FR3076072A1 - METHOD OF BONDING BY THERMOCOMPRESSION OF TWO SUBSTRATES BY AN ALUMINUM INTERFACE - Google Patents

METHOD OF BONDING BY THERMOCOMPRESSION OF TWO SUBSTRATES BY AN ALUMINUM INTERFACE Download PDF

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FR3076072A1
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FR
France
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aluminum
substrates
germanium
thermocompression
layer
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Frank Fournel
Victor Lumineau
Fiqiri Hodaj
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Institut Polytechnique de Grenoble
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Institut Polytechnique de Grenoble
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

L'invention concerne le domaine des procédés de collage par thermocompression de surfaces métalliques entre elles et propose un procédé de collage par thermocompression de deux substrats 1, 2 par formation d'une interface de collage 3 à base d'aluminium. Le procédé comprend les étapes suivantes: - Déposer une couche à base d'aluminium sur chacun des deux substrats, - Déposer une couche à base de germanium sur chaque couche à base d'aluminium, les étapes de dépôt se succédant sans remise en contact de la couche à base d'aluminium avec de l'oxygène, - Mettre en contact les substrats l'un avec l'autre par les couches à base de germanium précédemment déposées, puis - Appliquer une thermocompression des substrats mis en contact de sorte à faire migrer le germanium de chaque couche à base de germanium dans l'aluminium des couches à base d'aluminium pour former l'interface de collage 3 à base d'aluminium.The invention relates to the field of thermocompression bonding processes of metal surfaces to one another and proposes a thermocompression bonding process of two substrates 1, 2 by forming an aluminum bonding interface 3. The process comprises the following steps: depositing an aluminum-based layer on each of the two substrates; depositing a germanium-based layer on each aluminum-based layer, the depositing steps succeeding one another without bringing the the aluminum-based layer with oxygen, - bringing the substrates into contact with one another by the previously deposited germanium-based layers, then - applying a thermocompression of the contacted substrates so as to make migrating the germanium of each germanium layer into the aluminum of the aluminum-based layers to form the aluminum bonding interface 3.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L’invention concerne le domaine des procédés de collage par thermocompression de surfaces métalliques entre elles. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de l’élaboration de microsystèmes électromécaniques.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the field of bonding processes by thermocompression of metal surfaces therebetween. It finds for particularly advantageous application the field of the development of electromechanical microsystems.

Le collage par thermocompression de deux substrats entre eux consiste à presser à chaud et sous vide deux surfaces métalliques, préalablement reportées sur les substrats, afin d’obtenir une adhérence entre les deux surfaces métalliques.Bonding by thermocompression of two substrates between them consists of hot pressing and vacuum two metal surfaces, previously transferred to the substrates, in order to obtain adhesion between the two metal surfaces.

ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Dans la littérature, il existe de nombreux exemples de collage par thermocompression de surfaces métalliques entre elles. Ainsi, l’on sait comment obtenir une interface de collage cuivre/cuivre (Cf. K.N. Chen, A. Fan, R. Reif, Journal of Electronic Materials, Vol. 30, No. 4 (2001)), or/or (Cf. C.H. Tsau, M A. Schmidt, S.M. Spearing, Materials Research Society Symposium Proceeding Vol. 605 (2000)), ou titane/titane (Cf. J. Yu, Y. Wang, R.L. Moore, J. Lu, R.J. Gutmann, Journal of the Electrochemical Society, Vol. 154, Issue 1, p. H20-H25 (2007)) par exemples.In the literature, there are numerous examples of bonding by thermocompression of metal surfaces together. Thus, we know how to obtain a copper / copper bonding interface (Cf. KN Chen, A. Fan, R. Reif, Journal of Electronic Materials, Vol. 30, No. 4 (2001)), or / or ( Cf. CH Tsau, M A. Schmidt, SM Spearing, Materials Research Society Symposium Proceeding Vol. 605 (2000)), or titanium / titanium (Cf. J. Yu, Y. Wang, RL Moore, J. Lu, RJ Gutmann , Journal of the Electrochemical Society, Vol. 154, Issue 1, p. H20-H25 (2007)) for example.

Il existe également des procédés de collage par thermocompression consistant à former une interface de collage aluminium/aluminium (Cf. V. Dragoi, G. Mittendorfer, J. Burggraf, M. Wimplinger, ECS Transactions, 33 (4) 27-35 (2010)). Toutefois, ces derniers sont très difficiles à réaliser du fait de la formation d’oxyde d’aluminium (ou alumine) en surface des substrats avant de les coller entre eux par thermocompression.There are also thermocompression bonding methods consisting in forming an aluminum / aluminum bonding interface (Cf. V. Dragoi, G. Mittendorfer, J. Burggraf, M. Wimplinger, ECS Transactions, 33 (4) 27-35 (2010 )). However, the latter are very difficult to produce due to the formation of aluminum oxide (or alumina) on the surface of the substrates before bonding them together by thermocompression.

Pour obtenir une interface de collage AI/AI malgré la présence d’alumine, la littérature recommande de réaliser une thermocompression sous des conditions plus sévères qu’à l’ordinaire. Il est ainsi recommandé de presser avec davantage de force les substrats entre eux, et typiquement avec une pression supérieure à 34 MPa, et de chauffer les substrats jusqu’à une température supérieure à 450°C (Cf. N. Malik, K. Schjolberg, E. Poppe, M.M. Visser Taklo, T.G. Finstad, Sensors and Actuators A 211 (2014)). De telles conditions de thermocompression, et notamment une telle température de thermocompression, ne permettent pas de s’assurer de la préservation de l’intégrité de certains dispositifs ou éléments de dispositifs de la microélectronique qui seraient formés sur l’un et/ou l’autre des substrats préalablement à leur collage par thermocompression.To obtain an AI / AI bonding interface despite the presence of alumina, the literature recommends carrying out thermocompression under more severe conditions than usual. It is thus recommended to press the substrates with more force between them, and typically with a pressure higher than 34 MPa, and to heat the substrates to a temperature higher than 450 ° C (Cf. N. Malik, K. Schjolberg , E. Poppe, MM Visser Taklo, TG Finstad, Sensors and Actuators A 211 (2014)). Such thermocompression conditions, and in particular such a thermocompression temperature, do not make it possible to ensure the preservation of the integrity of certain devices or elements of microelectronic devices which would be formed on one and / or the other substrates prior to bonding by thermocompression.

Il existe également, dans la littérature, des procédés de formation d’une interface de collage AI/AI par thermocompression à une température basse, typiquement à la température ambiante. On peut citer par exemple le collage SAB (pour « Surface Activated Bonding) AI/AI proposé par Akatsu et al (Cf. T. Akatsu, N. Hosoda, T. Suga, and M. Rühle, Journal of Materials Science 34, 4133 (1999)). Toutefois, ce collage nécessite de travailler sous ultravide, ce qui est assez complexe et coûteux. En outre, ce collage utilise un bombardement d’atomes d’argon qui n’est pas forcément compatible non plus avec les dispositifs ou éléments microélectroniques éventuellement présents sur les substrats à coller.There are also, in the literature, methods for forming an AI / AI bonding interface by thermocompression at a low temperature, typically at room temperature. We can cite for example the collage SAB (for “Surface Activated Bonding) AI / AI proposed by Akatsu et al (Cf. T. Akatsu, N. Hosoda, T. Suga, and M. Rühle, Journal of Materials Science 34, 4133 (1999)). However, this bonding requires working under ultra high vacuum, which is quite complex and expensive. In addition, this bonding uses a bombardment of argon atoms which is not necessarily compatible either with the devices or microelectronic elements possibly present on the substrates to be bonded.

Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de collage par thermocompression de deux substrats par formation d’une interface de collage à base d’aluminium alternatif ou amélioré, voire qui permette de pallier au moins en partie les inconvénients des procédés existants.An object of the present invention is to provide a method of bonding by thermocompression of two substrates by forming a bonding interface based on alternative or improved aluminum, or which even makes it possible to at least partially overcome the drawbacks of the existing methods.

Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de proposer un tel procédé de collage par thermocompression qui permette de préserver l’intégrité de dispositifs ou éléments micro-électroniques formés sur l’un et/ou l’autre des substrats préalablement à leur collage par thermocompression.More particularly, an object of the present invention is to propose such a method of bonding by thermocompression which makes it possible to preserve the integrity of micro-electronic devices or elements formed on one and / or the other of the substrates prior to their bonding. by thermocompression.

Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.The other objects, characteristics and advantages of the present invention will appear on examining the following description and the accompanying drawings. It is understood that other advantages can be incorporated.

RÉSUMÉ DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect, la présente invention prévoit un procédé de collage par thermocompression de deux substrats par formation d’une interface de collage à base d’aluminium. Le procédé comprend les étapes suivantes : - Fournir deux substrats, - Déposer une couche à base d’aluminium sur une face de chacun des deux substrats, - Déposer une couche à base de germanium au moins sur chaque couche à base d’aluminium précédemment déposée, les étapes de dépôt se succédant sans remise en contact des couches à base d’aluminium avec de l’oxygène, - Mettre en contact les substrats l’un avec l’autre par les couches à base de germanium précédemment déposées, puis - Appliquer une thermocompression des substrats mis en contact de sorte à faire migrer le germanium de chaque couche à base de germanium dans l’aluminium des couches à base d’aluminium pour former l’interface de collage à base d’aluminium. L’invention met avantageusement à profit un phénomène, déjà observé dans un autre contexte et en vue d’une autre application (Cf. K. Nakazawa, K. Toko, N. Usami, T. Suemasu, Japanese Journal of Applied Physics 53, 04EH01 (2014)), de migration du germanium dans l’aluminium pour obtenir l’interface de collage AI/AI. Les couches à base de germanium permettent d’isoler les couches à base d’aluminium de tout contact significatif avec de l’oxygène avant que ne soit appliquée la thermocompression. Ainsi, la formation d’alumine à la surface des couches à base d’aluminium est évitée. Il n’est dès lors plus nécessaire de rendre plus sévères les conditions, notamment en température, dans lesquelles la thermocompression doit être réalisée. En particulier, les conditions applicables menant à la formation de l’interface de collage à base d’aluminium selon le procédé de l’invention sont telles qu’elles permettent de préserver l’intégrité d’éventuels dispositifs ou éléments de dispositifs microélectroniques formés sur les substrats préalablement à leur collage par thermocompression. En outre, notons que l’interface de collage à base d’aluminium ainsi obtenue peut permettre d’assurer une conduction électrique entre les deux substrats au travers de l’interface.To achieve this objective, according to a first aspect, the present invention provides a method of bonding by thermocompression of two substrates by forming a bonding interface based on aluminum. The process comprises the following stages: - Provide two substrates, - Deposit an aluminum-based layer on one face of each of the two substrates, - Deposit a germanium-based layer at least on each previously deposited aluminum-based layer , the deposition steps succeeding each other without bringing the aluminum-based layers back into contact with oxygen, - Put the substrates in contact with each other by the germanium-based layers previously deposited, then - Apply thermocompression of the substrates brought into contact so as to migrate the germanium from each germanium-based layer into the aluminum of the aluminum-based layers to form the aluminum-based bonding interface. The invention advantageously takes advantage of a phenomenon, already observed in another context and with a view to another application (cf. K. Nakazawa, K. Toko, N. Usami, T. Suemasu, Japanese Journal of Applied Physics 53, 04EH01 (2014)), migration of germanium in aluminum to obtain the bonding interface AI / AI. Germanium-based layers isolate aluminum-based layers from significant contact with oxygen before thermocompression is applied. Thus, the formation of alumina on the surface of aluminum-based layers is avoided. It is therefore no longer necessary to make the conditions, particularly in temperature, under which thermocompression must be made more severe. In particular, the applicable conditions leading to the formation of the aluminum-based bonding interface according to the method of the invention are such that they make it possible to preserve the integrity of any devices or elements of microelectronic devices formed on substrates prior to bonding by thermocompression. In addition, note that the bonding interface based on aluminum thus obtained can make it possible to ensure electrical conduction between the two substrates through the interface.

