するための方法を提供する。アバランシェ・フォトダイオード・ウェハおよび光学ウェハは、互いにボンディングされる。アライメントマークのグループが、光学ウェハ上に形成される。アバランシェ・フォトダイオードのアレイは、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いて、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上に形成される。接点が、読み出し集積回路ウェハ上に形成される。接点が、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上に形成される。読み出し集積回路ウェハが、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上にアバランシェ・フォトダイオードのアレイを形成した後に、光学ウェハにボンディングするアバランシェ・フォトダイオード・ウェハにボンディングされ、ウェハスタックを形成する。ウェハスタックは、センサチップ組立体のための個々のダイを形成するために切り分けられる。
【００１４】
提供されるさらに別の例示的態様では、ウェハスタックは、互いにボンディングされる光検出器ウェハと光学ウェハとを備え、光検出器ウェハにボンディングされる回路ウェハをボンディングし、光検出器ウェハ上に光検出器が形成される。アライメントマークのグループが、光学ウェハ上に存在する。
【００１５】
形状および機能は、本開示のさまざまな実施形態において独立して実現することができ、または以下の説明および図面を参照してさらなる詳細を見ることができるさらなる他の実施形態に組み合わせてもよい。
【００１６】
例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の形状は、添付の特許請求の範囲に記載する。しかしながら、例示的な実施形態、および使用する好ましいモード、さらなる目的、ならびにその形状は、添付図面と共に読む場合、本開示の例示的実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって、最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】例示的な実施形態による集積回路製造システムのブロック図である。
【図２】一例によるマイクロレンズウェハの断面図である。
【図３】一例による光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図である。
【図４】一例による基板が除去された光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図である。
【図５】一例による光検出器を伴う光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図である。
【図６】一例による読み出し集積回路ウェハにボンディングされる光検出器ウェハの断面図である。
【図７】例示的な実施形態による光検出器の断面図である。
【図８】例示的な実施形態による光学ウェハの平面図である。
【図９】例示的な実施形態によるセンサチップ組立体を製造するための高レベル処理のフローチャートである。
【図１０】例示的な実施形態によるセンサチップ組立体を製造するための処理のフローチャートである。
【図１１】例示的な実施形態による、光検出器ウェハ上に光検出器を形成する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
例示的な実施形態は、１つまたは複数の異なる要因を認識および考慮する。例えば、例示的な実施形態は、構成要素を並べるために現在使用される処理が非効率であり、多くの場合に望まれるよりも大きな位置ずれが生じることを認識および考慮する。さらに、例示的な実施形態は、現在使用される処理が、期待されるよりも多くの時間と手間もかかり、その結果、センサチップ組立体を製造するためのコストが増えることを認識および考慮する。
【００１９】
例示的な実施形態は、アライメントが、現在実行されるように、ダイレベルよりもむしろウェハレベルで実行される可能性があることを認識および考慮する。ウェハレベルでアライメントを実行することにより、センサチップ組立体におけるさまざまな構成要素の間の所望のレベルのアライメントを、より容易に実現することができ、コストの削減につながる。
【００２０】
したがって、例示的な実施形態は、センサチップ組立体を製造するための製造システムを提供する。特に、製造システムは、光検出器ウェハと光学ウェハとを互いにボンディングする。光検出器は、光検出器ウェハ上に形成され、回路ウェハは、光検出器ウェハ上に光検出器を形成した後、光学ウェハにボンディングされる光検出器ウェハにボンディングされる。
【００２１】
ここで図面を参照して、特に図１を参照して、集積回路製造システムのブロック図を、例示的な実施形態により、図示する。この図では、センサチップ組立体製造システム１００により、センサチップ組立体１０２を製造する。
