WO2016156279A1 - Procédé d'assemblage de substrats - Google Patents

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WO2016156279A1
WO2016156279A1 PCT/EP2016/056748 EP2016056748W WO2016156279A1 WO 2016156279 A1 WO2016156279 A1 WO 2016156279A1 EP 2016056748 W EP2016056748 W EP 2016056748W WO 2016156279 A1 WO2016156279 A1 WO 2016156279A1
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substrates
face
intermediate layer
assembly method
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PCT/EP2016/056748
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Frank Fournel
Xavier Baillin
Séverine CHERAMY
Bernard Diem
Thomas Ernst
Patrick Leduc
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • H10P10/12—Bonding of semiconductor wafers or semiconductor substrates to semiconductor wafers or semiconductor substrates
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    • H10W46/501—Marks applied to devices, e.g. for alignment or identification for use before dicing

Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling a first face of a first substrate and a first face of a second substrate. It also relates to a microelectronic system with first and second substrates, these substrates can be assembled using the method.
  • One field of the invention is 3D three-dimensional integration for electronic devices and in particular microelectronic devices, the term microelectronics including nanotechnologies. More specifically, this invention is particularly applicable to the direct bonding of substrates, for example silicon having surface microelectronic circuits. At least some of these microelectronic circuits can lead to the surface of the substrates and a number will be connected between the two bonded surfaces to obtain an electrical connection through the bonding interface.
  • the invention can be used for the manufacture of CMOS imagers of "back-side imagers (BSI)" type, also called rear-panel imagers, and in general, for 3D integration with stacks of CMOS transistors and / or memories.
  • BBI back-side imagers
  • 3D integration consists in vertically stacking electronic components, superimposing chips formed for example on substrates (or plates) on each other and establishing short vertical electrical connections between these components, directly through the different layers.
  • the concept of 3D integration allows devices to be realized with a multitude of functionalities as well as drastically reducing the lengths of the interconnections, thus increasing the communication speeds between the different components.
  • 3D integration requires the control of the electrical connections between the different chips stacked vertically.
  • the step of aligning the substrates to be stacked is a crucial step in this regard to obtain high densities of interconnections.
  • Microscopes can be inserted between the two substrates which are positioned facing each other (their faces to be assembled extending in parallel) and, with alignment marks, the two substrates are aligned in the two directions of the plane of their faces to assemble. Then the microscopes are removed and the substrates are brought together until contact is obtained which triggers direct sticking. Obviously, this approximation is difficult to control and some misalignment may appear during this movement, which generally limits the alignment to + -5 ⁇ (microns).
  • the substrates are then glued and can no longer be moved relative to each other in the plane of the interface unless provoking a detachment by inserting a wedge at the bonding interface. This corner may allow the plates to take off but, once taken off, the alignment is lost and the alignment must be started again.
  • infrared-transparent substrates which is the case of non-heavily doped silicon
  • infra-red visualization to align the two substrates in the plane. No need here to insert microscopes between the plates. The fact of not having to bring the plates together a great distance after the alignment makes it possible to very significantly limit the potential misalignment induced by the approaching movement.
  • the collage thanks to the infra-red, it is possible to check the alignment but if it is not good, as the direct bonding took place, you have to take off the plates to start the alignment again hoping get a better result.
  • One aspect of the invention relates to a method of assembling a first face of a first substrate and a first face of a second substrate.
  • it comprises:
  • the invention also relates in other aspects to a microelectronic system comprising a first substrate and a second substrate, a first face of each of the first and second substrates facing each other, and an intermediate layer between the first face of the first substrate and the first face of the second substrate, the intermediate layer being in contact with the first face of the first substrate and the first face of the second substrate, the intermediate layer being made of a material in liquid form preferably having a viscosity of less than 100 pascal . second at 20 ° C.
  • a technical effect produced by the present invention is to allow the approximation with a very small difference, for example of less than 0.1 ⁇ , of the two faces through which the assembly is to be performed so as to improve the final alignment of the substrates. , therefore potentially to reduce the size of the electrical members to be connected between the two substrates to increase the density of electronic components and / or make the process of making the two substrates electrically viable.
  • the intermediate layer advantageously forms a fluidic cushion of relative displacement of the two substrates in a plane parallel to the two faces to be assembled. This displacement makes it possible to adjust the alignment as well as possible.
  • FIG. 1 illustrates, in section, an embodiment of a first substrate used according to the invention, with a drop of a liquid capable of forming a spacer layer.
  • FIG. 2 shows an example, in section, of second substrate.
  • FIG. 3 gives a view from below, by its first face, of the second substrate of FIG.
  • FIG. 4 illustrates a step of the process of the invention with the formation of an interlayer.