Plus particulièrement, la thermocompression peut être réalisée à une température strictement inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium (424°C), et de préférence à une température inférieure à 420°C. Cette condition de température est de préférence maintenue au moins jusqu’à obtention de l’interface de collage à base d’aluminium. Suite à la formation de l’interface de collage à base d’aluminium, l’assemblage peut dans certaines conditions être porté à une température supérieure à la température de l’eutectique, sans affecter la fonction de l’interface de collage à base d’aluminium, mais de préférence cette température reste inférieure à 450°C.More particularly, thermocompression can be carried out at a temperature strictly below the temperature of the eutectic of aluminum and germanium (424 ° C), and preferably at a temperature below 420 ° C. This temperature condition is preferably maintained at least until the bonding interface based on aluminum is obtained. Following the formation of the bonding interface based on aluminum, the assembly can under certain conditions be brought to a temperature higher than the temperature of the eutectic, without affecting the function of the bonding interface based on d aluminum, but preferably this temperature remains below 450 ° C.

Afin d’observer de manière significative le phénomène de migration qu’exploite le procédé selon l’invention, il est préférable que la thermocompression soit en outre réalisée à une température supérieure à 100°C. Ce seuil de température permet de garantir que l’étape d’application de la thermocompression dure un temps limité, voire raisonnable en vue d’applications industrielles.In order to significantly observe the migration phenomenon exploited by the process according to the invention, it is preferable that the thermocompression is also carried out at a temperature above 100 ° C. This temperature threshold makes it possible to guarantee that the step of applying thermocompression lasts a limited or even reasonable time for industrial applications.

Un autre objet de la présente invention concerne un dispositif microélectronique comprenant une interface de collage à base d’aluminium obtenue par mise en oeuvre du procédé selon le premier aspect de l’invention.Another object of the present invention relates to a microelectronic device comprising a bonding interface based on aluminum obtained by implementing the method according to the first aspect of the invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement les deux substrats, avant leur mise en contact, selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 représente schématiquement les deux substrats mis en contact selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 3 représente schématiquement les deux substrats liés par l’interface de collage à base d’aluminium obtenue suite à la thermocompression des deux substrats, préalablement mis en contact, selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 4 représente des graphiques d’évolution temporelle de la température et de la pression durant l’étape de thermocompression du procédé selon un mode de réalisation de l’invention ; et - la figure 5 représente un ordinogramme d’étapes du procédé selon un mode de réalisation de l’invention.The objects, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the detailed description of an embodiment of the latter which is illustrated by the following accompanying drawings in which: - Figure 1 schematically shows the two substrates, before bringing them into contact, according to one embodiment of the invention; - Figure 2 schematically shows the two substrates brought into contact according to an embodiment of the invention; - Figure 3 shows schematically the two substrates linked by the aluminum-based bonding interface obtained following the thermocompression of the two substrates, previously brought into contact, according to one embodiment of the invention; - Figure 4 shows graphs of the temperature and pressure over time during the thermocompression step of the process according to an embodiment of the invention; and - Figure 5 shows a flow chart of process steps according to an embodiment of the invention.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différentes couches ne sont pas représentatives de la réalité.The drawings are given as examples and are not limitative of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily on the scale of practical applications. In particular, the relative thicknesses of the different layers are not representative of reality.

Sur la figure 5, les étapes du procédé encadrées par des traits discontinus peuvent n’être qu’optionnelles.In FIG. 5, the process steps framed by broken lines may only be optional.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles du premier aspect de l’invention qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement : - la thermocompression est réalisée à une température strictement inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium (424°C), et de préférence à une température inférieure à 420°C, au moins jusqu’à obtention de l’interface de collage à base d’aluminium ; et ensuite, la température peut être augmentée en restant de préférence inférieure à 450°C ; - la thermocompression est réalisée à une température supérieure à 100°C ; - chaque couche à base de germanium est déposée sur une couche à base d’aluminium de sorte à présenter une épaisseur d’au moins un ordre de grandeur inférieure à celle de la couche à base d’aluminium ; - chaque couche à base de germanium est déposée de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 10 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 10 nm et 20 nm ; - chaque couche à base d’aluminium est déposée de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 100 nm et 500 nm ; - les étapes de dépôt de chaque couche à base de germanium sur une couche à base d’aluminium et de dépôt de la couche à base d’aluminium comprennent le dépôt, sous atmosphère contrôlée au moins en termes de pression et en termes de taux d’oxygène, d’un bicouche Al/Ge par évaporations ou pulvérisations successives d’une partie au moins d’une cible à base d’aluminium et d’une cible à base de germanium. De préférence, les étapes de dépôt de chaque couche à base de germanium sur une couche à base d’aluminium et de dépôt de la couche à base d’aluminium sont réalisées dans une même enceinte hermétique. - au moins une étape de dépôt d’une couche à base d’aluminium est précédée d’une étape de formation d’une couche inerte chimiquement avec l’aluminium au moins sur la face du substrat sur laquelle la couche à base d’aluminium est destinée à être déposée. La couche inerte chimiquement est par exemple à base d’un matériau choisi parmi : l’oxyde de silicium et le nitrure de titane ; - chacun des deux substrats présentant un diamètre égal à 200 mm, la thermocompression comprend l’une au moins parmi : o l’application d’au moins un niveau de pression d’un des deux substrats sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces mises en contact, la pression étant comprise entre 0,05 Mpa et 3 Mpa, de préférence comprise entre 0,1 Mpa et 0,5 Mpa, et o l’application d’au moins un niveau de force de compression d’un des deux substrats sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces mises en contact, la norme de la force étant comprise entre 2 kN et 90 kN ; - la thermocompression peut comprendre : o Pendant une première durée t-ι, de préférence comprise entre 10 et 30 min, et par exemple égale à 20 min : l’application d’un premier niveau de pression P-i, par exemple égal à 0,1 MPa, d’un des deux substrats sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces mises en contact et une montée en température depuis l’ambiante jusqu’à une première température seuil Ti inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, par exemple une première température seuil Ti égale à 415°C, puis o Pendant une deuxième durée t2-ti, de préférence comprise entre 5 min et 10 h, par exemple égale à 1 h : l’application d’un deuxième niveau de pression P2 supérieur au premier niveau de pression Pi, par exemple un deuxième niveau de pression P2 égal à 0,5 MPa, d’un des deux substrats sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces mises en contact et un maintien de la première température seuil T-ι, puis o Pendant une troisième durée t5-t2, de préférence comprise entre 10 et 30 min :Before starting a detailed review of embodiments of the invention, the following are optional features of the first aspect of the invention which can optionally be used in combination or alternatively: - the thermocompression is carried out at a strictly temperature below the temperature of the eutectic of aluminum and germanium (424 ° C), and preferably at a temperature below 420 ° C, at least until the bonding interface based on aluminum is obtained ; and then the temperature can be increased by preferably remaining below 450 ° C; - thermocompression is carried out at a temperature above 100 ° C; each germanium-based layer is deposited on an aluminum-based layer so as to have a thickness of at least one order of magnitude less than that of the aluminum-based layer; each germanium-based layer is deposited so as to have a thickness of between 10 nm and 1 μm, preferably between 10 nm and 20 nm; each layer based on aluminum is deposited so as to have a thickness of between 100 nm and 10 μm, preferably of between 100 nm and 500 nm; the steps of depositing each germanium-based layer on an aluminum-based layer and of depositing the aluminum-based layer include depositing, under a controlled atmosphere at least in terms of pressure and in terms of rate d oxygen, of an Al / Ge bilayer by successive evaporations or sprays of at least part of an aluminum-based target and a germanium-based target. Preferably, the steps of depositing each layer based on germanium on a layer based on aluminum and depositing the layer based on aluminum are carried out in the same hermetic enclosure. - At least one step of depositing an aluminum-based layer is preceded by a step of forming a chemically inert layer with aluminum at least on the face of the substrate on which the aluminum-based layer is intended to be filed. The chemically inert layer is for example based on a material chosen from: silicon oxide and titanium nitride; each of the two substrates having a diameter equal to 200 mm, the thermocompression comprises at least one of: o the application of at least one pressure level of one of the two substrates to the other in a direction perpendicular to their faces brought into contact, the pressure being between 0.05 Mpa and 3 Mpa, preferably between 0.1 Mpa and 0.5 Mpa, and o the application of at least one level of compression force of one of the two substrates on the other in a direction perpendicular to their faces brought into contact, the force standard being between 2 kN and 90 kN; the thermocompression can comprise: o For a first duration t-ι, preferably between 10 and 30 min, and for example equal to 20 min: the application of a first pressure level Pi, for example equal to 0, 1 MPa, from one of the two substrates to the other in a direction perpendicular to their faces brought into contact and a rise in temperature from the ambient to a first threshold temperature Ti lower than the temperature of the eutectic of l aluminum and germanium, for example a first threshold temperature Ti equal to 415 ° C, then o For a second duration t2-ti, preferably between 5 min and 10 h, for example equal to 1 h: the application d a second pressure level P2 greater than the first pressure level Pi, for example a second pressure level P2 equal to 0.5 MPa, of one of the two substrates on the other in a direction perpendicular to their faces brought into contact and a maintie n of the first threshold temperature T-ι, then o For a third duration t5-t2, preferably between 10 and 30 min:

Au moins l’un parmi le maintien du deuxième niveau de pression P2 et l’application d’un niveau de pression inférieur au niveau de pression P2, le cas échéant l’application d’un niveau de pression inférieur au niveau de pression P2 succédant au maintien du deuxième niveau de pression P2, par exemple le niveau de pression inférieur au niveau de pression P2 étant égal au premier niveau de pression P-i, et un refroidissement jusqu’à l’ambiante Ta.At least one of maintaining the second pressure level P2 and applying a pressure level lower than the pressure level P2, if applicable applying a pressure level lower than the pressure level P2 succeeding maintaining the second pressure level P2, for example the pressure level lower than the pressure level P2 being equal to the first pressure level Pi, and cooling to the ambient Ta.