【００２２】
本例では、半導体製造装置１０８がウェハ１０６を処理して、センサチップ組立体１０２を形成する。半導体製造装置１０８は、例えば、化学気相成長装置、フォトレジストシステム、電子ビームリソグラフィ装置、プラズマエッチング装置、イオン注入装置、スパッタ蒸着装置、湿式加工装置、ボンディングマシン、およびウェハ１０６を処理するのに適切な他の装置を含むことができる。
【００２３】
示してあるように、光検出器製造処理１１６は、センサチップ組立体製造システム１００に組み入れられ、半導体製造装置１０８を用いて実行される。光検出器製造処理１１６は、ウェハレベルアライメント１１８を使用して、センサチップ組立体１０２を形成する。本例では、ウェハレベルアライメント１１８により、位置ずれと、センサチップ組立体１０２を製造するのに要する時間とを減らす。
【００２４】
示してあるように、ウェハ１０６は、多くの異なる種類のウェハを含む。例えば、ウェハ１０６は、光学ウェハ１１９、光検出器ウェハ１２０、および回路ウェハ１２１を含むことができる。ウェハ１０６は、様々な処理の段階にあってよい。ウェハ１０６のいくつかは、基板のみであってよい。他のウェハ１０６は、何らかの回路、ドーピング、エピタキシャル層、フォトレジスト、または他の構造を有してもよい。
【００２５】
本例では、光学ウェハ１１９は、アライメントマークのグループ１２２を有する。本明細書で使用する場合、「グループ」という用語は、複数の項目を参照して使用する場合、１つまたは複数の項目を意味する。例えば、アライメントマークのグループ１２２は、１つまたは複数のアライメントマークである。
【００２６】
光学ウェハ１１９は、マイクロレンズウェハ１２３の形態をとることができる。マイクロレンズ１２５のアレイ１２４は、この例では、光学ウェハ１１９上に配置される。マイクロレンズは、直径がミリメートル未満のレンズである。マイクロレンズは、しばしば、１０マイクロメートル程度であってよい。
【００２７】
光検出器ウェハ１２０は、基板１４４およびエピタキシャル層１４６を含む。光検出器ウェハ１２０は、本例では、光検出器１２９を形成するために用意される。
【００２８】
示してあるように、回路ウェハ１２１は、光検出器１２９が生成する電気信号を受信する集積回路を含む。例えば、回路ウェハ１２１は、読み出し集積回路１３１を備える読み出し集積回路ウェハ１３０とすることができる。読み出し集積回路は、光検出器１２９が生成する信号を読むために使用される集積回路である。
【００２９】
本例では、光検出器製造処理１１６は、ウェハ１０６を処理する際にウェハレベルアライメント１１８を使用して、センサチップ組立体１０２を形成する。示してあるように、光検出器ウェハ１２０および光学ウェハ１１９は、互いにボンディングされる。
【００３０】
光検出器１２９は、回路ウェハ１２１が、光学ウェハ１１９にボンディングされた光検出器ウェハ１２０にボンディングされた後、光検出器ウェハ１２０上に形成される。光検出器１２９は、アライメントマークのグループ１２２を用いて形成される。光検出器１２９は、アライメントマークのグループ１２２を用いてアレイ１３２に形成される。この例では、光検出器１２９はアバランシェ・フォトダイオード１３３である。アバランシェ・フォトダイオード１３３を使用する場合、光検出器ウェハ１２０は、この例では、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハである。
【００３１】
示してあるように、集積回路１３４は、回路ウェハ１２１上に形成される。回路ウェハ１２１は、光検出器ウェハ１２０上に光検出器１２９が形成された後、および回路ウェハ１２１上に集積回路１３４が形成された後、光検出器ウェハ１２０にボンディングされる。光検出器１２９は、光検出器１２９のアレイ１３２として配置される。この例では、光検出器１２９はアバランシェ・フォトダイオード１３３である。
【００３２】
これらの３つのウェハは、互いにボンディングされた場合に、ウェハスタック１３６を形成する。ウェハスタック１３６は、切り分けられ、センサチップ組立体１０２を形成する。これらの組立体は、キャリア上に取り付けられ、チップ１３８として使用するためにパッケージ内に配置することができる。各センサチップ組立体は、互いにボンディングされる、マイクロレンズダイ、光検出器ダイ、および読み出し集積回路ダイを有する。
【００３３】
この例では、センサチップ組立体製造システム１００で製造されるセンサチップ組立体１０２は、さまざまなデバイスまたはシステムで使用することができる。例えば、センサチップ組立体１０２は、カメラ、動き検出器、ＬＩＤＡＲシステム、または望遠鏡の少なくとも１つで使用することができる。
【００３４】
