EP1647053A2 - Procede de fabrication de film conducteur anisotrope - Google Patents

Procede de fabrication de film conducteur anisotrope

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EP1647053A2
EP1647053A2 EP04767896A EP04767896A EP1647053A2 EP 1647053 A2 EP1647053 A2 EP 1647053A2 EP 04767896 A EP04767896 A EP 04767896A EP 04767896 A EP04767896 A EP 04767896A EP 1647053 A2 EP1647053 A2 EP 1647053A2
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EP
European Patent Office
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conductive
layer
inserts
manufacturing
conductive inserts
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04767896A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean Brun
Christiane Puget
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing an anisotropic conductive film on a substrate.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor chip provided with an anisotropic conductive film.
  • the interconnection pads offer the ability to connect high density interconnection chips in a reduced volume, while maintaining or improving electrical performance, in particular by reducing the effects of self-inductance.
  • These techniques are used, for example, in cell phones and, more generally, in multimedia devices. In particular, these techniques allow high speed data transmission, compared to the wire bonding method.
  • the “flip-chip” type techniques the technology using fusible microbeads is the one that currently predominates. This technology is based on the implementation of a process on a complete wafer of semiconductor material requiring two levels of lithography: a first level to define the metallurgy for bonding microbeads and a second level dedicated to the electrolytic deposition of fusible materials.
  • the ACF technique relates to conductive films made of conductive particles incorporated in an insulating film or of metallic inserts included in an insulating film.
  • ACF films with conductive particles incorporated in an insulating film are the best known. This type of film is based on a random distribution of conductive particles in a polymer matrix. The conductive particles typically have a diameter of a few micrometers. These are either metal coated polymer beads, or metal beads which can be, for example, nickel or silver.
  • the interconnection is obtained by bonding the film between the substrate and the chip, bonding being followed by thermocompression.
  • FIG. 1A The interconnection of a chip and a substrate using a film with conductive particles is shown in FIG. 1A.
  • a chip 1 provided with conductive pads 5 is connected to a substrate 2 provided with conductive pads 7.
  • An ACF film consisting of an insulating film 3 in which are incorporated conductive particles 4 is placed between the chip and the substrate. Bosses 6 establish contact between the conductive pads and the ACF film.
  • This type of interconnection leads to a relatively high electrical contact resistance, which reduces the scope of its fields of application.
  • a known application is, for example, the field of flat screens.
  • the above-mentioned drawback has led to the design of ACF films with through metal inserts.
  • ACF film with through metal inserts is based on the orderly insertion of metallic microstructures into a sheet of polymer.
  • the interconnection of a chip and a substrate using a film with through metal inserts is shown in FIG. 1B.
  • the ACF film consists of an insulating film 8 in which are placed metal inserts 9.
  • a strong redundancy in the number of contacts per pad ensures a homogeneous contact with low resistivity and allowing high currents to pass.
  • the use of ACF films causes several problems, including that of the reliability of the electrical contact. Indeed, oxidized layers are formed on the ends of the metal inserts and on the interconnection pads of the chip, which leads to greatly reducing the quality of the electrical contacts.
  • the fusible material is liable to creep during its redesign and, on leaving, to short-circuit the metal inserts.
  • impurities can be reported between the film and the chip or between the film and its substrate during hybridization.
  • Another problem is related to the handling of thin ACF films. The films are produced on a rigid sacrificial support which must be separated from the ACF film before hybridization. It is then necessary to assemble three elements, the chip, the film and the substrate.
  • the present invention does not have the drawbacks mentioned above.
  • the invention relates to a method of manufacturing an anisotropic conductive film comprising a layer of electrically insulating material and through conductive inserts.
  • the process is characterized in that it comprises the following stages: a) formation on a substrate of at least one layer of material having through holes, said layer being called perforated layer, b) filling through holes to form conductive inserts , and being characterized in that it further comprises the production of a mask partially covering a first end of the conductive inserts and the etching of the unmasked part of the end of the conductive inserts so as to obtain conductive inserts with ends In tip.
  • step b) of filling being carried out by electrolysis comprises the deposition of a conductive layer on the substrate, prior to the formation of the perforated layer, this layer being etched after the production of conductive inserts.
  • This layer can be etched (generally wet or dry) at any possible time during the process once the conductive inserts have been made; the layer is not necessarily etched immediately after the step of filling the through holes.
  • the perforated layer of step a) is produced by depositing a layer of photosensitive resin, the exposure of this resin through a mask and the development of the latter to obtain the through holes.
  • the perforated layer can also be a layer of material deposited by serigraphy, for example a polymer or even a metal, or a layer produced by thermal oxidation and etched to obtain the through holes, or a preformed layer to produce the through holes and transferred onto the substrate.
  • the perforated layer of step a) is removed after filling step b) and a step of depositing an insulating layer is carried out on the substrate to form the insulating layer of the anisotropic conductive film.
  • a passivation layer covers the substrate in which accommodates at least one contact pad. This embodiment is used in particular when the conductive film is produced directly on the substrate which must be connected with another component.
  • the production of the mask partially covering one end of the conductive inserts and the etching of the non-masked part comprises the following steps:
  • the production of the mask partially covering one end of the conductive inserts and the etching of the non-masked part comprises the following steps:
  • the step of filling the through holes is carried out so that the first end of each conductive insert has the shape of a nail head.
  • the first end of each conductive insert may be in the form of a hat or a mound in the form of a nail head.
  • a protective layer is formed on the tips of the conductive inserts.
  • the protective layer is advantageously an antioxidant layer.
  • the antioxidant layer is preferably a gilding carried out by a technique chosen from an autocatalytic deposit, an electrolysis or a gold spray.
  • the transfer of the material capable of being transferred and intended to protect the end of the conductive inserts can advantageously be a polymer or a resin whose adhesive properties are better on the conductive inserts than on the buffer substrate on which the material is found before transfer.