En complément, pendant la troisième durée t5-t2 et avant le refroidissement jusqu’à l’ambiante Ta, la thermocompression peut comprendre une augmentation de la température au-dessus de la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, par exemple jusqu’à une température inférieure à 450°C, en maintenant le deuxième niveau de pression P2.In addition, during the third period t5-t2 and before cooling to the ambient Ta, the thermocompression can comprise an increase in the temperature above the temperature of the eutectic of aluminum and germanium, by example up to a temperature below 450 ° C, maintaining the second pressure level P2.

En complément ou en alternative, pendant la troisième durée ts-t2, le refroidissement jusqu’à l’ambiante Ta peut comprendre, en maintenant la pression P2, une première sous-étape de refroidissement avec une rampe égale à 1°C par minute depuis l’une parmi la première température seuil Ti et une température supérieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium jusqu’à l’une respective parmi une température inférieure à la première température seuil Ti, par exemple une température égale à 400°C, et une température sensiblement égale à la première température seuil Ti ; puis, en appliquant une pression inférieure au deuxième niveau de pression, par exemple une pression égale au premier niveau de pression P-i, une deuxième sous-étape de refroidissement jusqu’à la température ambiante Ta avec une rampe égale à 20°C par minute ; - la thermocompression est paramétrée de sorte que, une fois l’interface à base d’aluminium formée, le germanium ait migré dans l’aluminium de sorte à former, dans et/ou en périphérie de l’interface à base d’aluminium, une distribution spatiale d’inclusions dont la taille caractéristique moyenne est de préférence comprise entre 10 nm et 1 pm, et encore plus préférentiellement comprise entre 10 nm et 20 nm ; - au moins l’un des substrats est fourni de sorte à comprendre au moins un dispositif ou élément microélectronique, par exemple un cordon de soudure ; - au moins l’un des substrats est à base de silicium et forme une plaque d’un diamètre égal à 200 mm ; - le procédé peut comprendre en outre, avant de mettre en contact les substrats l’un avec l’autre, une étape de rinçage à l’eau déionisée, puis une étape de séchage, ces étapes étant paramétrées de sorte à éliminer au moins une partie d’oxyde natif de germanium. La mise en contact des substrats l’un avec l’autre est ensuite réalisée de préférence de sorte à éviter tout contact prolongé des substrats avec de l’oxygène ; et - la thermocompression est réalisée sous vide poussé, à une pression comprise entre 10'3 et 10'7 mbar, par exemple égale à 5.10'5 mbar.In addition or as an alternative, during the third period ts-t2, the cooling to ambient Ta can include, by maintaining the pressure P2, a first cooling sub-step with a ramp equal to 1 ° C. per minute from one from the first threshold temperature Ti and a temperature above the temperature of the eutectic of aluminum and germanium up to a respective one from a temperature below the first threshold temperature Ti, for example an equal temperature at 400 ° C, and a temperature substantially equal to the first threshold temperature Ti; then, by applying a pressure lower than the second pressure level, for example a pressure equal to the first pressure level P-i, a second sub-step of cooling down to ambient temperature Ta with a ramp equal to 20 ° C per minute; the thermocompression is configured so that, once the aluminum-based interface has been formed, the germanium has migrated into the aluminum so as to form, in and / or at the periphery of the aluminum-based interface, a spatial distribution of inclusions whose average characteristic size is preferably between 10 nm and 1 μm, and even more preferably between 10 nm and 20 nm; - at least one of the substrates is supplied so as to comprise at least one microelectronic device or element, for example a weld bead; - at least one of the substrates is based on silicon and forms a plate with a diameter equal to 200 mm; - The method can further comprise, before bringing the substrates into contact with each other, a step of rinsing with deionized water, then a drying step, these steps being configured so as to eliminate at least one part of native germanium oxide. The contacting of the substrates with each other is then preferably carried out so as to avoid any prolonged contact of the substrates with oxygen; and - the thermocompression is carried out under high vacuum, at a pressure between 10'3 and 10'7 mbar, for example equal to 5.10'5 mbar.

On entend par un film à base d’un matériau A, un film comprenant ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux.A film based on a material A is understood to mean a film comprising this material A and possibly other materials.

On entend par « bicouche » un multicouche ne comportant que deux monocouches différentes, par exemple par leur(s) matériau(x), superposées.By “bilayer” is meant a multilayer comprising only two different monolayers, for example by their (s) material (s), superimposed.

On entend par « couche inerte chimiquement avec l’aluminium » une couche à base d’un matériau défini en ce qu’il ne réagit pas chimiquement avec l’aluminium au moins dans des conditions de dépôt d’aluminium sur ladite couche inerte chimiquement, voire dans des conditions d’utilisation d’un dispositif microélectronique comprenant le matériau de la couche inerte chimiquement et de l’aluminium.The term “chemically inert layer with aluminum” means a layer based on a material defined in that it does not chemically react with aluminum at least under conditions of deposition of aluminum on said chemically inert layer, or even under conditions of use of a microelectronic device comprising the material of the chemically inert layer and aluminum.

On entend par « inférieur » et « supérieur », respectivement « inférieur ou égal » et « supérieur ou égal ». L’égalité est exclue par l’usage des termes « strictement inférieur » et « strictement supérieur ».The terms "lower" and "upper" mean respectively "lower or equal" and "higher or equal". Equality is excluded by the use of the terms "strictly inferior" and "strictly superior".

On entend par « au moins un ordre de grandeur supérieur (ou inférieur) », au moins 10 fois supérieur (ou inférieur).By "at least an order of magnitude higher (or lower)" is meant at least 10 times higher (or lower).

On entend par « température ambiante », la température de l'air à l'emplacement où le procédé est destiné à être mis en oeuvre.The term "ambient temperature" means the temperature of the air at the location where the process is intended to be carried out.

Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « sur », « surmonte », « recouvre » ou « sous-jacent » ou leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre mais cela signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.It is specified that in the context of the present invention, the term "on", "overcomes", "covers" or "underlying" or their equivalents does not necessarily mean "in contact with". Thus for example, the deposition of a first layer on a second layer, does not necessarily mean that the two layers are directly in contact with each other but it means that the first layer at least partially covers the second layer in being either directly in contact with it or being separated from it by at least one other layer or at least one other element.

Par dispositif ou élément de dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif ou d’élément réalisé avec des moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS...) ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS...).By microelectronic device or element means any type of device or element made with microelectronic means. These devices include in particular in addition to purely electronic devices, micromechanical or electromechanical devices (MEMS, NEMS ...) as well as optical or optoelectronic devices (MOEMS ...).

Dans la présente demande de brevet, l’épaisseur est prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales du substrat sur lequel repose les différentes couches. Sur les figures 1 à 3, l’épaisseur est prise selon la verticale.In the present patent application, the thickness is taken in a direction perpendicular to the main faces of the substrate on which the different layers rest. In Figures 1 to 3, the thickness is taken vertically.

Les valeurs données ci-dessous sont données à une marge de tolérance près. Cette marge de tolérance peut être définie comme s'étendant de -20 % à +20% de la valeur donnée, de préférence de -10% à +10 % de la valeur donnée. L’invention vise notamment à réaliser un collage AI/AI entre deux substrats à une température strictement inférieure à 424°C du moins tant que l’interface AI/AI n’est pas formée, car il est possible d’augmenter ensuite la température, sans toutefois dépasser 450°C. En ne dépassant pas cette température, les dispositifs ou éléments de dispositifs microélectroniques que comprendrait éventuellement l’un au moins des deux substrats seraient préservés dans leur intégrité.The values given below are given to within a tolerance margin. This tolerance margin can be defined as ranging from -20% to + 20% of the given value, preferably from -10% to +10% of the given value. The invention aims in particular to achieve an AI / AI bonding between two substrates at a temperature strictly below 424 ° C. at least as long as the AI / AI interface is not formed, since it is possible then to increase the temperature , without however exceeding 450 ° C. By not exceeding this temperature, the devices or elements of microelectronic devices that would possibly include at least one of the two substrates would be preserved in their integrity.

Un procédé de collage par thermocompression de deux substrats par formation d’une interface de collage à base d’aluminium comprend généralement les étapes suivantes : - Fournir deux substrats, - Déposer une couche à base d’aluminium sur une face de chacun des deux substrats, - Mettre en contact les substrats l’un avec l’autre par les couches à base d’aluminium précédemment déposées, et - Appliquer une thermocompression entre les deux substrats ainsi mis en contact pour former une interface de collage AI/AI entre les deux substrats.A method of thermocompression bonding of two substrates by forming an aluminum-based bonding interface generally comprises the following steps: - providing two substrates, - depositing an aluminum-based layer on one face of each of the two substrates , - Put the substrates in contact with each other by the aluminum layers previously deposited, and - Apply thermocompression between the two substrates thus brought into contact to form an AI / AI bonding interface between the two substrates.