本明細書で使用する場合、「少なくとも１つ」というフレーズは、項目のリストと共に使用される場合、リストにある項目の１つまたは複数の異なる組み合わせを使用してもよく、およびリスト内の各項目の１つのみを必要としてもよいという意味である。言い換えると、「少なくとも１つ」は、任意の組み合わせの項目および任意の数の項目をリストから使用することができるが、リストにあるすべての項目が必要なわけではないことを意味する。項目は、特定の物体、事項、または分類とすることができる。
【００３５】
例えば、これらに限定されるものではないが、「項目Ａ、項目Ｂ、または項目Ｃの少なくとも１つ」は、項目Ａ、項目Ａおよび項目Ｂ、または項目Ｂを含むことができる。この例はまた、項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃもしくは項目Ｂならびに項目Ｃを含むことができる。当然、これらの項目の任意の組み合わせとしてもよい。いくつかの例では、「少なくとも１つ」は、例えば、これらに限定されるものではないが、項目Ａが２、項目Ｂが１、および項目Ｃが１０、項目Ｂが４および項目Ｃが７、または他の適切な組み合わせとすることができる。
【００３６】
光検出器製造処理１１６は、ウェハ１０６の全ウェハを有して動作する。ウェハ１０６は、センサチップ組立体１０２を製造するために現在使用される処理でのようなダイではなく全体として並べられる。ウェハ１０６を並べることにより、センサチップ組立体１０２を製造する際の現在の処理と比べて、精度が増し、時間が短縮され、コストが削減されることを可能にする。
【００３７】
図１におけるセンサチップ組立体製造システム１００の図は、例示的な実施形態を実現することができる方法に、物理的または構造的に限定することを意味しない。図示した構成要素に加えて、または図示した構成要素の代わりに、他の構成要素を使用してもよい。いくつかの構成要素は、不必要である可能性がある。さらに、ブロックは、何らかの機能部品を示すために存在する。例示的な実施形態で実施する場合、これらのブロックの１つまたは複数を組み合わせる、分割する、または異なるブロックに組み合わせ、分割することができる。
【００３８】
例えば、他の種類の光検出器１２９は、アバランシェ・フォトダイオード１３３に加えて、またはアバランシェ・フォトダイオード１３３の代わりに、他の例で使用することができる。例えば、光検出器１２９は、フォトトランジスタ、逆バイアス発光ダイオード、フォトレジスタ、または他の適切な光検出器の少なくとも１つを含むことができる。
【００３９】
別の例として、光検出器ウェハ１２０は、回路ウェハ１２１におけるいくつかの集積回路に加え、または回路ウェハ１２１におけるいくつかの集積回路の代わりに、他の集積回路を含んでもよい。例えば、光検出器ウェハ１２０は、増幅器、フィルタ、または他の適切な集積回路を含むことができる。
【００４０】
さらに他の例において、ウェハスタック１３６は、光学ウェハ１１９、光検出器ウェハ１２０、および回路ウェハ１２１に加えて、他のウェハを含むことができる。例えば、追加の光検出器ウェハおよび追加の光学ウェハを、回路ウェハ１２１の他の側にボンディングすることができる。
【００４１】
図２から図７では、センサチップ組立体を製造するための過程を示す断面図が示される。示されているさまざまな断面図の寸法は、縮尺通りではないが、センサチップ組立体を製造する処理の一例を図示するために示される。さらに、センサチップ組立体を製造する際に実行されるすべてのステップが示されるわけではなく、これは、本例で説明する形状が不明瞭になることを避けるためである。
【００４２】
まず図２を参照すると、一例によるマイクロレンズウェハの断面図が示される。示してあるように、マイクロレンズウェハ２００は、図１においてブロック形式で示される光学ウェハ１１９の一例である。マイクロレンズウェハ２００は、そのウェハ上にマイクロレンズ２０２を有する。示してあるように、マイクロレンズ２０２は、アレイ状に形成される。
【００４３】
マイクロレンズウェハ２００は、裏面２０４と前面２０６とを有する。さらに、アライメントマークのグループ（この図では見えない）が、マイクロレンズウェハ２００上に存在する。
【００４４】
この例では、マイクロレンズウェハ２００は、直径２１０を有し、その直径２１０は、この例では、約１００ミリメートルである。マイクロレンズウェハ２００は、厚さ２１２を有する。この例において、厚さ２１２は、約２００マイクロメートルである。マイクロレンズウェハ２００の直径２１０は、異なる例において変えてもよい。例えば、これらに限定されるものではないが、マイクロレンズウェハ２００は、直径が、約２５．４ミリメートルから約４５０ミリメートルとすることができる。厚さ２１２は、約１００マイクロメートルから約６００マイクロメートルとすることができる。
【００４５】
示してあるように、マイクロレンズウェハ２００は、複数の異なる材料で構成することができる。例えば、マイクロレンズウェハ２００の材料は、ＧａＰ、溶融シリカ、または所望の光学特性をもたらす他の何らかの適切な材料の１つから選択することができる。
【００４６】