  • the transfer of the material capable of being transferred to a first end of the conductive inserts can advantageously be carried out by exerting pressure on the buffer substrate on which the material is located before the transfer. This transfer can be done with or without heating.
  • the filling of the through holes is carried out by a technique chosen from an auto catalytic deposition, electrolytic growth, chemical or physical deposition, and impregnation.
  • prior to step a) is deposited on the substrate one or more layers capable of allowing, after obtaining the film, to separate it from the substrate and to ensure the mechanical rigidity of the assembly.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor chip. This method comprises a method of manufacturing an anisotropic conductive film on a semiconductor wafer according to the invention, as well as a step of cutting the structure thus obtained.
  • the anisotropic conductive film can be produced directly on a wafer of semiconductor material in which active and / or passive elements of the integrated circuit type are present.
  • the anisotropic conductive film obtained according to the method of the invention is able to connect at least two components, the conductive film can be produced on at least one of said components and said component can contain conductive zones or be completely driver.
  • the method according to the invention ensures an excellent electrical connection between the metals brought into contact.
  • the conductive inserts can be connected to the interconnection pads almost irreversibly thanks to a non-fusible hanging material.
  • the anisotropic conductive film according to the invention makes it possible to make contacts between chip and substrate having low electrical resistance, good mechanical solidity and good reliability.
  • FIG. 1A and 1B already described, show the interconnection of a chip and a substrate according to the prior art, using, respectively, an anisotropic conductive polymer film with conductive particles and a polymer film - anisotropic conductor with conductive inserts;
  • FIG. 2 shows a chip equipped with an anisotropic conductive polymer film according to the invention
  • FIG. 3A-3I show a method of manufacturing anisotropic conductive polymer film on semiconductor wafer according to the invention
  • the invention makes it possible to produce a semiconductor chip comprising, on one side, a passivation layer in which is formed at least one opening revealing a connection pad.
  • This chip includes, on the passivation layer and the connection pad, an anisotropic conductive film formed from conductive inserts enclosed in an electrically insulating material, each conductive insert having a first end projecting from the electrically insulating material and a second end being brought into contact with the passivation layer or the stud connection via a conductive element.
  • the first ends of the conductive inserts are in the form of points.
  • the electrically insulating material can be a polyimide, a thermoplastic material, a photosensitive resin or an adhesive.
  • the electrically insulating material can be a fusible glass.
  • FIG. 2 represents an example of a semiconductor chip equipped with an anisotropic conductive polymer film according to the invention.
  • a chip 10 is provided with an interconnection pad 11 placed in an opening of a passivation layer 12.
  • a conductive film 13 comprising a layer of electrically insulating material 14 in which are placed conductive inserts 15 covers the passivation layer 12 and the connection pad 11.
  • a conductive insert 15 (for example a metal insert) has a first end which projects out of the insulating film 14 and a second end connected by a conductive element 16 to the passivation layer 12 or to the stud driver 11.
  • the conductive element 16 consists of a metal chip 17 and a fastening element 18.
  • the process for manufacturing a conductive polymer film on a semiconductor wafer according to the invention will now be described with reference to FIGS. 3A -3I.
  • the method is implemented from a wafer of semiconductor material.
  • a semiconductor wafer T is covered, on one side, with a passivation layer 12 in which are made openings revealing connection pads 11 (cf. FIG. 3A).
  • the first step of the process is the deposition in full layer of a conductive and adherent material 19 on the passivation layer 12 and the connection pads 11 (cf. FIG. 3B).
  • the conductive and adherent material 19 is, for example, Ti, Cr, W, Ta, etc. This step is preferably carried out after pickling the surface of the pads.
  • the metal layer 20 is intended to serve as an electric current supply layer at the time of the electrolytic growth of the conductive inserts.
  • a layer of photosensitive polymer 21 of the resin type is then deposited on the metal layer 20 (cf. FIG. 3D).
  • the thickness of the photosensitive polymer layer 21 is between a few ⁇ m and several tens of ⁇ .
  • the layer 21 is then exposed through a mask in order to form through holes 22 (cf. FIG. 3E). Typically the holes can have a depth of a few ⁇ m to several tens of ⁇ m, depending on the thickness of the layer 21.
  • the layer in which the through holes are formed may be a layer of material deposited by screen printing, for example a polymer or even a metal, or a layer produced by thermal oxidation and etched to obtain the holes, or even a preformed layer for make the holes and transferred to the substrate.
  • the holes formed in the previous step are then filled with one or more conductive materials (Cu, Ni, Ti, Cr, W, SnPb, Au, Ag, etc.), for example electrolytically, to form conductive inserts 23 (cf. figure 3F).
  • the inserts can therefore be formed from a single conductive material or from several superimposed conductive materials. These holes can be filled electrolytically.
  • the plate on which was deposited layer 21 pierced with through holes 22 (that is to say layer 20) is connected to the cathode, and the voltage is of the order of 2V for a current of 10mA.
  • the electrolyte used is a mixture of sulfate and chloride of Ni.
  • the filling of the holes can also be done by electroless plating. In this case, we start by zincating the surfaces to be coated in basic medium, 26
  • the autocatalytic deposition is carried out in a specific bath.
  • the resin is then removed, for example by dissolution, (cf. FIG. 3G) and the metal layers deposited in full layer are selectively etched in the zones located between the inserts (cf. FIG. 3H). Note that these metal layers can be etched at any time during the process once the inserts have been made.
  • the connection pads 11 are then electrically isolated from each other. This step can be carried out dry or chemical, the latter being preferred.
  • An electrically insulating material 24 is then deposited on the plate, partially covering the metal inserts (cf. FIG. 31). In the case where the electrically insulating material completely covers the inserts, an engraving is carried out to update them.