Les étapes de dépôt des couches à base d’aluminium et de thermocompression ne sont généralement pas réalisées dans une même enceinte hermétique, ce qui se traduit par la mise en contact de l’aluminium des couches à base d’aluminium déposées avec l’oxygène de l’atmosphère, et donc par une oxydation en surface des couches à base d’aluminium, avant la thermocompression. Comme vu en introduction, l’oxydation de l’aluminium, même limitée à la surface des couches à base d’aluminium, ne favorise pas la formation de l’interface de collage AI/AI entre les deux substrats.The steps of depositing aluminum-based layers and thermocompression are generally not carried out in the same hermetic enclosure, which results in the contacting of aluminum of aluminum-based layers deposited with oxygen. of the atmosphere, and therefore by surface oxidation of the aluminum-based layers, before thermocompression. As seen in the introduction, the oxidation of aluminum, even limited to the surface of the aluminum-based layers, does not promote the formation of the AI / AI bonding interface between the two substrates.

En référence aux figures, le procédé de collage 100 selon un mode de réalisation de la présente invention se distingue notamment du procédé de collage tel qu’énoncé ci-dessus en ce qu’il comprend, suite au dépôt 120 de chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b, le dépôt 130 d’une couche à base de germanium 5a, 5b au moins sur la couche à base d’aluminium 4a, 4b. Les étapes de dépôt 120, 130 de chaque couche de germanium 5a, 5b et de la couche d’aluminium 4a, 4b sous-jacente sont réalisées de sorte à se succéder sans remise en contact des couches à base d’aluminium 4a, 4b avec de l’oxygène. A cette fin, les étapes de dépôt 120,130 comprennent par exemple le dépôt, sous atmosphère contrôlée au moins en termes de pression et en termes de taux d’oxygène, d’un bicouche Al/Ge par évaporations ou pulvérisations cathodiques successives d’une partie au moins d’une cible à base d’aluminium et d’une cible à base de germanium. De préférence, les étapes de dépôt 120, 130 sont réalisées dans une même enceinte hermétique. Il est toutefois envisageable que le dépôt 130 d’une couche à base de germanium puisse être réalisé dans une autre enceinte que le dépôt 120 de la couche à base d’aluminium sous-jacente, pourvu que le transfert d’une enceinte à l’autre puisse être réalisé sans remise en contact de l’aluminium avec de l’oxygène. Par ailleurs, de nombreuses techniques de dépôt, que ce soit des couches d’aluminium 4a, 4b ou des couches de germanium 5a, 5b, sont envisageables parmi lesquelles : des techniques de dépôt physique en phase vapeur (PVD pour « Physical Vapor Déposition ») telles que, par exemple, l’évaporation par faisceau d’électrons ou la pulvérisation cathodique notamment, des techniques de dépôt chimique en phase vapeur (CVD pour « Chemical Vapor Déposition ») telles que, par exemple, la CVD à pression sous-atmosphérique (SACVD pour « Sub-Atmospheric CVD »), la CVD assistée par plasma (PECVD pour « Plasma Enhanced CVD », etc. Dans son acception la plus large, le procédé selon l’invention n’est pas limité à l’utilisation d’une technique de dépôt spécifique. L’invention propose ainsi de protéger la couche à base d’aluminium 4a, 4b déposée sur une face 1 b, 2b de chacun des deux substrats 1, 2 en recouvrant cette couche d’une couche à base de germanium 5a, 5b. Les dépôts successifs de chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b et de la couche à base de germanium 5a, 5b destinée à recouvrir chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b sont réalisées sans remise en contact de la couche à base d’aluminium 4a, 4b avec de l’oxygène. Ainsi, l'aluminium de chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b est protégé par la couche de germanium 5a, 5b qui la recouvre de toute oxydation significative entre le moment de son dépôt 120 au moins jusqu’à la mise en contact 140 des substrats 1, 2 et la thermocompression 150 des substrats 1,2 entre eux pour former l’interface de collage 3 à base d’aluminium. Chaque couche à base de germanium 5a, 5b recouvre de préférence entièrement la couche à base d’aluminium sous-jacente, y compris ses bords latéraux. Toutefois, le procédé selon la présente invention n’est pas limité à un tel recouvrement total. Notamment, au moins une partie des bords latéraux de chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b, voire une partie de la face exposée de chaque couche à base d’aluminium, peut ne pas être recouverte, et donc ne pas être protégée de l’oxydation, si cette dernière est tout de même suffisamment limitée pour ne pas s’opposer à la formation de la couche de collage 3 à base d’aluminium avec une température appliquée lors de la thermocompression 150 strictement inférieure à 424°C.With reference to the figures, the bonding method 100 according to an embodiment of the present invention differs in particular from the bonding method as stated above in that it comprises, following the deposition 120 of each layer based on aluminum 4a, 4b, the deposition 130 of a germanium-based layer 5a, 5b at least on the aluminum-based layer 4a, 4b. The steps of depositing 120, 130 of each germanium layer 5a, 5b and of the underlying aluminum layer 4a, 4b are carried out so as to succeed one another without bringing the aluminum-based layers 4a, 4b back into contact with oxygen. To this end, the 120,130 deposition steps include, for example, the deposition, under a controlled atmosphere at least in terms of pressure and in terms of oxygen rate, of an Al / Ge bilayer by successive evaporations or sputterings of a portion at least one target based on aluminum and one target based on germanium. Preferably, the deposition steps 120, 130 are carried out in the same hermetic enclosure. It is however conceivable that the deposition 130 of a germanium-based layer can be carried out in another enclosure than the deposition 120 of the underlying aluminum-based layer, provided that the transfer from an enclosure to the other can be achieved without contacting aluminum with oxygen. Furthermore, numerous deposition techniques, whether aluminum layers 4a, 4b or germanium layers 5a, 5b, can be envisaged, including: physical vapor deposition techniques (PVD for “Physical Vapor Deposition”) ) such as, for example, electron beam evaporation or sputtering in particular, chemical vapor deposition techniques (CVD for “Chemical Vapor Deposition”) such as, for example, CVD at sub-pressure atmospheric (SACVD for “Sub-Atmospheric CVD”), CVD assisted by plasma (PECVD for “Plasma Enhanced CVD”, etc. In its broadest sense, the method according to the invention is not limited to the use of a specific deposition technique. The invention thus proposes to protect the aluminum-based layer 4a, 4b deposited on one face 1b, 2b of each of the two substrates 1, 2 by covering this layer with a layer of germa base nium 5a, 5b. The successive deposits of each aluminum-based layer 4a, 4b and of the germanium-based layer 5a, 5b intended to cover each aluminum-based layer 4a, 4b are carried out without contacting the aluminum-based layer 4a, 4b with oxygen. Thus, the aluminum of each aluminum-based layer 4a, 4b is protected by the germanium layer 5a, 5b which covers it with any significant oxidation between the time of its deposition 120 at least until contacting 140 substrates 1, 2 and thermocompression 150 of the substrates 1,2 together to form the bonding interface 3 based on aluminum. Each germanium-based layer 5a, 5b preferably completely covers the underlying aluminum-based layer, including its side edges. However, the method according to the present invention is not limited to such total recovery. In particular, at least part of the lateral edges of each aluminum-based layer 4a, 4b, or even part of the exposed face of each aluminum-based layer, may not be covered, and therefore not be protected from oxidation, if the latter is still sufficiently limited so as not to oppose the formation of the bonding layer 3 based on aluminum with a temperature applied during thermocompression 150 strictly below 424 ° C.

Il a en effet été observé, de façon surprenante, que la présence d’une couche à base de germanium 5a, 5b sur chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b ne s’oppose pas à la formation d’une interface de collage 3 à base d’aluminium lorsque les substrats 1, 2 sont mis en contact 140 l’un avec l’autre par les couches à base de germanium 5a, 5b, avant que ne soit appliquée sur les substrats mis en contact une thermocompression 150, caractérisée notamment en ce qu’elle ne nécessite pas une montée en température dépassant 424°C.It has indeed been observed, surprisingly, that the presence of a germanium-based layer 5a, 5b on each aluminum-based layer 4a, 4b does not prevent the formation of a bonding interface 3 based on aluminum when the substrates 1, 2 are brought into contact 140 with each other by the germanium-based layers 5a, 5b, before a thermocompression 150 is applied to the substrates contacted. characterized in particular that it does not require a temperature rise exceeding 424 ° C.