図３を参照すると、一例による光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図が示される。示してあるように、光検出器ウェハ３００は、図１においてブロック形式で示される光検出器ウェハ１２０の一例である。光検出器ウェハ３００は、基板３０２およびエピタキシャル層３０４を有する。
【００４７】
示してあるように光検出器ウェハ３００およびマイクロレンズウェハ２００は、互いにボンディングされる。この例では、光検出器ウェハ３００およびマイクロレンズウェハ２００は、互いに直接ボンディングすることができるか、またはエポキシ樹脂、接着剤、もしくは他の適切な材料などの材料を使用してボンディングすることができる。特に、光検出器ウェハ３００のエピタキシャル層３０４は、マイクロレンズウェハ２００の裏面２０４にボンディングされる。特に、選択されるボンディング材料は、一例では、透過ボンディング材料である。
【００４８】
ボンディングは、半導体加工のためのさまざまな異なるボンディング技術を用いて実行することができる。例えば、光検出器ウェハ３００およびマイクロレンズウェハ２００を互いにボンディングすることは、直接ボンディング、金属ボンディング、エポキシ樹脂ボンディング、ポリマーボンディング、または他の適切な技術の少なくとも１つを用いて実行することができる。
【００４９】
この例では、光検出器ウェハ３００は、直径３０６を有し、その直径３０６は、マイクロレンズウェハ２００に対する直径２１０とほぼ同じである。基板３０２は、厚さ３０８を有し、エピタキシャル層３０４は、厚さ３１０を有する。本例では、厚さ３０８は、約３２５マイクロメートルであり、厚さ３１０は、約５マイクロメートルである。
【００５０】
示してあるように、基板３０２は、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ、または何らかの他の適切な材料の１つから選択される材料で構成することができる。エピタキシャル層３０４は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、または何らかの他の適切な材料の１つから選択される材料で構成することができる。
【００５１】
次に図４を参照すると、一例による基板が除去された光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図が示される。この例では、エピタキシャル層３０４の基板３０２は、光検出器ウェハ３００およびマイクロレンズウェハ２００が互いにボンディングされた後、除去された。
【００５２】
示してあるように、基板３０２は、さまざまな異なる方法で除去することができる。例えば、基板３０２は、機械的研磨、機械的ラッピング、化学エッチング、プラズマエッチング、または何らかの他の適切な技術の少なくとも１つを用いて、除去することができる。
【００５３】
次に図５を参照すると、一例による光検出器を有する光検出器ウェハにボンディングされるマイクロレンズウェハの断面図が示される。この例で示してあるように、光検出器５００は、光検出器ウェハ３００のエピタキシャル層３０４上に形成されている。光検出器５００は、アレイ状に形成される。
【００５４】
この例では、光検出器５００は、マイクロレンズウェハ２００上のアライメントマークを用いて形成される。言い換えると、光検出器５００およびマイクロレンズウェハ２００上の対応するマイクロレンズ２０２は、アライメントマークに基づいた位置でマイクロレンズ２０２を形成することによって、互いに位置合わせされる。この例では、光検出器５００におけるある光検出器と、マイクロレンズ２０２における対応するあるマイクロレンズとの間のアライメントの精度は、フォトリソグラフィツールの精度に基づく。
【００５５】
光検出器５００は、センサチップアレイに対するピクセルを検出する。各光検出器は、この例では、ピクセルとして機能する。このような方法で、すべてのピクセルが、マイクロレンズ２０２に位置合わせされる。バンプ５０２が光検出器５００上に形成される。バンプ５０２は、他のウェハ上の他のバンプなどの、他の構造にボンディングされ得る構造である。セクション５０６における光検出器５０４のより詳細な図が、図７に示され、以下で説明される。
【００５６】
ここで図６を参照すると、一例による読み出し集積回路にボンディングされる光検出器ウェハの断面図が示される。この図では、読み出し集積回路ウェハ６００は、図１においてブロック形式で示した回路ウェハ１２１の一例である。示してあるように、読み出し集積回路ウェハ６００は、図５に示す光検出器ウェハ３００上の光検出器５００に接続される読み出し集積回路６０２を有する。本接続は、読み出し集積回路６０２上のバンプ６０４を、光検出器５００上の図５でのバンプ５０２にボンディングすることによってなされる。この例では、バンプ５０２およびバンプ６０４は、インジウムで構成することができる。
【００５７】
示してあるように、読み出し集積回路ウェハ６００は、直径６０８および厚さ６１０を有する。直径６０８は、図２および図３に示すマイクロレンズウェハ２００に対する直径２１０および光検出器ウェハ３００に対する直径３０６とほぼ同じである。厚さ６１０は、この例において、約３００マイクロメートルである。