  • This material is preferably a polymer such as a polyimide, a thermoplastic material, a photosensitive resin or any type of adhesive. It is also possible to spread a fusible glass commonly called "Spin On Glass". Recall that this step of isolating the conductive inserts is implemented in particular when the perforated layer is not compatible with the insulation of the inserts and / or obtaining their asymmetry by assembly.
  • the conductive inserts have a pointed end allowing an improvement in the electrical contact of the anisotropic conductive polymer film and of the substrates on which it is desired to transfer the chips.
  • the method according to the variant of the invention comprises additional steps between the step of forming the conductive inserts (cf. FIG. 3F) and the step of removing the photosensitive polymer layer (cf. FIG. 3G).
  • the step of forming the conductive inserts is followed here by the deposition of a photosensitive resin 25 on all of the inserts (cf. FIG. 4A).
  • the photosensitive resin is exposed through a mask so that only one resin pellet 26 remains at the top of each insert (cf. FIG. 4B). It is specified that the resin 21 is hardened by annealing at 150 ° C for 5 minutes before depositing the photosensitive resin. Isotropic etching, for example wet or dry (for example dilute nitric acid for nickel inserts), inserts are then produced (cf. FIG. 4C) until the resin pellets are removed (cf. FIG. 4D). A point 27 then appears at the end of each insert. The process then continues according to the steps mentioned above, namely, removal of the photosensitive polymer layer and selective etching of the metal layers deposited in full layer (cf. FIG. 4E).
  • the step of forming the conductive inserts is carried out according to the same method as that seen above, with the difference that the conductive material or materials forming the inserts extend beyond the top of the hole so that the ends of the inserts have a shape nail head (see Figure 5A).
  • a resin 25 on all of the inserts.
  • a substrate A Si, glass, metal or polymer
  • Resin can be a photosensitive resin used in microelectronics or any polymer whose adhesive properties will be better on the metal inserts than on the substrate A.
  • the resin 25 is transferred to the inserts, with or without heating, by exerting a pressure on the buffer substrate A (cf. Figure 5C). For example, if the substrate A has a diameter of 100 mm, a pressure of 10 kg will be exerted. And the substrate A is removed (cf. FIG. 5D). An isotropic etching of the end of the inserts is then carried out so as to form inserts with a pointed end (cf. FIG. 5E). Etching can be carried out, for example, wet or dry. For example, if the material constituting the inserts is made of nickel, the etching solution will consist for example of H 2 0 (DI) + H 2 S0 + (NH 4 ) 2S 2 0 8 .
  • a point 27 then appears at the end of each insert.
  • the presence of this pointed end on each conductive insert makes it possible to improve the electrical contact of the anisotropic conductive polymer film and of the substrates on which it is desired to transfer the chips.
  • the resin pellets on the inserts will peel off on their own or may be dissolved in a solvent for the resin 25 (cf. FIG. 5F).
  • Gilding 28 is carried out on the tips 27 of the inserts, for example by electroless plating or by electrolysis of gold (cf. FIG. 5G).
  • the photosensitive polymer layer is removed, for example by dissolution in a solvent or “posistrip LE” (see Figure 5H) and the metal layers deposited in full layer, that is to say layers 19 and 20, are selectively etched in the areas between the inserts (see figure 51).
  • the connection pads 11 are then electrically isolated from each other. This step can be carried out dry or chemical, the latter being preferred.
  • a layer of electrically insulating material 24 is thus obtained covering the inserts with the exception of the tips 27 (cf. FIG. 5J).
  • This material is preferably a polymer such as a polyimide, a thermoplastic material, a photosensitive resin or any type of adhesive. It is also possible to spread a fusible glass commonly called "Spin On Glass".
  • an anisotropic conductive polymer film produced directly on a chip considerably simplifies the process. hybridization of the chip on a substrate. Indeed, it is no longer necessary to manipulate a film to interpose it between the chip and the substrate. Only two elements are to be handled, the chip and the substrate. In addition, thanks to the bonding layer present under the inserts, the electrical contact of the anisotropic conductive polymer film on the chip is of very good quality. Other advantages of the method according to the invention can be emphasized. Thus, the production of an anisotropic conductive polymer film according to the method of the invention does not require a critical alignment step since the redundancy of the holes made during the etching step (cf. FIG.

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un film conducteur anisotrope comprenant une couche de matériau électriquement isolant et des inserts conducteurs traversants, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) formation sur un substrat (T) d'au moins une couche (21) de matériau présentant des trous traversants (22), ladite couche étant appelée couche ajourée, b) remplissage des trous traversants (22) pour former des inserts conducteurs (23). Le procédé comporte en outre la réalisation d'un masque (26) recouvrant partiellement une première extrémité des inserts conducteurs (23) et la gravure de la partie non masquée de l'extrémité des inserts conducteurs (23) de façon à obtenir des inserts conducteurs (23) à extrémités en pointe. L'invention s'applique à la formation de composants (puces, circuits intégrés) à haute densité d'interconnexions.