Si ce résultat est surprenant, il trouve une explication scientifique dans le fait qu’une telle thermocompression 150 permet aux atomes de germanium de migrer entre les atomes d’aluminium, autrement dit de diffuser au travers du réseau atomique de l’aluminium (et plus particulièrement entre les grains d’aluminium au niveau des joints dits de grains), pour permettre l’obtention d’une liaison, notamment électrique, entre les couches à base d’aluminium 4a, 4b initialement isolées, notamment électriquement, par les couches à base de germanium 5a, 5b. In fine, ces couches à base d’aluminium 4a, 4b ne forment plus qu’une seule couche qui n’est autre que l’interface de collage 3 à base d’aluminium. L’épaisseur de l’interface de collage 3 est sensiblement égale à la somme des épaisseurs des couches à base d’aluminium 4a, 4b telles que déposées 120. En référence à la figure 3, les couches à base de germanium 5a, 5b sont transformées, du fait de la migration du germanium dans l’aluminium provoquée par la thermocompression 150, en inclusions 7 de germanium au sein de l’interface de collage 3. La formation d’une distribution spatiale de telles inclusions 7 survient en un temps relativement court, typiquement en un temps pouvant varier entre 5 min et 10 h, une fois l’étape de thermocompression 150 commencée. Dans l’hypothèse où la thermocompression serait maintenue pendant un temps quasi-infini, il est possible que tout le germanium des couches à base de germanium 5a, 5b migre dans l’aluminium jusqu’à être piégé au niveau de l’interface initiale entre chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b et la face 1b, 2b du substrat 1, 2 sur laquelle la couche à base d’aluminium 4a, 4b a été déposée. L’on constate que, y compris dans cette hypothèse, le procédé selon la présente invention aboutit à la formation de l’interface de collage 3 à base d’aluminium. Il est toutefois avantageux que la thermocompression ne soit pas maintenue pendant un temps quasi-infini, évidemment du point de vue de l’applicabilité industrielle du procédé selon la présente invention, mais également en vue de la mise en œuvre du procédé selon la présente invention pour l’obtention de dispositifs micro-électroniques comprenant une interface de collage 3 à base d’aluminium, notamment lorsque l’interface de collage est destinée à jouer, dans les dispositifs micro-électroniques obtenus, un rôle de conducteur électrique entre les deux substrats 1, 2, ou entre des éléments de dispositifs microélectroniques compris par l’un au moins des deux substrats. L’on comprend que dans ces conditions, la thermocompression 150 puisse être réalisée à une température strictement inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium (qui est de 424°C), au moins jusqu’à obtention de l’interface de collage 3 à base d’aluminium. Il est en effet opportun de prendre en compte cette température d’eutectique au-delà de laquelle un alliage liquide d’aluminium et de germanium, noté ci-dessous alliage AIGe, se forme. Il est à noter que la formation d’un tel alliage AIGe n’est pas pour autant tout à fait exclu par le procédé selon la présente invention pour peu qu’elle accompagne, sans la remplacer, la formation de l’interface de collage 3 à base d’aluminium. Ainsi l’on comprend que, une fois l’interface de collage 3 à base d’aluminium et les inclusions 7 de germanium formées, la température de traitement peut être augmentée, y compris au-delà de la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, sans nécessairement nuire à l’interface de collage 3 et ses fonctions. Une telle montée en température peut effectivement aboutir à la formation d’inclusions liquides (en fait des nanogouttelettes) d’alliage AIGe dans ou en périphérie d’une interface de collage 3 toujours fonctionnelle. Si une telle montée en température n’est pas exclue, elle n’est pas non plus nécessaire, et reste donc optionnelle. Ces dernières considérations semblent transparentes aux choix quasi-sémantiques qui consistent à considérer que la thermocompression 150 prend fin à l’obtention de l’interface de collage 3 ou, au contraire, que la thermocompression 150 peut être prolongée, notamment à des températures supérieures à 424°C, température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, au-delà de l’obtention de l’interface de collage 3.If this result is surprising, he finds a scientific explanation in the fact that such a thermocompression 150 allows the germanium atoms to migrate between the aluminum atoms, in other words to diffuse through the atomic network of aluminum (and more particularly between the aluminum grains at the level of the so-called grain boundaries), in order to obtain a connection, in particular electrical, between the aluminum-based layers 4a, 4b initially isolated, in particular electrically, by the layers to germanium base 5a, 5b. Ultimately, these aluminum-based layers 4a, 4b no longer form a single layer which is none other than the bonding interface 3 based on aluminum. The thickness of the bonding interface 3 is substantially equal to the sum of the thicknesses of the aluminum-based layers 4a, 4b as deposited 120. With reference to FIG. 3, the germanium-based layers 5a, 5b are transformed, due to the migration of germanium into aluminum caused by thermocompression 150, into inclusions 7 of germanium within the bonding interface 3. The formation of a spatial distribution of such inclusions 7 occurs in a relatively short time short, typically in a time that can vary between 5 min and 10 h, once the thermocompression 150 step has started. Assuming that thermocompression is maintained for an almost infinite time, it is possible that all of the germanium in the germanium-based layers 5a, 5b migrates into the aluminum until it is trapped at the initial interface between each aluminum-based layer 4a, 4b and the face 1b, 2b of the substrate 1, 2 on which the aluminum-based layer 4a, 4b has been deposited. It can be seen that, including in this hypothesis, the method according to the present invention results in the formation of the bonding interface 3 based on aluminum. It is however advantageous that the thermocompression is not maintained for an almost infinite time, obviously from the point of view of the industrial applicability of the method according to the present invention, but also with a view to the implementation of the method according to the present invention for obtaining micro-electronic devices comprising a bonding interface 3 based on aluminum, in particular when the bonding interface is intended to play, in the micro-electronic devices obtained, a role of electrical conductor between the two substrates 1, 2, or between elements of microelectronic devices included by at least one of the two substrates. It is understood that under these conditions, the thermocompression 150 can be carried out at a temperature strictly lower than the temperature of the eutectic of aluminum and germanium (which is 424 ° C.), at least until obtaining the bonding interface 3 based on aluminum. It is indeed appropriate to take into account this eutectic temperature above which a liquid alloy of aluminum and germanium, noted below AIGe alloy, is formed. It should be noted that the formation of such an AIGe alloy is not entirely excluded by the method according to the present invention provided that it accompanies, without replacing it, the formation of the bonding interface 3 based on aluminum. Thus it is understood that, once the bonding interface 3 based on aluminum and the inclusions 7 of germanium formed, the treatment temperature can be increased, including beyond the temperature of the eutectic of l aluminum and germanium, without necessarily harming the bonding interface 3 and its functions. Such a rise in temperature can effectively lead to the formation of liquid inclusions (in fact nanodroplets) of AIGe alloy in or at the periphery of a bonding interface 3 which is still functional. If such a rise in temperature is not excluded, it is also not necessary, and therefore remains optional. These last considerations seem transparent to the quasi-semantic choices which consist in considering that the thermocompression 150 ends at the obtaining of the bonding interface 3 or, on the contrary, that the thermocompression 150 can be prolonged, in particular at temperatures above 424 ° C, temperature of the eutectic of aluminum and germanium, beyond obtaining the bonding interface 3.

Afin de favoriser la formation d’une distribution spatiale d’inclusions 7 de germanium dans l’interface de collage 3 (notamment par rapport à la formation de couches à base de germanium à l’interface initiale entre chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b et la face 1 b, 2b du substrat 1,2 sur laquelle la couche à base d’aluminium 4a, 4b a été déposée), il est prévu que chaque couche à base de germanium 5a, 5b soit déposée 130 sur une couche à base d’aluminium 4a, 4b de sorte à présenter une épaisseur d’au moins un ordre de grandeur inférieure à celle de la couche à base d’aluminium 4a, 4b sous-jacente. En particulier, chaque couche à base de germanium 5a, 5b peut être déposée 130 de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 10 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 10 nm et 20 nm. Corrélativement, chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b peut être déposée 120 de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 100 nm et 500 nm.In order to favor the formation of a spatial distribution of germanium inclusions 7 in the bonding interface 3 (in particular with respect to the formation of germanium-based layers at the initial interface between each aluminum-based layer 4a , 4b and the face 1b, 2b of the substrate 1,2 on which the aluminum-based layer 4a, 4b has been deposited), it is intended that each germanium-based layer 5a, 5b is deposited 130 on a layer based on aluminum 4a, 4b so as to have a thickness of at least one order of magnitude less than that of the layer based on aluminum 4a, 4b underlying. In particular, each germanium-based layer 5a, 5b can be deposited 130 so as to have a thickness of between 10 nm and 1 μm, preferably between 10 nm and 20 nm. Correlatively, each aluminum-based layer 4a, 4b can be deposited 120 so as to have a thickness of between 100 nm and 10 μm, preferably between 100 nm and 500 nm.

En outre, afin de s’assurer d’une dynamique migratoire suffisante du germanium dans les couches à base d’aluminium 4a, 4b, il est préférable que la thermocompression 150 soit réalisée à une température supérieure à 100°C. L’on s’assure ainsi d’obtenir l’interface de collage 3 à base d’aluminium en un temps raisonnable, notamment d’un point de vue industriel.In addition, in order to ensure sufficient migration dynamics of germanium in the aluminum-based layers 4a, 4b, it is preferable that the thermocompression 150 is carried out at a temperature above 100 ° C. This ensures that the bonding interface 3 based on aluminum is obtained in a reasonable time, especially from an industrial point of view.

Ainsi, la température à laquelle la thermocompression 150 est réalisée est de préférence comprise entre 100°C et 424°C, encore plus préférentiellement entre 300°C et 420°C.Thus, the temperature at which the thermocompression 150 is carried out is preferably between 100 ° C. and 424 ° C., even more preferably between 300 ° C. and 420 ° C.

Selon une particularité du procédé tel qu’illustré aux figures 1 à 3 et 5, chaque couche à base d’aluminium 4a, 4b peut être déposée 120 sur une couche inerte chimiquement 6 avec l’aluminium, comme par exemple une couche à base d’oxyde de silicium, à base de nitrure de titane, à base d’oxyde d’étain-indium (ITO) ou à base d’oxyde d’aluminium dopé zinc (AZO). Dans cette éventualité, le procédé tel qu’illustré sur la figure 5 comprend, avant l’étape de dépôt 120 de l’aluminium, une étape de formation 115 de la couche inerte chimiquement 6 avec l’aluminium au moins sur la face 1b, 2b du substrat 1, 2 sur laquelle la couche à base d’aluminium 4a, 4b est destinée à être déposée 120. Lorsque l’un au moins des substrats 1, 2 est à base de silicium, la couche inerte chimiquement 6 peut être réalisée, comme une couche à base d’oxyde de silicium, par oxydation de surface du substrat, ou comme une couche à base de nitrure de titane par exemple par dépôt physique en phase vapeur. Comme nous le verrons dans l’exemple de réalisation donné ci-dessous, l’un au moins des substrats 1, 2 forme une plaque d’un diamètre égal à 200 mm.According to a particular feature of the process as illustrated in FIGS. 1 to 3 and 5, each layer based on aluminum 4a, 4b can be deposited 120 on a chemically inert layer 6 with aluminum, such as for example a layer based on silicon oxide, based on titanium nitride, based on tin-indium oxide (ITO) or based on zinc-doped aluminum oxide (AZO). In this event, the process as illustrated in FIG. 5 comprises, before the step of depositing 120 of the aluminum, a step of forming 115 of the chemically inert layer 6 with the aluminum at least on the face 1b, 2b of the substrate 1, 2 on which the aluminum-based layer 4a, 4b is intended to be deposited 120. When at least one of the substrates 1, 2 is based on silicon, the chemically inert layer 6 can be produced , as a layer based on silicon oxide, by surface oxidation of the substrate, or as a layer based on titanium nitride for example by physical vapor deposition. As we will see in the example given below, at least one of the substrates 1, 2 forms a plate with a diameter equal to 200 mm.