【００５８】
示してあるように、バンプ５０２およびバンプ６０４は、電子ビーム蒸着、スパッタリング、またはさまざまな金属によるメッキによって形成してもよい。使用される可能性のある金属の例には、インジウム、ＡｕＳｎ、Ｗ、または他の適切な材料がある。読み出し集積回路ウェハ６００および光検出器ウェハ３００の間のボンディングは、ボンダまたは他の適切な装置で実行することができる。光検出器ウェハ３００および読み出し集積回路ウェハ６００のアライメントは、バンプ５０２およびバンプ６０４を互いに位置合わせすることか、またはウェハ上の他のアライメントマークを使用することの少なくとも一方によって実行することができる。
【００５９】
本例において、図２から図６に示す処理は、光検出器製造処理１１６で実施される可能性のあるステップの一例である。この処理は、３つすべてのウェハをボンディングする。示してあるように、マイクロレンズウェハ２００、光検出器ウェハ３００、および読み出し集積回路ウェハ６００は、互いにボンディングされて、ウェハスタック６０６を形成する。別の例では、光検出器ウェハ３００上の基板３０２は、除去されなくてもよい。材料、厚さ３０８、またはその両方は、所望の量の光を通過させるように選択することができる。言い換えると、基板３０２は、実質的に透明になるように選択される。
【００６０】
ボンディングは、すべて、この例では、ウェハレベルで実行される。ウェハレベルのアライメントおよびボンディングは、ダイレベルのアライメントおよびボンディングを実行するよりも正確かつ迅速に実行され得る。
【００６１】
図７を参照すると、例示的な実施形態による、光検出器の断面図が示される。図５からのセクション５０６における光検出器５０４のより詳細な図が、この図で示される。この例では、光検出器５０４は、アバランシェ光検出器７００の形式である。特に、アバランシェ光検出器７００は、メサ・エッチング・ＩｎＰ・ベース・ガイガー・モード・アバランシェ光検出器である。
【００６２】
示してあるように、アバランシェ光検出器７００は、基板層７０４上にｐ＋ＩｎＰバッファ７０２を有する。基板層７０４は、図４におけるエピタキシャル層３０４であり、本例では、リン化インジウム（ＩｎＰ）半導体である。アバランシェ光検出器７００はまた、ＩｎＰ増倍層７０６、ＩｎＰフィールドストップ層７０８、ＩｎＧａＡｓＰ吸収層７１０、ｎ＋ＩｎＰ層７１２、接点７１４、アンダーバンプ金属７１６、およびインジウムバンプ７１８を有する。この例では、エピタキシャル層３０４の側面での基板層７０４の表面７２０は、基板３０２からかなり離れている。
【００６３】
図２から図７におけるウェハおよび光検出器の断面図は、他の例を実施することができる方法を制限することを意味しない。例えば、他の種類の半導体を、リン酸インジウム半導体に加えて、またはリン酸インジウム半導体の代わりに、使用してもよい。例えば、ケイ素、ガリウムヒ素、インジウムガリウムヒ素、および他の適切な半導体を使用してもよい。半導体構造に対して、他のウェハサイズおよび寸法を用いてもよい。
【００６４】
別の例として、他の種類の光学センサを、アバランシェ光検出器の代わりに、またはアバランシェ光検出器に加えて、使用することができる。例えば、光感知トランジスタを使用することができる。さらに、図２から図７は、一例として、メサベース光検出器を示す。他の構成、例えば、プレーナ光検出器を使用してもよい。ガイガー・モード・アバランシェ・フォトダイオード以外の、他の種類の光検出器を使用してもよい。例えば、光検出器は、リニア・モード・アバランシェ・フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタ、および他の適切な種類の光検出器とすることができる。
【００６５】
次に図８を参照すると、例示的な実施形態による、光学ウェハの平面図が示される。マイクロレンズウェハ２００の前面２０６の平面図が示される。この例では、アライメントマークのグループ８００が、マイクロレンズウェハ２００の平面図に見られる。アライメントマークのグループ８００は、この示した例において、アライメントマーク８０２およびアライメントマーク８０４を含む。この例では、アライメントマーク８０２およびアライメントマーク８０４を使用して、マイクロレンズ８０６のアレイと位置合わせされる光検出器を形成する。
【００６６】
この例では、アライメントマークのグループ８００は、さまざまな異なる方法で形成することができる。例えば、アライメントマークのグループ８００は、パターン化金属を用いて形成してもよい。別の例では、アライメントマークのグループ８００は、レーザまたは他の適切なデバイスを用いて形成することができる。
【００６７】