  • Figure 5 shows a step following that of Figure 4.
  • FIG. 6 illustrates a procedure for controlling the alignment of the two substrates thanks to the invention.
  • the process can be: the material of the interlayer has a viscosity of less than 100 pascals. second at 20 ° C, preferably less than 1 pascal. second at 20 ° C;
  • At least one of the first substrate and the second substrate comprises at its first face a cavity opening on said first face and on a wafer portion of the substrate.
  • the formation of the intermediate layer may also consist of the formation of a film obtained for example by centrifugation.
  • the interlayer material does not need to be evenly distributed.
  • a first microelectronic component is formed on the first substrate and a second component on the second substrate, the contacting of the first face of the first substrate and the first face of the second substrate being configured to bring the first and second components into contact with each other; microelectronics.
  • the invention relates to the assembly of substrates which are understood here in particular to electronic devices, preferably microelectronic devices, in the form of plates (more commonly known as "wafer", in English), preferably comprising at least one chip and / or or an electronic member, for example an electrically conductive element, for interconnection in particular.
  • a substrate may not comprise an active or passive electronic component or component; it may for example be a handle serving, transiently, the transfer of a substrate to another.
  • the first substrate is preferably in the form of a plate, but may also be in the form of a panel.
  • the first substrate may comprise a plurality of layers.
  • the substrates are based on one or more non-conductive or poorly conductive materials.
  • the two substrates used are not necessarily of the same size.
  • one may be a plate comprising a plurality of chips and the other a single chip, so as to perform a report of the type chip on plate (or "chip on wafer" in English).
  • the invention can make it possible to stack more than two substrates. They are for example formed of a silicon-based material (for example, polycrystalline silicon, or monocrystalline silicon, or silicon on insulator).
  • the present invention can also be applied to substrates which are not made of silicon but of III-V material such as ⁇ , AsGa or GaN, or of material such as Germanium, sapphire, silica, glass or aluminum. SiC.
  • One or both substrates may comprise one or more semiconducting base layers (in silicon in particular), covered or not with one or more thermal oxide layers, possibly having undergone stages of formation of electronic organs such as CMOS transistors.
  • Electrically conductive parts such as copper zones may also extend along the plane of one side of the substrate, between non-electrically conductive areas, depending on the thickness of the substrate (for example with vias opening on the surface of the substrate). face and connect to electrical parts of the other substrate).
  • the drawings do not represent the possible integrated members on one and / or the other of the substrates.
  • FIG. 1 illustrates a first substrate 1 having a first face 3 through which it is desired to assemble the first substrate 1 with a second substrate 5.
  • the first face 3 is directed along a main plane (here corresponding to the orientation defined by the xy plane of Figure 6) which does not exclude that the first face 3 has protrusions in salient or hollow form.
  • This is also the case with the presence of marks 2a, 2b serving as alignment marks.
  • the number of brands is not limited. Their shape and depth either. Typically, it will be possible to form two diametrically opposite marks near the wafer 4 of the first substrate 1. Other brands, for example secondary to different locations on the first side, may also be present.
  • marks 2a, 2b could equally well, in addition or alternatively to the case shown, be located on the face of the first substrate 1 opposite the first face 3.
  • FIG. 2 illustrates an embodiment of the second substrate 5. It may or may not also have electronic components, some of which may be visible at a first face 7 of the second substrate 5, this first face 7 being intended to be assembled with the first face 3 of the first substrate 1.
  • the second substrate 5 preferably comprises second marks 6a, 6a which may be made identically or differently than those of the first substrate 1. The latter may globally be identical or similar to the first substrate 1.
  • the first face of the second substrate 5 is oriented along a main plane (corresponding to the orientation defined by the xy plane of FIG. 6) adapted to be brought into contact with the first face 3 of the first substrate 1, these two faces 3, 7 being thus parallel.
  • the marks 2a, 2b of the first substrate 1 have locations which coincide ideally, in pairs, with the marks 6a, 6b of the second substrate 5 when the first faces 3, 7 of the first and second substrates 1, 3 are assembled.
  • the marks are produced by a lithography step, followed by an etching step.
  • the second substrate 5 has cavities 9 recessed relative to the face 7.
  • the cavity or cavities 9 advantageously extend along the first face 7 so as to open on at least one edge (preferably two edges) corresponding to the wafer 8 of the second substrate 5.
  • each cavity 9 opens at the same time on the first face 7 and on the edge 8 of the second substrate 5.
  • the illustration of FIG. 3 shows cavities extending rectilinearly. They can be parallel to each other. Indicative dimensions are ⁇ ⁇ wide for 50 ⁇ depth (along the z axis).
  • the design of the cavities may be different and more complex to take into account the electronic components present on each slice. For example, cavities can make turns to bypass components.