Toujours en référence à la figure 5, le procédé selon le mode de réalisation illustré peut en outre comprendre, avant de mettre en contact 140 les substrats 1,2 l’un avec l’autre, une étape de rinçage à l’eau déionisée, puis une étape de séchage. Ces étapes sont paramétrées pour éliminer au moins une partie d’oxyde natif de germanium. Un tel oxyde natif est en effet susceptible de se former entre le dépôt 130 de chaque couche de germanium 5a, 5b et la mise en contact 140 des substrats 1, 2 l’un avec l’autre. Cette mise en contact 140 est réalisée de préférence au plus tôt après les étapes de rinçage et de séchage, afin d’éviter tout contact prolongé des substrats 1, 2 avec de l’oxygène.Still with reference to FIG. 5, the method according to the illustrated embodiment may further comprise, before bringing the substrates 1,2 into contact with one another, a step of rinsing with deionized water, then a drying step. These steps are configured to remove at least part of native germanium oxide. Such a native oxide is in fact capable of forming between the deposit 130 of each layer of germanium 5a, 5b and the contacting 140 of the substrates 1, 2 with each other. This contacting 140 is preferably carried out as soon as possible after the rinsing and drying steps, in order to avoid any prolonged contact of the substrates 1, 2 with oxygen.

En particulier lorsque chacun des deux substrats comprend des éléments de dispositifs micro-électroniques, il peut être nécessaire de soigner l’alignement des substrats entre eux, lors de leur mise en contact 140, de sorte à placer correctement les éléments de dispositifs micro-électroniques les uns par rapport aux autres. En particulier dans ce contexte, la mise en contact 140 des deux substrats entre eux peut être réalisée dans l’enceinte ou la thermocompression 150 et destinée à être réalisée, par une machine de manipulation d’au moins un des substrats 1, 2 équipé par exemple d’un système de repérage par laser pour contrôler l’alignement des substrats entre eux. De façon plus générale, la mise en contact 140 des deux substrats 1, 2 peut être réalisée par un opérateur.In particular when each of the two substrates comprises elements of micro-electronic devices, it may be necessary to take care of the alignment of the substrates with one another, when they come into contact 140, so as to correctly place the elements of micro-electronic devices one to another. In particular in this context, the contacting 140 of the two substrates with one another can be carried out in the enclosure or the thermocompression 150 and intended to be produced, by a machine for handling at least one of the substrates 1, 2 equipped with example of a laser tracking system to control the alignment of substrates with each other. More generally, the contacting 140 of the two substrates 1, 2 can be carried out by an operator.

Lorsque chacun des deux substrats 1, 2 présente un diamètre égal à 200 mm, la thermocompression 150 peut comprendre l’une au moins parmi : - l’application d’au moins un niveau de pression d’un des deux substrats 1,2 sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces 1 b, 2b mises en contact 140, la pression étant comprise entre 0,05 Mpa et 3 Mpa, de préférence comprise entre 0,1 Mpa et 0,5 Mpa, et - l’application d’au moins un niveau de force de compression d’un des deux substrats 1,2 sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces 1b, 2b mises en contact 140, la norme de la force étant comprise entre 2 kN et 90 kN.When each of the two substrates 1, 2 has a diameter equal to 200 mm, the thermocompression 150 may comprise at least one of: - the application of at least one pressure level of one of the two substrates 1,2 to the other in a direction perpendicular to their faces 1b, 2b brought into contact 140, the pressure being between 0.05 Mpa and 3 Mpa, preferably between 0.1 Mpa and 0.5 Mpa, and - the application of at least one level of compression force from one of the two substrates 1,2 to the other in a direction perpendicular to their faces 1b, 2b brought into contact 140, the force standard being between 2 kN and 90 kN.

Lorsque chacun des deux substrats présente des couches à base de germanium 5a et 5b relativement plane, et plus particulièrement présentant une rugosité de surface inférieure à 100 nm PV (pour « peak-to-valley » selon la terminologie anglo-saxonne), l’application d’un niveau de pression telle qu’énoncée ci-dessus peut être équivalente à l’application du niveau de force telle qu’énoncée ci-dessus. Au contraire, lorsque l’un au moins des deux substrats présente des couches à base de germanium 5a et 5b ayant une rugosité de surface plus importante, par exemple due à la présence d’éléments de dispositifs micro-électroniques, tels que des cordons de soudure, la pression qu’exerce une force de compression donnée d’un substrat sur l’autre n’est pas répartie de manière homogène à l’interface de contact entre les substrats 1, 2. Dans ce cas, il peut être préférable de considérer le critère de niveau de force de compression, plutôt que le critère de niveau de pression. Il est à noter en outre que, si les gammes de valeurs de niveau de pression et/ou de niveau de force de compression données ci-dessus sont adaptées à des substrats se présentant sous la forme de plaques de diamètre égal à 200 mm, elles sont réputées pouvoir être adaptées à d’autres dimensions de plaques au prix d’un effort raisonnable de réflexion, par exemple en effectuant des essais de routine.When each of the two substrates has relatively flat germanium-based layers 5a and 5b, and more particularly having a surface roughness of less than 100 nm PV (for “peak-to-valley” according to Anglo-Saxon terminology), the application of a pressure level as stated above may be equivalent to the application of the force level as stated above. On the contrary, when at least one of the two substrates has germanium-based layers 5a and 5b having a greater surface roughness, for example due to the presence of elements of microelectronic devices, such as welding, the pressure exerted by a given compression force from one substrate to the other is not homogeneously distributed at the contact interface between the substrates 1, 2. In this case, it may be preferable to consider the compression force level criterion, rather than the pressure level criterion. It should also be noted that, if the ranges of pressure level and / or level of compression force values given above are suitable for substrates in the form of plates with a diameter equal to 200 mm, they are deemed to be able to be adapted to other dimensions of plates at the cost of a reasonable effort of reflection, for example by carrying out routine tests.

Comme son nom l’indique, la thermocompression 150 comprend donc l’application d’une pression d’un des substrats 1, 2 sur l’autre et l’application d’une température déterminée. Plus particulièrement, la pression et la température appliquées peuvent varier lors de la thermocompression 150 dans les gammes de valeurs définies plus haut, voire au-delà de ces gammes de valeurs une fois l’interface de collage 3 obtenue.As its name suggests, thermocompression 150 therefore comprises the application of a pressure from one of the substrates 1, 2 to the other and the application of a determined temperature. More particularly, the pressure and the temperature applied can vary during thermocompression 150 within the ranges of values defined above, or even beyond these ranges of values once the bonding interface 3 is obtained.

La thermocompression 150 est en outre réalisée sous vide poussé, à une pression comprise entre 10'3 et 10'7 mbar, par exemple égale à 5.10'5 mbar.The thermocompression 150 is also carried out under high vacuum, at a pressure between 10'3 and 10'7 mbar, for example equal to 5.10'5 mbar.

Un exemple de réalisation de la thermocompression 150 en termes d’évolution de pression et de température appliquées est illustré sur la figure 4. Selon cet exemple, la thermocompression 150 comprend : - Pendant une première durée ti, de préférence comprise entre 10 et 30 min, et par exemple égale à 20 min : o l’application d’un premier niveau de pression Pi d’un des deux substrats 1, 2 sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces 1b, 2b mises en contact 140 et o une montée en température depuis l’ambiante jusqu’à une première température seuil T1, par exemple égale à 415°C, - Pendant une deuxième durée t2-t-i, de préférence comprise entre 5 min et 10 h, par exemple égale à 1 h : o l’application d’un deuxième niveau de pression P2 d’un des deux substrats 1,2 sur l’autre, toujours selon une direction perpendiculaire à leurs faces 1b, 2b mises en contact 140, le deuxième niveau de pression P2 étant de préférence supérieure au premier niveau de pression P-i, et o un maintien de la première température seuil T-ι, puis - Optionnellement pendant une troisième durée t3-t2, de préférence comprise entre 10 et 30 min : o le maintien du deuxième niveau de pression P2 et o une montée depuis la première température seuil Ti jusqu’à une température T2 par exemple égale à 450°C. - pendant une quatrième durée U-U, de préférence comprise entre 10 et 30 min : o le maintien du deuxième niveau de pression P2 et o un refroidissement depuis la dernière température T2 jusqu’à la température T1 avec une rampe de 1°C par minute. - pendant une cinquième durée ts-t4, de préférence comprise entre 10 et 30 min : o l’application du premier niveau de pression Pi et o un refroidissement jusqu’à la température ambiante avec une rampe de 20°C par minute.An exemplary embodiment of the thermocompression 150 in terms of evolution of pressure and temperature applied is illustrated in FIG. 4. According to this example, the thermocompression 150 comprises: - For a first duration ti, preferably between 10 and 30 min , and for example equal to 20 min: o the application of a first pressure level Pi of one of the two substrates 1, 2 on the other in a direction perpendicular to their faces 1b, 2b brought into contact 140 and o a rise in temperature from the ambient to a first threshold temperature T1, for example equal to 415 ° C., - For a second duration t2-ti, preferably between 5 min and 10 h, for example equal to 1 h : o the application of a second pressure level P2 from one of the two substrates 1,2 to the other, always in a direction perpendicular to their faces 1b, 2b brought into contact 140, the second pressure level P2 being preferably better lower than the first pressure level Pi, and o maintaining the first threshold temperature T-ι, then - Optionally for a third duration t3-t2, preferably between 10 and 30 min: o maintaining the second pressure level P2 and o an increase from the first threshold temperature Ti to a temperature T2, for example equal to 450 ° C. - for a fourth duration U-U, preferably between 10 and 30 min: o maintaining the second pressure level P2 and o cooling from the last temperature T2 to temperature T1 with a ramp of 1 ° C per minute. - for a fifth duration ts-t4, preferably between 10 and 30 min: o the application of the first pressure level Pi and o cooling to room temperature with a ramp of 20 ° C per minute.

Plus particulièrement, lorsque chacun des deux substrats présente un diamètre égal à 200 mm, le premier niveau de pression Pi est égal à 0,1 MPa et le deuxième niveau de pression P2 est égal à 0,5 MPa à 3 MPa. Le diamètre des substrats peut également être égal à 300 mm, auquel cas les valeurs des premier et deuxième niveaux de pression pourront être identiques à celles énoncées ci-dessus en augmentant la force (en kN) appliquée pour exercer chacun desdits niveaux de pression.More particularly, when each of the two substrates has a diameter equal to 200 mm, the first pressure level Pi is equal to 0.1 MPa and the second pressure level P2 is equal to 0.5 MPa to 3 MPa. The diameter of the substrates can also be equal to 300 mm, in which case the values of the first and second pressure levels may be identical to those set out above by increasing the force (in kN) applied to exert each of said pressure levels.