図２から図８に示すさまざまな構成要素は、図１における構成要素と組み合わせてもよく、図１における構成要素と共に使用してもよく、または、その２つの組み合わせでもよい。さらに、図２から図８における構成要素のいくつかは、図１においてブロック形式で示した構成要素が物理的構造としてどのように実現することができるかの例とすることができる。
【００６８】
次に図９を参照すると、例示的な実施形態によるセンサチップ組立体を製造するための高レベル処理のフローチャートを示す。図９で示す処理は、図１でのセンサチップ組立体製造システム１００において実施することができる。本処理は、図１における半導体製造装置１０８を用いて、光検出器製造処理１１６の一部として実施してもよい。
【００６９】
本処理は、光検出器ウェハと光学ウェハとを互いにボンディングすることによって開始する（操作９００）。次いで、本処理は、光検出器ウェハ上に光検出器を形成する（操作９０２）。次いで、本処理は、光検出器ウェハ上に光検出器を形成した後、光学ウェハにボンディングされる光検出器ウェハに、回路ウェハをボンディングする（操作９０４）。次いで、本処理は、互いにボンディングされたウェハをセンサチップ組立体に切り分け（操作９０６）、本処理は、その後、終了する。
【００７０】
次に図１０を参照すると、例示的な実施形態によるセンサチップ組立体を製造するための処理のフローチャートを示す。図１０で示す処理は、図１でのセンサチップ組立体製造システム１００において実施することができる。本処理は、図１における半導体製造装置１０８を用いて、光検出器製造処理１１６の一部として実施してもよい。
【００７１】
本処理は、光学ウェハ上にアライメントマークのグループを形成することによって開始する（操作１０００）。次いで、本処理は、光検出器ウェハと光学ウェハとを互いにボンディングする（操作１００２）。次いで、本処理は、光検出器ウェハ上に光検出器を形成する（操作１００４）。操作１００４での光検出器は、アライメントマークのグループを用いて形成される。このような方法で、光検出器の形成を可能にすることが、ウェハレベルで実行される。マイクロレンズおよび光検出器に対してダイを互いにアライメントすることを、本例において避けることができる。
【００７２】
本処理は、回路ウェハを光検出器ウェハにボンディングする前に、回路ウェハ上に接点を形成する（操作１００６）。本処理はまた、回路ウェハを光検出器ウェハにボンディングする前に、光検出器ウェハ上に接点を形成する（操作１００８）。操作１００６および操作１００８では、接点は、互いにボンディングされるバンプとすることができる。
【００７３】
次いで、本処理は、光検出器ウェハ上に光検出器を形成した後、光学ウェハにボンディングされた光検出器ウェハに、回路ウェハをボンディングする（操作１０１０）。操作１０１０では、回路ウェハが、光検出器ウェハにボンディングされる光検出器ウェハにボンディングされて、ウェハスタックを形成する。次いで、本処理は、ウェハスタックを切り分け、センサチップ組立体を形成し（操作１０１２）、本処理は、その後、終了する。
【００７４】
次に図１１を参照すると、例示的な実施形態による、光検出器ウェハ上に光検出器を形成する処理のフローチャートを図示する。図１１の処理は、図１０における操作１００４に対する実装態様の一例である。
【００７５】
本処理は、光検出器ウェハから基板を除去することにより開始する（操作１１００）。操作１１００において、エピタキシャル層は、基板を光検出器ウェハから取り除いた後も残る。
【００７６】
次いで、本処理は、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いて、光検出器を形成する（操作１１０２）。本処理は、その後、終了する。
【００７７】
さまざまな示した実施形態におけるフローチャートおよびブロック図は、例示的な実施形態における装置および方法のいくつかの可能な実装態様のアーキテクチャ、機能、および操作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、または操作もしくはステップの一部の少なくとも１つを表すことができる。
【００７８】
例示的な実施形態のいくつかの代替態様において、ブロックに記載した１つまたは複数の機能は、図に記載した順序でなくても実行することができる。例えば、場合によっては、連続的に示された２つのブロックを、実質的に同時に実行してもよく、またはブロックは、時には、関係する機能により、逆の順序で実行してもよい。さらに、他のブロックを、フローチャートまたはブロック図において示したブロックに追加してもよい。
【００７９】
例えば、操作１００４および操作１００６は、逆の順序で実行してもよい。あるいは、操作１００４および操作１００６は、実質的に同時に実行してもよい。別の例において、アライメントマークのグループが形成される操作１０００は、操作１００２の後に実行してもよい。
【００８０】
さまざまな操作を、半導体製造装置１０８を用いて実行することができる。この装置は、コンピュータ、プロセッサ、または他のハードウェアデバイスなどのコントローラーで制御してもよい。図示したように、オペレータは、コントローラーの代わりに、またはコントローラーと共に、装置を操作してよい。