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE FILM CONDUCTEUR ANISOTROPE SUR UN SUBSTRAT
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un procédé de fabrication de film conducteur anisotrope sur un substrat. L'invention concerne également un procédé de fabrication de puce semi-conductrice munie d'un film conducteur anisotrope.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Avec l'essor du multimédia, de nombreux dispositifs électroniques doivent être capables de gérer, de traiter et de transmettre rapidement et facilement une grande quantité d' informations . Ces dispositifs nécessitent un accroissement de la densité des interconnexions ainsi qu'une diminution de leur poids et de leur coût de fabrication. Un intérêt considérable s'est donc porté vers des méthodes d'interconnexions où la face active de la puce est face au substrat sur lequel doit être reportée ladite puce. Cela présente un certain nombre d'avantages pour le packaging dans la microélectronique. Il existe plusieurs grandes familles de techniques pour connecter des puces et des circuits intégrés à des substrats d'interconnexion comme, par exemple, la technique de connexion par billes dite technique « flip-chip » et la technique ACF (ACF pour « Anisotropic Conductive Film ») . Ces techniques présentent un certain nombre d'avantages pour l'intégration des circuits. En effet, compte tenu de la répartition surfacique des plots d'interconnexion, elles offrent la capacité de connecter des puces à haute densité d'interconnexions dans un volume réduit, tout en maintenant ou en améliorant les performances électriques, notamment en diminuant les effets de self- inductance. Ces techniques sont utilisées, par exemple, dans les téléphones cellulaires et, plus généralement, dans les dispositifs multimédias. En particulier, ces techniques permettent la transmission de données à haut débit, comparé à la méthode du câblage filaire (« wire bonding » en anglais) . Parmi les techniques de type « flip-chip », la technologie par microbilles fusibles est celle qui prédomine actuellement. Cette technologie repose sur la mise en œuvre d'un procédé sur tranche complète de matériau semi-conducteur nécessitant deux niveaux de lithographie: un premier niveau pour définir la métallurgie d'accrochage des microbilles et un second niveau dédié au dépôt électrolytique de matériaux fusibles. Ce procédé n'est pas utilisable pour l'interconnexion de puces découpées ou lorsque le nombre de tranches à traiter est trop faible pour justifier le dessin de masques spécifiques nécessaires à l'étape de lithographie. La technique ACF concerne des films conducteurs faits de particules conductrices incorporées dans un film isolant ou d' inserts métalliques inclus dans un film isolant. Les films ACF à particules conductrices incorporées dans un film isolant sont les plus connus. Ce type de film est basé sur une répartition aléatoire de particules conductrices dans une matrice polymère. Les particules conductrices ont typiquement un diamètre de quelques micromètres. Ce sont soit des billes de polymère recouvertes de métal, soit des billes de métal qui peuvent être, par exemple, en nickel ou en argent. L'interconnexion est obtenue en collant le film entre le substrat et la puce, le collage étant suivi d'une thermocompression. L'interconnexion d'une puce et d'un substrat à l'aide d'un film à particules conductrices est représentée en figure 1A. Une puce 1 munie de plots conducteurs 5 est reliée à un substrat 2 muni de plots conducteurs 7. Un film ACF constitué d'un film isolant 3 dans lequel sont incorporées des particules conductrices 4 est placé entre la puce et le substrat. Des bossages 6 établissent le contact entre les plots conducteurs et le film ACF. Ce type d'interconnexion conduit à une résistance électrique de contact relativement élevée, ce qui réduit le champ de ses domaines d'application. Une application connue est, par exemple, le domaine des écrans plats. L'inconvénient mentionné ci-dessus a conduit à la conception des films ACF à inserts métalliques traversants. La fabrication d'un film ACF à inserts métalliques traversants est basée sur l'insertion ordonnée de microstructures métalliques dans une nappe de polymère. L'interconnexion d'une puce et d'un substrat à l'aide d'un film à inserts métalliques traversants est représenté en figure 1B. Le film ACF est constitué d'un film isolant 8 dans lequel sont placés des inserts métalliques 9. Une forte redondance du nombre de contacts par plot assure un contact homogène de faible résistivité et permettant de passer des courants importants. L'utilisation des films ACF entraîne cependant plusieurs problèmes parmi lesquels celui de la fiabilité du contact électrique. En effet, il se forme des couches oxydées sur les extrémités des inserts métalliques et sur les plots d'interconnexion de la puce, ce qui conduit à fortement réduire la qualité des contacts électriques. Une solution a été proposée à ce problème, à savoir, l'ajout d'un matériau fusible aux extrémités des inserts métalliques. Cependant, le matériau fusible est susceptible de fluer pendant sa refonte et, en partant, de mettre en court- circuit les inserts métalliques. De plus, des impuretés peuvent être rapportées entre le film et la puce ou entre le film et son substrat pendant l'hybridation. Un autre problème est lié à la manipulation des films ACF de faible épaisseur. Les films sont réalisés sur un support sacrificiel rigide qu'il faut séparer du film ACF avant l'hybridation. Il faut alors assembler trois éléments, la puce, le film et le substrat. La présente invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
En effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un film conducteur anisotrope comprenant une couche de matériau électriquement isolant et des inserts conducteurs traversants. Le procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) formation sur un substrat d'au moins une couche de matériau présentant des trous traversants, ladite couche étant appelée couche ajourée, b) remplissage des trous traversants pour former des inserts conducteurs, et étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre la réalisation d'un masque recouvrant partiellement une première extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée de l'extrémité des inserts conducteurs de façon à obtenir des inserts conducteurs à extrémités en pointe. Selon un mode de réalisation particulier, l'étape b) de remplissage étant réalisée par électrolyse, l'étape a) comporte le dépôt d'une couche conductrice sur le substrat, préalablement à la formation de la couche ajourée, cette couche étant gravée après la réalisation des inserts conducteurs . Cette