Une fois la température redevenue égale à l’ambiante, la pression exercée par l’un des deux substrats sur l’autre est relâchée et l’ensemble formé des deux substrats 1, 2 collés entre eux par l’interface de collage 3 à base d’aluminium peut être récupéré pour subir éventuellement d’autres traitements et potentiellement conduire in fine à la fabrication d’un dispositif microélectronique.Once the temperature has returned to ambient, the pressure exerted by one of the two substrates on the other is released and the assembly formed by the two substrates 1, 2 bonded together by the bonding interface 3 based aluminum can be recovered to possibly undergo other treatments and potentially ultimately lead to the manufacture of a microelectronic device.

EXEMPLES DE RÉALISATIONEXAMPLES OF REALIZATION

Selon un premier exemple de réalisation, un scellement par thermocompression AI/AI a été réalisé en utilisant des plaques 1, 2 de Silicium de 200 mm de diamètre recouvertes de 500 nm de Si02 obtenue par oxydation thermique du silicium. Ensuite, un bicouche Al(1000 nm)/Ge(10 nm) est déposé par évaporation sur chacune des plaques sans remise en contact de la couche d’aluminium avec de l’oxygène.According to a first embodiment, a sealing by AI / AI thermocompression was carried out using silicon plates 1, 2 of 200 mm in diameter covered with 500 nm of SiO 2 obtained by thermal oxidation of silicon. Then, an Al (1000 nm) / Ge (10 nm) bilayer is deposited by evaporation on each of the plates without bringing the aluminum layer back into contact with oxygen.

Juste avant d’appliquer la thermocompression 150, les plaques sont rincées de préférence à l’eau déionisée, puis séchées pour éliminer l’oxyde natif de germanium.Just before applying thermocompression 150, the plates are preferably rinsed with deionized water, then dried to remove the native germanium oxide.

On place ensuite rapidement les deux substrats 1, 2 mis en contact 140 sous vide à 5.10'5 mbar et à température ambiante, puis l’on applique une très faible pression sur les faces exposées 1a, 2a des substrats, typiquement une pression égale à 0,1 MPa pour des substrats de 200 mm de diamètre. On monte ensuite en température jusqu’à 415°C avec une rampe de 20°C/min. Une fois cette température atteinte, on augmente la pression sur les faces exposées 1 a, 2a des substrats jusqu’à 0,5 MPa ou 3 MPa pour des substrats de 200 mm de diamètre. L’on maintient la pression et la température pendant 1h. C’est la phase de thermocompression 150.The two substrates 1, 2 are then quickly placed in contact 140 under vacuum at 5.10'5 mbar and at room temperature, then a very low pressure is applied to the exposed faces 1a, 2a of the substrates, typically a pressure equal to 0.1 MPa for 200 mm diameter substrates. Then the temperature rises to 415 ° C with a ramp of 20 ° C / min. Once this temperature is reached, the pressure on the exposed faces 1a, 2a of the substrates is increased to 0.5 MPa or 3 MPa for substrates with a diameter of 200 mm. The pressure and the temperature are maintained for 1 hour. This is the 150 thermocompression phase.

Si la thermocompression 150 est réalisée sur des substrats comportant des éléments de dispositifs micro-électroniques induisant des différences de niveau de surface des couches à base de germanium 5a, 5b, tels que des cordons de soudure, la force de compression appliquée en face arrière peut être la même, mais la pression obtenue à l’interface de collage sera différente et avantageusement bien supérieure.If the thermocompression 150 is carried out on substrates comprising elements of micro-electronic devices inducing differences in surface level of the germanium-based layers 5a, 5b, such as weld beads, the compression force applied on the rear face may be the same, but the pressure obtained at the bonding interface will be different and advantageously much higher.

Pendant cette phase de recuit, le germanium migre dans, voire sous, l’aluminium et on obtient un contact AI/AI entre les deux substrats, sans présence d’alumine grâce à la protection à l’oxydation que constituent les couches à base de germanium 5a, 5b pour les couches à base d’aluminium 4a, 4b. En ce sens, la mise en contact 140 sous vide avant la thermocompression 150 joue également un rôle avantageux.During this annealing phase, the germanium migrates into, or even under, aluminum and an AI / AI contact is obtained between the two substrates, without the presence of alumina thanks to the oxidation protection constituted by the layers based on germanium 5a, 5b for aluminum-based layers 4a, 4b. In this sense, contacting 140 under vacuum before thermocompression 150 also plays an advantageous role.

Selon un deuxième exemple de réalisation, un scellement par thermocompression AI/AI a été réalisé en utilisant des plaques 1, 2 de Silicium de 200 mm de diamètre recouvertes de 50 nm de TiN déposé par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Ensuite, un bicouche Al(1000 nm)/Ge(10 nm) est déposé par évaporation sur chacune des plaques sans remise en contact de la couche d’aluminium avec de l’oxygène.According to a second exemplary embodiment, a sealing by AI / AI thermocompression was carried out using 1, 2 silicon plates 200 mm in diameter covered with 50 nm of TiN deposited by physical vapor deposition (PVD). Then, an Al (1000 nm) / Ge (10 nm) bilayer is deposited by evaporation on each of the plates without bringing the aluminum layer back into contact with oxygen.

Juste avant d’appliquer la thermocompression 150, les plaques sont rincées à l’eau déionisée puis séchées pour éliminer l’oxyde natif de germanium.Just before applying thermocompression 150, the plates are rinsed with deionized water and then dried to remove the native germanium oxide.