【００８１】
別の例において、図１０では、操作１０００は省略してもよい。光検出器は、基板を光検出器ウェハから除去せずに、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いて形成してもよい。
【００８２】
例示的な実施形態は、センサチップ組立体を製造するための方法を提供する。本例で説明する処理は、ダイレベルではなくウェハレベルでのアライメントおよびボンディングを提供する。その結果、ダイを製造するのに必要な時間および労力を削減することができる。例えば、１０ミリメートルのダイを伴う１００ミリメートルのウェハは、４８個のダイをもたらすことができる。ウェハレベルで位置合わせすることは、４８個のダイのための４８回のアライメント操作に比べて、光学ウェハおよび光検出器ウェハの間で、１回のアライメント操作ですむ。３００ミリメートルのウェハの場合、この例では、６００個のダイを得ることができ、ウェハレベルではアライメント動作は１回だが、ダイではアライメント動作が６００回である。
【００８３】
さらに、ウェハレベルでアライメントを行うことは、ダイレベルで行うよりも正確であり得る。この状況は、ダイのサイズがより小さくなり、光検出器におけるピクセルのピッチが徐々に小さくなる場合、特にあてはまる。例示的な実施形態を用いることで、アクティブアライメントを避けることができる。
【００８４】
本開示は、以下の項目による態様を備える。
項目１．センサチップ組立体を製造するための方法であって、光検出器ウェハと光学ウェハとを互いにボンディングする段階と、光検出器ウェハ上に光検出器を形成する段階と、光検出器ウェハ上に光検出器を形成した後に光学ウェハにボンディングされた光検出器ウェハに回路ウェハをボンディングする段階とを含む方法。
【００８５】
項目２．回路ウェハが、光検出器ウェハ上に形成される光検出器を有する光学ウェハにボンディングされる光検出器ウェハにボンディングされてウェハスタックを形成する方法であって、センサチップ組立体を形成するためにウェハスタックを切り分ける段階をさらに含む方法。
【００８６】
項目３．光検出器ウェハに回路ウェハをボンディングする前に回路ウェハ上に接点を形成する段階と、回路ウェハを光検出器ウェハにボンディングする前に光検出器ウェハ上に接点を形成する段階とをさらに備える方法。
【００８７】
項目４．光学ウェハ上にアライメントマークのグループを形成する段階をさらに備える方法。
【００８８】
項目５．アライメントマークのグループが、光検出器ウェハと光学ウェハとが互いにボンディングされる前に形成される方法。
【００８９】
項目６．光検出器ウェハ上に光検出器を形成する段階が、光検出器ウェハから基板を除去する段階と、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いて光検出器を形成する段階とを備える方法。
【００９０】
項目７．光検出器ウェハ上に光検出器を形成する段階が、光検出器ウェハから基板を除去することなく光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いて光検出器を形成する段階を備える方法。
【００９１】
項目８．光検出器ウェハから基板を除去する段階が、基板を光検出器ウェハから除去するために機械的研磨、機械的ラッピング、化学エッチング、またはプラズマエッチングの少なくとも１つを実行する段階を備える方法。
【００９２】
項目９．基板を除去した後に、エピタキシャル層が残る方法。
【００９３】
項目１０．回路ウェハが、読み出し集積回路ウェハである方法。
【００９４】
項目１１．光検出器が、アバランシェ・フォトダイオードである方法。
【００９５】
項目１２．センサチップ組立体を製造するための方法であって、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハと光学ウェハとを互いにボンディングする段階と、光学ウェハ上にアライメントマークのグループを形成する段階と、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いてアバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上にアバランシェ・フォトダイオードのアレイを形成する段階と、読み出し集積回路ウェハ上に接点を形成する段階と、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上に接点を形成する段階と、ウェハスタックを形成するためにアバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上にアバランシェ・フォトダイオードのアレイを形成した後に光学ウェハにボンディングされたアバランシェ・フォトダイオード・ウェハに読み出し集積回路ウェハをボンディングする段階と、センサチップ組立体に対する個々のダイを形成するためにウェハスタックを切り分ける段階とを備える方法。