couche peut être gravée (généralement de façon humide ou sèche) à tout moment possible au cours du procédé une fois que les inserts conducteurs ont été réalisés ; la couche n'est pas forcément gravée tout de suite après l'étape de remplissage des trous traversants. Avantageusement, la couche ajourée de l'étape a) est réalisée par un dépôt d'une couche de résine photosensible, l'insolation de cette résine à travers un masque et le développement de cette dernière pour obtenir les trous traversants. La couche ajourée peut être également une couche de matériau déposée par sérigraphie, par exemple un polymère ou même un métal, ou une couche réalisée par oxydation thermique et gravée pour obtenir les trous traversants, ou encore une couche préformée pour réaliser les trous traversants et reportée sur le substrat. Avantageusement, la couche ajourée de l'étape a) est retirée après l'étape b) de remplissage et une étape de dépôt d'une couche isolante est réalisée sur le substrat pour former la couche isolante du film conducteur anisotrope. Cette variante est mise en œuvre notamment lorsque la couche ajourée n'est pas compatible avec l'isolement des inserts conducteurs et/ou l'obtention de leur dissymétrie après assemblage. Avantageusement, une couche de passivation recouvre le substrat dans laquelle loge au moins un plot de contact. Ce mode de réalisation est utilisé en particulier lorsque le film conducteur est réalisé directement sur le substrat qui doit être connecté avec un autre composant. Selon un mode, particulier, la réalisation du masque recouvrant partiellement une extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée comporte les étapes suivantes :
- dépôt d'une résine photosensible sur la couche ajourée dans laquelle sont formés les inserts conducteurs,
- insolation et développement de la résine photosensible à travers le masque de sorte que seule une pastille de résine demeure au sommet d'une première extrémité de chaque insert conducteur, - gravure chimique isotrope des premières extrémités des inserts conducteurs jusqu'au retrait des pastilles de résine de sorte qu'une pointe apparaisse sur la première extrémité de chaque insert conducteur. Selon un autre mode particulier, la réalisation du masque recouvrant partiellement une extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée comporte les étapes suivantes :
- enduction d' un substrat tampon par un matériau apte à être transféré et destiné à protéger l'extrémité des inserts conducteurs,
- transfert dudit matériau sur les inserts conducteurs de sorte que seule une pastille de matériau demeure au sommet de la première extrémité de chaque insert conducteur,
- gravure chimique isotrope des premières extrémités des inserts conducteurs jusqu'au retrait des pastilles de matériau de sorte qu'une pointe apparaisse sur la première extrémité de chaque insert conducteur. Avantageusement, l'étape de remplissage des trous traversants est effectuée de manière à ce que la première extrémité de chaque insert conducteur ait la forme d'une tête de clou. En d'autres mots, la première extrémité de chaque insert conducteur pourra avoir la forme d'un chapeau ou d'un monticule ayant la forme d'une tête de clou. Avantageusement, après la réalisation des premières extrémités des inserts conducteurs en pointes, une couche de protection est formée sur les pointes des inserts conducteurs . Dans ce cas, la couche de protection est avantageusement une couche anti-oxydante. Et la couche anti-oxydante est de préférence une dorure s'effectuant par une technique choisie parmi un dépôt autocatalytique, une électrolyse ou une pulvérisation d'or. Dans le cas où l'on choisit d'effectuer le procédé comportant, entre autres, les étapes d' enduction d'un substrat tampon par un matériau de transfert, de transfert dudit matériau sur les inserts conducteurs et de gravure chimique isotrope des premières extrémités desdits inserts conducteurs, le transfert du matériau apte à être transféré et destiné à protéger l'extrémité des inserts conducteurs peut avantageusement être un polymère ou une résine dont les propriétés adhesives sont supérieures sur les inserts conducteurs que sur le substrat tampon sur lequel le matériau se trouve avant le transfert. Le transfert du matériau apte à être transféré sur une première extrémité des inserts conducteurs peut avantageusement être effectué en exerçant une pression sur le substrat tampon sur lequel le matériau se trouve avant le transfert. Ce transfert peut être fait avec ou sans chauffage. Avantageusement, le remplissage des trous traversants s'effectue par une technique choisie parmi un dépôt auto catalytique, une croissance électrolytique, un dépôt chimique ou physique, et une imprégnation . Selon un mode de réalisation particulier, préalablement à l'étape a), on dépose sur le substrat une ou plusieurs couches aptes à permettre, après l'obtention du film, de le séparer du substrat et d'assurer la rigidité mécanique de l'ensemble. L' invention concerne également un procédé de fabrication d'une puce semi-conductrice. Ce procédé comprend un procédé de fabrication de film conducteur anisotrope sur une tranche de semi-conducteur selon l'invention, ainsi qu'une étape de découpe de la structure ainsi obtenue.
Dans un des modes de réalisation de cette invention, le film conducteur anisotrope peut être réalisé directement sur une tranche de matériau semi- conducteur dans laquelle sont présents des éléments actifs et/ou passifs de type circuits intégrés. De manière générale, le film conducteur anisotrope obtenu selon le procédé de l'invention est apte à connecter au moins deux composants, le film conducteur pouvant être réalisé sur au moins l'un desdits composants et ledit composant pouvant contenir des zones conductrices ou être complètement conducteur. Le procédé selon l'invention permet d'assurer une excellente liaison électrique entre les métaux mis en contact. Les inserts conducteurs peuvent être reliés aux plots d'interconnexion de manière quasi irréversible grâce à un matériau d'accroché non fusible. En particulier, le film conducteur anisotrope selon l'invention permet de réaliser des contacts entre puce et substrat présentant une faible résistance électrique, une bonne solidité mécanique et une bonne fiabilité. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles :
- les figures 1A et 1B, déjà décrites, représentent l'interconnexion d'une puce et d'un substrat selon l'art connu, à l'aide, respectivement, d'un film polymère conducteur anisotrope à particules conductrices et d'un film polymère -conducteur anisotrope à inserts conducteurs ;