Les deux plaques 1, 2 sont ensuite mises en contact 140 dans un équipement de scellement sous vide, à 5.10'5 mbar. Une pression de 0,1 MPa est alors appliquée sur les faces exposées 1a, 2a des plaques. La température est élevée jusqu’à 415°C avec une rampe de 20°C/min. La pression sur les faces exposées 1a, 2a des plaques est élevée jusqu’à 0,5 MPa ou 3 MPa pendant 30 min. La pression est alors maintenue constante tout en augmentant la température jusqu’à 450°C pendant 10 min jusqu’à la fin de la thermocompression 150. La pression est maintenue et le refroidissement s’effectue jusqu’à 400°C avec une rampe de 1°C/min. Enfin, la pression est redescendue à 0,1 MPa et les plaques 1, 2 sont refroidies jusqu’à la température ambiante avec une rampe de 20°C/min. L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications. L’on peut citer, parmi les modes de réalisation couverts, celui selon lequel le procédé de collage 100 comprend la fourniture 110 de trois substrats, voire plus, destiné à être mis en contact dans un même empilement. Les substrats destinés à avoir une position intermédiaire entre les deux substrats situés aux extrémités de l’empilement peuvent être traités (ou « processés ») de sorte qu’une couche à base d’aluminium soit déposée sur chacune de leurs faces avant que chaque couche à base d’aluminium ne soit recouverte d’une couche à base de germanium. Un tel mode de réalisation aboutit donc à la formation d’une pluralité d’interfaces de collage 3 à base d’aluminium, chacune de ces interfaces de collage 3 étant située entre deux substrats premiers voisins entre eux dans l’empilement.The two plates 1, 2 are then brought into contact 140 in a vacuum sealing equipment, at 5.10'5 mbar. A pressure of 0.1 MPa is then applied to the exposed faces 1a, 2a of the plates. The temperature is raised to 415 ° C with a ramp of 20 ° C / min. The pressure on the exposed faces 1a, 2a of the plates is high up to 0.5 MPa or 3 MPa for 30 min. The pressure is then kept constant while increasing the temperature up to 450 ° C for 10 min until the end of the thermocompression 150. The pressure is maintained and the cooling takes place up to 400 ° C with a ramp of 1 ° C / min. Finally, the pressure has dropped to 0.1 MPa and the plates 1, 2 are cooled to room temperature with a ramp of 20 ° C / min. The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all the embodiments covered by the claims. One can cite, among the embodiments covered, that according to which the bonding method 100 comprises the supply 110 of three substrates, or even more, intended to be brought into contact in the same stack. The substrates intended to have an intermediate position between the two substrates situated at the ends of the stack can be treated (or “processed”) so that an aluminum-based layer is deposited on each of their faces before each layer based on aluminum is not covered with a layer based on germanium. Such an embodiment therefore results in the formation of a plurality of bonding interfaces 3 based on aluminum, each of these bonding interfaces 3 being located between two first substrates neighboring them in the stack.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Procédé de collage (100) par thermocompression de deux substrats (1, 2) par formation d’une interface de collage (3) à base d’aluminium, le procédé comprenant les étapes suivantes : - Fournir (110) deux substrats (1,2), - Déposer (120) une couche à base d’aluminium (4a, 4b) sur une face (1b, 2b) de chacun des deux substrats, - Déposer (130) une couche à base de germanium (5a, 5b) au moins sur chaque couche à base d’aluminium (4a, 4b) précédemment déposée (120), les étapes de dépôt (120, 130) se succédant sans remise en contact des couches à base d’aluminium (4a, 4b) avec de l’oxygène, - Mettre en contact (140) les substrats (1, 2) l’un avec l’autre par les couches à base de germanium (5a, 5b) précédemment déposées (130), puis - Appliquer une thermocompression (150) des substrats (1, 2) mis en contact (140) de sorte à faire migrer le germanium de chaque couche à base de germanium (5a, 5b) dans l’aluminium des couches à base d’aluminium (4a, 4b) pour former l’interface de collage (3) à base d’aluminium.1. A method of bonding (100) by thermocompression of two substrates (1, 2) by forming a bonding interface (3) based on aluminum, the method comprising the following steps: - Providing (110) two substrates ( 1,2), - Deposit (120) a layer based on aluminum (4a, 4b) on one face (1b, 2b) of each of the two substrates, - Deposit (130) a layer based on germanium (5a, 5b) at least on each previously deposited aluminum-based layer (4a, 4b) (120), the deposition steps (120, 130) succeeding each other without bringing the aluminum-based layers (4a, 4b) back into contact with oxygen, - Put in contact (140) the substrates (1, 2) with each other by the germanium-based layers (5a, 5b) previously deposited (130), then - Apply thermocompression (150) substrates (1, 2) brought into contact (140) so as to migrate the germanium from each germanium-based layer (5a, 5b) into the aluminum from the aluminum-based layers (4a, 4b) to form the bonding interface (3) based on aluminum. 2. Procédé (100) selon la revendication précédente, dans lequel la thermocompression (150) est réalisée à une température strictement inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, et de préférence à une température inférieure à 420°C, au moins jusqu’à obtention de l’interface de collage (3) à base d’aluminium.2. Method (100) according to the preceding claim, wherein the thermocompression (150) is carried out at a temperature strictly lower than the temperature of the eutectic of aluminum and germanium, and preferably at a temperature lower than 420 ° C, at least until the bonding interface (3) based on aluminum is obtained. 3. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la thermocompression (150) est réalisée à une température supérieure à 100°C.3. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which the thermocompression (150) is carried out at a temperature above 100 ° C. 4. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche à base de germanium (5a, 5b) est déposée (130) sur une couche à base d’aluminium (4a, 4b) de sorte à présenter une épaisseur d’au moins un ordre de grandeur inférieure à celle de la couche à base d’aluminium (4a, 4b).4. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which each germanium-based layer (5a, 5b) is deposited (130) on an aluminum-based layer (4a, 4b) so as to present a thickness of at least one order of magnitude less than that of the aluminum-based layer (4a, 4b). 5. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche à base de germanium (5a, 5b) est déposée (130) de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 10 nm et 1 pm, de préférence comprise entre 10 nm et 20 nm.5. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which each germanium-based layer (5a, 5b) is deposited (130) so as to have a thickness of between 10 nm and 1 μm, preferably included between 10 nm and 20 nm. 6. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche à base d’aluminium (4a, 4b) est déposée (120) de sorte à présenter une épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 100 nm et 500 nm.6. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which each aluminum-based layer (4a, 4b) is deposited (120) so as to have a thickness of between 100 nm and 10 pm, preferably between 100 nm and 500 nm. 7. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les étapes de dépôt (120) de chaque couche à base de germanium (5a, 5b) sur une couche à base d’aluminium (4a, 4b) et de dépôt (130) de la couche à base d’aluminium (4a, 4b) comprennent le dépôt, sous atmosphère contrôlée au moins en termes de pression et en termes de taux d’oxygène, d’un bicouche Al/Ge par évaporations ou pulvérisations successives d’une partie au moins d’une cible à base d’aluminium et d’une cible à base de germanium, de préférence les étapes de dépôt (120) de chaque couche à base de germanium (5a, 5b) sur une couche à base d’aluminium (4a, 4b) et de dépôt (130) de la couche à base d’aluminium (4a, 4b) étant réalisées dans une même enceinte hermétique.7. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which the steps of depositing (120) each germanium-based layer (5a, 5b) on an aluminum-based layer (4a, 4b) and deposition (130) of the aluminum-based layer (4a, 4b) comprise the deposition, under a controlled atmosphere at least in terms of pressure and in terms of oxygen rate, of a Al / Ge bilayer by evaporation or successive sprays of at least part of an aluminum-based target and a germanium-based target, preferably the steps of depositing (120) each germanium-based layer (5a, 5b) on a aluminum-based layer (4a, 4b) and deposition (130) of the aluminum-based layer (4a, 4b) being produced in the same hermetic enclosure. 8. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une étape de dépôt (120) d’une couche à base aluminium est précédée d’une étape de formation (115) d’une couche inerte chimiquement (6) avec l’aluminium au moins sur la face (1b, 2b) du substrat (1,2) sur laquelle la couche à base d’aluminium (4a, 4b) est destinée à être déposée (120), la couche inerte chimiquement (6) étant par exemple à base d’un matériau choisi parmi : l’oxyde de silicium et le nitrure de titane.8. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which at least one step of depositing (120) an aluminum-based layer is preceded by a step of forming (115) a chemically inert layer. (6) with aluminum at least on the face (1b, 2b) of the substrate (1,2) on which the aluminum-based layer (4a, 4b) is intended to be deposited (120), the inert layer chemically (6) being for example based on a material chosen from: silicon oxide and titanium nitride. 9. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, chacun des deux substrats (1, 2) présentant un diamètre égal à 200 mm, la thermocompression (150) comprend l’une au moins parmi : - l’application d’au moins un niveau de pression d’un des deux substrats (1,2) sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces (1b, 2b) mises en contact (140), la pression étant comprise entre 0,05 Mpa et 3 Mpa, de préférence comprise entre 0,1 Mpa et 0,5 Mpa, et - l’application d’au moins un niveau de force de compression d’un des deux substrats (1,2) sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces (1b, 2b) mises en contact (140), la norme de la force étant comprise entre 2 kN et 90 kN.9. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which, each of the two substrates (1, 2) having a diameter equal to 200 mm, the thermocompression (150) comprises at least one of: application of at least one pressure level from one of the two substrates (1,2) to the other in a direction perpendicular to their faces (1b, 2b) brought into contact (140), the pressure being between 0 , 05 Mpa and 3 Mpa, preferably between 0.1 Mpa and 0.5 Mpa, and - the application of at least one level of compression force of one of the two substrates (1,2) on the other in a direction perpendicular to their faces (1b, 2b) brought into contact (140), the force standard being between 2 kN and 90 kN. 10. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la thermocompression (150) comprend : - Pendant une première durée t-ι, de préférence comprise entre 10 et 30 min, et par exemple égale à 20 min : o l’application d’un premier niveau de pression P-i, par exemple égal à 0,1 MPa, d’un des deux substrats (1, 2) sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces (1b, 2b) mises en contact (140) et o une montée en température depuis l’ambiante jusqu’à une première température seuil Ti inférieure à la température de l’eutectique de l’aluminium et du germanium, par exemple une première température seuil Ti égale à 415°C, puis - Pendant une deuxième durée t2-ti, de préférence comprise entre 5 min et 10 h, par exemple égale à 1 h : o l’application d’un deuxième niveau de pression P2 supérieur au premier niveau de pression P-i, par exemple un deuxième niveau de pression P2 égal à 0,5 MPa, d’un des deux substrats (1, 2) sur l’autre selon une direction perpendiculaire à leurs faces (1b, 2b) mises en contact (140) et o un maintien de la première température seuil Ti, puis - Pendant une troisième durée t5-t2, de préférence comprise entre 10 et 30 min : o au moins l’un parmi le maintien du deuxième niveau de pression P2 et l’application d’un niveau de pression inférieur au niveau de pression P2, le cas échéant l’application d’un niveau de pression inférieur au niveau de pression P2 succédant au maintien du deuxième niveau de pression P2, par exemple le niveau de pression inférieur au niveau de pression P2 étant égal au premier niveau de pression P-i, et o un refroidissement jusqu’à l’ambiante.10. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which the thermocompression (150) comprises: - For a first duration t-ι, preferably between 10 and 30 min, and for example equal to 20 min: o the application of a first pressure level Pi, for example equal to 0.1 MPa, of one of the two substrates (1, 2) on the other in a direction perpendicular to their faces (1b, 2b) placed in contact (140) and o a rise in temperature from the ambient to a first threshold temperature Ti lower than the temperature of the eutectic of aluminum and germanium, for example a first threshold temperature Ti equal to 415 ° C, then - During a second duration t2-ti, preferably between 5 min and 10 h, for example equal to 1 h: o the application of a second pressure level P2 higher than the first pressure level Pi, by example a second pressure level P2 equal to 0.5 MPa, of one of the two substrates (1, 2) on the other in a direction perpendicular to their faces (1b, 2b) brought into contact (140) and o maintaining the first threshold temperature Ti, then - For a third duration t5- t2, preferably between 10 and 30 min: o at least one of maintaining the second pressure level P2 and applying a pressure level lower than the pressure level P2, if applicable applying d a pressure level lower than the pressure level P2 succeeding in maintaining the second pressure level P2, for example the pressure level lower than the pressure level P2 being equal to the first pressure level Pi, and o cooling down to l ambient. 11. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la thermocompression (150) est paramétrée de sorte que, une fois l’interface à base d’aluminium (3) formée, le germanium ait migré dans l’aluminium de sorte à former, dans et/ou en périphérie de l’interface à base d’aluminium (3), une distribution spatiale d’inclusions (7) dont la taille caractéristique moyenne est de préférence comprise entre 10 nm et 1 pm.11. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which the thermocompression (150) is configured so that, once the aluminum-based interface (3) has been formed, the germanium has migrated into the aluminum so as to form, in and / or on the periphery of the aluminum-based interface (3), a spatial distribution of inclusions (7) whose average characteristic size is preferably between 10 nm and 1 μm. 12. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l’un des substrats (1, 2) est fourni (110) de sorte à comprendre au moins un dispositif ou élément microélectronique, par exemple un cordon de soudure.12. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which at least one of the substrates (1, 2) is provided (110) so as to comprise at least one microelectronic device or element, for example a cord Welding. 13. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre, avant de mettre en contact (140) les substrats (1, 2) l’un avec l’autre, une étape de rinçage à l’eau déionisée puis une étape de séchage, ces étapes étant paramétrées de sorte à éliminer au moins une partie d’oxyde natif de germanium, la mise en contact (140) des substrats (1,2) l’un avec l’autre étant ensuite réalisée de préférence de sorte à éviter tout contact prolongé des substrats (1,2) avec de l’oxygène.13. Method (100) according to any one of the preceding claims, further comprising, before bringing the substrates (1, 2) into contact with each other (140), a step of rinsing with water deionized and then a drying step, these steps being configured so as to eliminate at least a portion of native germanium oxide, the contact (140) of the substrates (1,2) with each other then being carried out preferably so as to avoid prolonged contact of the substrates (1,2) with oxygen. 14. Procédé (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la thermocompression (150) est réalisée sous vide poussé, à une pression comprise entre 10'3 et 10'7 mbar, par exemple égale à 5.10'5 mbar.14. Method (100) according to any one of the preceding claims, in which the thermocompression (150) is carried out under high vacuum, at a pressure between 10'3 and 10'7 mbar, for example equal to 5.10'5 mbar .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CRNOGORAC FILIP ET AL: "Low-temperature Al-Ge bonding for 3D integra", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B: MICROELECTRONICS AND NANOMETER STRUCTURES, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, MELVILLE, NY 11747, vol. 30, no. 6, 1 November 2012 (2012-11-01), pages 6FK01 - 6FK01, XP012163020, ISSN: 2166-2746, [retrieved on 20121026], DOI: 10.1116/1.4762844 *

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