【００９６】
項目１３．アライメントマークのグループが、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハと光学ウェハとが互いにボンディングされた後に形成される方法。
【００９７】
項目１４．アバランシェ・フォトダイオード・ウェハ上にアバランシェ・フォトダイオードのアレイを形成する段階は、アバランシェ・フォトダイオード・ウェハから基板を除去する段階と、光学ウェハ上のアライメントマークのグループを用いてアバランシェ・フォトダイオードのアレイを形成する段階とを備える方法。
【００９８】
項目１５．アバランシェ・フォトダイオード・ウェハから基板を除去する段階は、基板をアバランシェ・フォトダイオード・ウェハから除去するために機械的研磨、機械的ラッピング、化学エッチング、またはプラズマエッチングの少なくとも１つを実行する段階を備える方法。
【００９９】
項目１６．基板を除去した後にエピタキシャル層が残る方法。
【０１００】
項目１７．光学ウェハが、マイクロレンズのアレイを含む方法。
【０１０１】
項目１８．互いにボンディングされた光検出器ウェハおよび光学ウェハであって、アライメントマークのグループが光学ウェハ上にある光検出器ウェハおよび光学ウェハと、光検出器ウェハにボンディングされる回路ウェハと、光検出器ウェハ上に形成される光検出器とを備えるウェハスタック。
【０１０２】
項目１９．回路ウェハが、読み出し集積回路ウェハであるウェハスタック。
【０１０３】
項目２０．光学ウェハが、マイクロレンズのアレイを含むウェハスタック。
【０１０４】
さまざまな例示的な実施形態の説明は、例示および説明のために提示したものであり、開示する形態での実施形態を網羅または限定することを意図していない。多くの変更および変形が、当業者には明らかであろう。さらに、さまざまな例示的な実施形態が、他の望ましい実施形態と比較して、異なる特徴を提供することができる。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明し、予期される特定の用途に適合するようなさまざまな変更に対して本開示を他の当業者が理解することを可能にするために、選択および説明される。
【符号の説明】
【０１０５】
１００  センサチップ組立体製造システム
１０２  センサチップ組立体
１０６  ウェハ
１０８  半導体製造装置
１１６  光検出器製造処理
１１８  ウェハレベルアライメント
１１９  光学ウェハ
１２０  光検出器ウェハ
１２１  回路ウェハ
１２２  アライメントマークのグループ
１２３  マイクロレンズウェハ
１２４  マイクロレンズの配列
１２５  マイクロレンズ
１２９  光検出器
１３０  読み出し集積回路ウェハ
１３１  読み出し集積回路
１３２  アレイ
１３３  アバランシェ・フォトダイオード
１３４  集積回路
１３６  ウェハスタック
１３８  チップ
１４４  基板
１４６  エピタキシャル層
２００  マイクロレンズウェハ
２０２  マイクロレンズ
２０４  裏面
２０６  表面
２１０  直径
２１２  厚さ
３００  光検出器ウェハ
３０２  基板
３０４  エピタキシャル層
３０６  直径
３０８  厚さ
３１０  厚さ
５００  光検出器
５０２  バンプ
５０４  光検出器
５０６  区分
６００  読み出し集積回路ウェハ
６０２  読み出し集積回路
６０４  バンプ
６０６  ウェハスタック
６０８  直径
６１０  厚さ
７００  アバランシェ光検出器
７０２  ｐ＋ＩｎＰバッファ
７０４  基板層
７０６  ＩｎＰ増倍層
７０８  ＩｎＰフィールドストップ層
７１０  ｎＧａＡｓＰ吸収層
７１２  ｎ＋ＩｎＰ層
７１４  接点
７１６  アンダーバンプ金属
７１８  インジウムバンプ
７２０  表面
８００  アライメントマークのグループ
８０２  アライメントマーク
８０４  アライメントマーク
８０６  マイクロレンズ
９００  操作
９０２  操作
９０４  操作
９０６  操作
１０００  操作
１００２  操作
１００４  操作
１００６  操作
１００８  操作
１０１０  操作
１０１２  操作
１１００  操作
１１０２  操作
【図１】
0006798769.tif 000002
【図２】
0006798769.tif 000003
【図３】
0006798769.tif 000004
【図４】
0006798769.tif 000005
【図５】
0006798769.tif 000006
【図６】
0006798769.tif 000007
【図７】
0006798769.tif 000008
【図８】
0006798769.tif 000009
【図９】
0006798769.tif 000010
【図１０】
0006798769.tif 000011
【図１１】
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