- la figure 2 représente une puce équipée d'un film polymère conducteur anisotrope selon l'invention ; - les figures 3A-3I représentent un procédé de fabrication de film polymère conducteur anisotrope sur tranche de semi-conducteur selon l'invention ;
- les figures 4A-4F représentent une variante du procédé de fabrication représenté aux figures 3A-3I ; - les figures 5A-5J représentent une autre variante du procédé de fabrication représenté aux figures 3A-3I. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
L'invention permet de réaliser une puce semi-conductrice comprenant, sur une face, une couche de passivation dans laquelle est pratiquée au moins une ouverture laissant apparaître un plot de connexion. Cette puce comprend, sur la couche de passivation et le plot de connexion, un film conducteur anisotrope formé d' inserts conducteurs enserrés dans un matériau électriquement isolant, chaque insert conducteur ayant une première extrémité faisant saillie hors du matériau électriquement isolant et une deuxième extrémité étant mise au contact de la couche de passivation ou du plot de connexion par l'intermédiaire d'un élément conducteur. Avantageusement, les premières extrémités des inserts conducteurs sont en forme de pointes. Selon une variante, le matériau électriquement isolant peut être un polyimide, un matériau thermoplastique, une résine photosensible ou une colle. Selon une autre variante, le matériau électriquement isolant peut être un verre fusible. La figure 2 représente un exemple de puce semi-conductrice équipée d'un film polymère conducteur anisotrope selon l'invention. Une puce 10 est munie d'un plot d'interconnexion 11 placé dans une ouverture d'une couche de passivation 12. Un film conducteur 13 comprenant une couche de matériau électriquement isolant 14 dans laquelle sont placés des inserts conducteurs 15 recouvre la couche de passivation 12 et le plot de connexion 11. Un insert conducteur 15 (par exemple un insert métallique) a une première extrémité qui fait saillie hors du film isolant 14 et une deuxième extrémité reliée par un élément conducteur 16 à la couche de passivation 12 ou au plot conducteur 11. L'élément conducteur 16 est constitué d'une pastille métallique 17 et d'un élément d'accrochage 18. Le procédé de fabrication de film polymère conducteur sur tranche de semi-conducteur selon l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 3A-3I . Le procédé est mis en œuvre à partir d'une tranche de matériau semi-conducteur. Une tranche de semi-conducteur T est recouverte, sur une face, d'une couche de passivation 12 dans laquelle sont pratiquées des ouvertures laissant apparaître des plots de connexion 11 (cf. figure 3A) . La première étape du procédé est le dépôt en pleine couche d'un matériau conducteur et adhérent 19 sur la couche de passivation 12 et les plots de connexion 11 (cf. figure 3B) . Le matériau conducteur et adhérent 19 est, par exemple, du Ti, Cr, W, Ta, etc. Cette étape est preferentiellement réalisée après un décapage de la surface des plots . Le dépôt d'au moins une couche métallique
20 (Cu, Ni, Ti, Au, Al, etc.) est ensuite effectué sur la couche 19 (cf. figure 3C) . La couche métallique 20 est destinée à servir de couche d'apport de courant électrique au moment de la croissance éleσtrolytique des inserts conducteurs. On dépose ensuite une couche de polymère photosensible 21 de type résine sur la couche métallique 20 (cf. figure 3D) . L'épaisseur de la couche de polymère photosensible 21 est comprise entre quelques μm et plusieurs dizaines de μ . La couche 21 est ensuite insolée à travers un masque afin de former des trous traversants 22 (cf. figure 3E) . Typiquement les trous peuvent avoir une profondeur de quelques μm à plusieurs dizaines de μm, selon l'épaisseur de la couche 21. Le masque permettant la formation des trous assure une répartition homogène et redondante de ceux-ci. Précisons que la couche dans laquelle sont formés les trous traversants peut être une couche de matériau déposée par sérigraphie, par exemple un polymère ou même un métal, ou une couche réalisée par oxydation thermique et gravée pour obtenir les trous, ou encore une couche préformée pour réaliser les trous et reportée sur le substrat. Les trous formés à l'étape précédente sont ensuite remplis par un ou plusieurs matériaux conducteurs (Cu, Ni, Ti, Cr, W, SnPb, Au, Ag, etc.), par exemple par voie électrolytique, pour former des inserts conducteurs 23 (cf. figure 3F) . Les inserts peuvent donc être formés d'un seul matériau conducteur ou de plusieurs matériaux conducteurs superposés. Le remplissage de ces trous peut s'effectuer par voie électrolytique. La plaque sur laquelle a été déposée la couche 21 percée de trous traversants 22 (c'est-à-dire la couche 20) est connectée à la cathode, et la tension est de l'ordre de 2V pour un courant de 10mA. Par exemple, pour un dépôt de Ni, l' électrolyte utilisé est un mélange de sulfate et de chlorure de Ni. Le remplissage des trous peut également s'effectuer par dépôt autocatalytique (« electroless plating » en anglais) . Dans ce cas, on commence par effectuer la zincatation des surfaces à revêtir en milieu basique, 26
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puis on effectue le dépôt autocatalytique dans un bain spécifique. La résine est alors supprimée, par exemple par dissolution, (cf. figure 3G) et les couches métalliques déposées en pleine couche sont gravées sélectivement dans les zones situées entre les inserts (cf. figure 3H) . Précisons que ces couches métalliques peuvent être gravées à tout moment au cours du procédé une fois que les inserts ont été réalisés. Les plots de connexion 11 sont alors électriquement isolés les uns des autres. Cette étape peut se réaliser par voie sèche ou chimique, cette dernière étant préférée. Un matériau électriquement isolant 24 est ensuite déposé sur la plaque, recouvrant partiellement les inserts métalliques (cf. figure 31) . Dans le cas où le matériau électriquement isolant recouvre entièrement les inserts, on procède à une gravure pour les mettre à jour. Ce matériau est preferentiellement un polymère tel qu'un polyimide, un matériau thermoplastique, une résine photosensible ou tout type de colle. Il est également possible d'étaler un verre fusible communément appelé « Spin On Glass ». Rappelons que cette étape d'isolation des inserts conducteurs est mise en œuvre notamment lorsque la couche ajourée n'est pas compatible avec l'isolement des inserts et/ou l'obtention de leur dissymétrie par assemblage.
Pour obtenir une puce semi-conductrice selon l'invention, il suffit alors de découper la tranche de semi-conducteur recouverte de film polymère 26
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conducteur anisotrope en autant de puces élémentaires qu'il est nécessaire.
Une variante du procédé de fabrication de film polymère conducteur selon l'invention va maintenant être décrite en référence aux figures 4A-4F. Selon cette variante, les inserts conducteurs ont une extrémité pointue permettant une amélioration du contact électrique du film polymère conducteur anisotrope et des substrats sur lesquels on désire reporter les puces. Le procédé selon la variante de l'invention comprend des étapes supplémentaires entre l'étape de formation des inserts conducteurs (cf. figure 3F) et l'étape de suppression de la couche de polymère photosensible (cf. figure 3G) . Selon la variante de l'invention, à l'étape de formation des inserts conducteurs, succède ici le dépôt d'une résine photosensible 25 sur l'ensemble des inserts (cf. figure 4A) . La résine photosensible est insolée à travers un masque de sorte que seule une pastille de résine 26 demeure au sommet de chaque insert (cf. figure 4B) . On précise que la résine 21 est durcie par un recuit à 150°C pendant 5 minutes avant de déposer la résine photosensible. Une gravure isotrope, par exemple par voie humide ou sèche (par exemple acide nitrique dilué pour des inserts en nickel) , des inserts est alors réalisée (cf. figure 4C) jusqu'à ce que les pastilles de résine soient retirées (cf. figure 4D) . Une pointe 27 apparaît alors à l'extrémité de chaque insert. Le procédé se poursuit alors selon les étapes mentionnées précédemment, à savoir, suppression de la couche de polymère photosensible et gravure sélective des couches métalliques déposées en pleine couche (cf. figure 4E) . A la gravure sélective des couches métalliques succède le dépôt d'un matériau électriquement isolant 24 recouvrant les inserts à l'exception des pointes 27 (cf. figure 4F). Une autre variante du procédé de fabrication de film polymère conducteur selon l'invention est décrite en référence aux figures 5A-5J. Selon cette variante, les inserts conducteurs ont également une extrémité pointue, mais on utilise une technique de transfert de matériau pour masquer partiellement l'extrémité desdits inserts plutôt qu'une étape de masquage. Le procédé de fabrication selon cette variante de l'invention débute par les mêmes étapes 3A à 3E vues précédemment. Puis' on réalise l'étape de formation des inserts conducteurs selon la même méthode que celle vue précédemment, à la différence que le ou les matériaux conducteurs formant les inserts débordent le haut du trou de manière à ce que les extrémités des inserts présentent une forme de tête de clou (cf. figure 5A) . Puis on procède au dépôt d'une résine 25 sur l'ensemble des inserts. Pour cela, on réalise 1' enduction d'un substrat A (Si, verre, métal ou polymère) par une résine destinée à protéger l'extrémité des inserts (cf. figure 5B) . La résine peut être une résine photosensible utilisée en microélectronique ou un quelconque polymère dont les propriétés adhesives seront supérieures sur les inserts métalliques qu'au substrat A. On transfère la résine 25 sur les inserts, avec ou sans chauffage, en exerçant une pression sur le substrat tampon A (cf. figure 5C) . Par exemple, si le substrat A a un diamètre de 100 mm, on exercera une pression de 10 kg. Et on retire le substrat A (cf. figure 5D) . On réalise ensuite une gravure isotrope de l'extrémité des inserts de façon à former des inserts à extrémité en pointe (cf. figure 5E) . La gravure peut être réalisée, par exemple, par voie humide ou sèche. Par exemple, si le matériau constituant les inserts est en nickel, la solution de gravure sera constituée par exemple de H20 (DI) + H2S0 + (NH 4) 2S208. Une pointe 27 apparaît alors à l'extrémité de chaque insert. La présence de cette extrémité pointue sur chaque insert conducteur permet d' améliorer le contact électrique du film polymère conducteur anisotrope et des substrats sur lesquels on désire reporter les puces. Au cours de la gravure, les pastilles de résine sur les inserts vont se décoller toutes seules ou pourront être dissoutes dans un solvant de la résine 25 (cf. figure 5F) . On effectue la dorure 28 des pointes 27 des inserts, par exemple par dépôt autocatalytique (« electroless plating ») ou par électrolyse d'or (cf. figure 5G) . Enfin, on supprime la couche de polymère photosensible, par exemple par dissolution dans un solvant ou du « posistrip LE », (cf. figure 5H) et les couches métalliques déposées en pleine couche, c'est-à- dire les couches 19 et 20, sont gravées sélectivement dans les zones situées entre les inserts (cf. figure 51) . Pour finir, les plots de connexion 11 sont alors électriquement isolés les uns des autres. Cette étape peut se réaliser par voie sèche ou chimique, cette dernière étant préférée. On obtient ainsi une couche de matériau électriquement isolant 24 recouvrant les inserts à l'exception des pointes 27 (cf. figure 5J) . Ce matériau est preferentiellement un polymère tel qu'un polyimide, un matériau thermoplastique, une résine photosensible ou tout type de colle. Il est également possible d'étaler un verre fusible communément appelé « Spin On Glass ». Dans le cas où le matériau isolant recouvrerait entièrement les inserts, on procéderait à une gravure pour mettre à jour les pointes 27. En utilisant une technique de transfert de matériau pour masquer partiellement l'extrémité des inserts plutôt qu'une étape de masquage, on évite ainsi les étapes de dépôt, d'alignement, d'insolation et de développement d'une résine qui sont des étapes coûteuses (fabrication du masque et temps de processus important) et délicates (alignement du masque) .
La présence d'un film polymère conducteur anisotrope réalisé directement sur une puce, comme cela est décrit dans les différents modes de réalisations ci-dessus, simplifie considérablement le procédé d'hybridation de la puce sur un substrat. En effet, il n'est alors plus nécessaire de manipuler un film pour l'interposer entre la puce et le substrat. Seuls deux éléments sont à manipuler, la puce et le substrat. De plus, grâce à la couche d'accrochage présente sous les inserts, le contact électrique du film polymère conducteur anisotrope sur la puce est de très bonne qualité. D'autres avantages du procédé selon l'invention peuvent être soulignés. Ainsi, la fabrication d'un film polymère conducteur anisotrope selon le procédé de l'invention ne nécessite-t-il pas d'étape d'alignement critique puisque la redondance des trous effectués lors de l'étape de gravure (cf. figure 3E) conduit à une redondance des inserts conducteurs telle qu'il y a nécessairement des inserts au-dessus des plots à connecter. Un autre avantage consiste en ce que la fabrication d'un film polymère conducteur anisotrope selon le procédé de l'invention permet d'utiliser tout type de polymère, voir même du verre fusible. Les films conducteurs anisotropes peuvent être utilisés dans de nombreux domaines techniques et notamment dans celui des capteurs ou des MEMS (« Micro- Electronic Mechanical System » en anglais) . En particulier, l'une des applications pour laquelle le procédé selon l'invention peut être utilisé est la réalisation de protections actives des cartes à puce. Par exemple, un écran comportant des éléments de sécurité est connecté et collé de manière irréversible à la puce. Outre un bon contact électrique, il est nécessaire que l'interface de collage soit la plus fine possible afin de rendre difficile la dissolution de la colle par des agents chimiques, y compris en température. L'intérêt de ce procédé est qu'il permet non seulement de réaliser la connexion désirée, mais en plus pour un faible coût.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un film conducteur anisotrope comprenant une couche de matériau électriquement isolant et des inserts conducteurs traversants, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) formation sur un substrat d' au moins une couche de matériau présentant des trous traversants, ladite couche étant appelée couche ajourée, b) remplissage des trous traversants pour former des inserts conducteurs, et étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre la réalisation d'un masque recouvrant partiellement une première extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée de l'extrémité des inserts conducteurs de façon à obtenir des inserts conducteurs à extrémités en pointe.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape b) de remplissage étant réalisée par électrolyse, l'étape a) comporte le dépôt d'une couche conductrice sur le substrat, préalablement à la formation de la couche ajourée, cette couche étant gravée après la réalisation des inserts conducteurs .
3. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche ajourée de l'étape a) est réalisée par un dépôt d'une couche de résine photosensible, l'insolation de cette résine à travers un masque et le développement de cette dernière pour obtenir les trous traversants .
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche ajourée de l'étape a) est retirée après l'étape b) de remplissage et une étape de dépôt d'une couche de matériau électriquement isolant est réalisée sur le substrat pour former la couche de matériau électriquement isolant du film conducteur anisotrope.
5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une couche de passivation recouvre le substrat dans laquelle loge au moins un plot de contact.
6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la réalisation du masque recouvrant partiellement une extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée comporte les étapes suivantes :
- dépôt d'une résine photosensible sur la couche ajourée dans laquelle sont formés les inserts conducteurs,
- insolation et développement de la résine photosensible à travers le masque de sorte que seule une pastille de résine (26) demeure au sommet d'une première extrémité de chaque insert conducteur, - gravure chimique isotrope des premières extrémités des inserts conducteurs jusqu'au retrait des pastilles de résine de sorte qu'une pointe (27) apparaisse sur la première extrémité de chaque insert conducteur.
7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la réalisation du masque recouvrant partiellement une extrémité des inserts conducteurs et la gravure de la partie non masquée comporte les étapes suivantes :
- enduction d'un substrat tampon (A) par un matériau apte à être transféré (25) et destiné à protéger l'extrémité des inserts conducteurs,
- transfert dudit matériau (25) sur les inserts conducteurs de sorte que seule une pastille de matériau (26) demeure au sommet de la première extrémité de chaque insert conducteur,
- gravure chimique isotrope des premières extrémités des inserts conducteurs jusqu'au retrait des pastilles de matériau de sorte qu'une pointe (27) apparaisse sur la première extrémité de chaque insert conducteur .
8. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de remplissage des trous traversants (22) est effectuée de manière à ce que la première extrémité de chaque insert conducteur ait la forme d'une tête de clou.
9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il comprend, après la réalisation des premières extrémités des inserts conducteurs en pointes, la formation d'une couche de protection sur les pointes des inserts conducteurs .
10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche de protection est une couche anti-oxydante.
11. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche anti-oxydante est une dorure s' effectuant par une technique choisie parmi un dépôt autocatalytique, une électrolyse ou une pulvérisation d'or.
12. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le transfert du matériau apte à être transféré (25) et destiné à protéger l'extrémité des inserts conducteurs est un polymère dont les propriétés adhesives sont supérieures sur les inserts conducteurs que sur le substrat tampon (A) sur lequel le matériau se trouve avant le transfert.
13. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le transfert du matériau apte à être transféré (25) et destiné à protéger l'extrémité des inserts conducteurs est une résine dont les propriétés adhesives sont supérieures sur les inserts conducteurs que sur le substrat tampon
(A) sur lequel le matériau se trouve avant le transfert.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le transfert du matériau apte à être transféré (25) sur l'extrémité des inserts conducteurs est effectué en exerçant une pression sur le substrat tampon (A) sur lequel le matériau se trouve avant le transfert.
15. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le remplissage des trous traversants (22) s'effectue par une technique choisie parmi un dépôt auto catalytique, une croissance électrolytique, un dépôt chimique ou physique et une imprégnation .
16. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, préalablement à la réalisation du film, on dépose sur le substrat une ou plusieurs couches aptes à permettre, après l'obtention du film, de le séparer du substrat et d'assurer la rigidité mécanique de l'ensemble.
17. Procédé de fabrication de puce semi- conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend un procédé de fabrication de film conducteur anisotrope selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, ledit film étant disposé sur une tranche de semi-conducteur, et une étape de découpe de la structure ainsi obtenue.
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