  • the substrates can be maintained by holding devices in the form of supports generally called "chuck" in English; the supports allow in particular the relative displacement of the substrates in the xy plane. They can also participate in the approximation of substrates along the z direction. These devices allow for example a applying the face of a substrate 1, 5 opposite to the first face 3, 7, by a suction circuit. If suction is stopped, hold is disabled.
  • the invention allows the relative good positioning and the assembly of the two substrates thus described.
  • One aspect of the invention consists in inserting, at the bonding interface of the substrates, a material allowing the substrates to be very closely brought together (possibly less than 0.1 m) and, preferably, then allowing align the substrates or optimize a first alignment.
  • An interlayer 1 1 is thus formed with this material in contact with the two faces 3, 7. It is the thickness of this layer of material which will define the separation distance between the first and second substrates 1, 5.
  • inserted material is such that it will then disappear to allow the assembly, preferably by direct bonding, to unfold. This elimination does not necessarily imply a complete elimination of the material of the layer 1 1.
  • this material may remain residual, particularly in the bottom of asperities on the surface of the faces of the substrates.
  • the elimination of the interlayer 1 1 therefore means that the deletion of the layer 1 1 itself, but residues from this layer does not prevent the contacting of the two faces 3, 7 are not not excluded, these residues no longer forming a layer.
  • Figure 4 illustrates the formation of the layer 1 1 maintaining the two substrates 1, 5 spaced apart.
  • the thickness of the layer 1 1 can be very small, for example less than 100 nm, or even less than 10 nm.
  • the layer 1 1 preferably covers the entirety of the first face 3 and the first face 7 or, if the substrates are of different sizes, the entire interface between the two substrates, namely their assembly area .
  • the layer 1 1 may be discontinuous in that it comprises several portions not completely covering the surface of the interface between the two substrates.
  • this embodiment can be produced when the material of the interlayer 1 1 is deposited in the form of several spaced drops on the surface of one of the substrates; it is possible in this case that the spreading of the drops does not produce a junction of the zones of the material thus deposited and / or a complete overlap of the bonding interface of the two substrates.
  • Different materials can be used for this layer 1 1.
  • solid phase materials under the process conditions are not excluded because they allow to maintain the desired space between the substrates, it is clearly preferred to use a fluid material, preferably in the liquid phase. Indeed, it is then possible to play on the viscosity of the material to move the substrates 1, 5 and adjust their alignment, using the marks 2a, 2b, 6a, 6b as benchmarks.
  • the shear stress that must be applied to enable displacement is advantageously quite low and the viscosity of the material is therefore preferably less than 100 Pa ⁇ s.
  • the material of the layer 1 1 will preferably be transparent respectively to infra-red or in the visible.
  • the material may be, for example, water, alcohol, or a solvent such as acetone. It may have a low angle of drop, for example less than 10 ° vis-à-vis the surface of at least one of the first and second faces 3, 7.
  • It may also be non-wetting and have a large drop angle , for example greater than 60 ° with respect to at least one of the first and second faces 3, 7, in order to modify the interaction with said surfaces and to optimize their parallelism. It is further desirable that the material employed is incompressible.
  • the capillarity may be sufficient to hold in place the interlayer 1 1. It is also possible to adjust the hydrophilic nature of the liquid relative to the surface of the first substrate 1 to optimize this retention.
  • the material is sufficiently viscous so that the alignment does not change leaving the substrates 1, 5 free with respect to each other, it is then possible not to maintain the substrates during that the interfacial material disappears.
  • cavities 9 previously described at the bonding interface and opening on the edge of the plates. In the case of the figures, only the substrate 5 comprises cavities 9 but in addition or alternatively, the first substrate 1 could comprise.
  • the evacuation velocity of the material of the intermediate layer can be adjusted according to, in particular, the number of cavities. For example, there may be a vaporization of the material and this vaporization will be all the more important that the cavity surface will be high.
  • the assembly can be carried out, preferably by direct bonding.
  • the substrates 1, 5 are then glued, thus sealing the alignment.
  • the joining step is performed from the first faces of the first and second substrates. Bonding mechanically secures and advantageously also produces electrical continuity between at least one member integrated in the first substrate 1 and another member integrated in the second substrate 5.
  • the direct bonding method allows direct bonding between substrates, requiring neither bonding material nor the need for significant heating or high pressure.
  • This technology is based on molecular adhesion phenomena between the atoms of the two opposite surfaces.
  • the bonding step is preferably followed by annealing.
  • the annealing has the advantage of reinforcing the bonding forces between the first substrate 1 and the second substrate 5.
  • the plate alignment control can be done at a very short distance and as the invention allows to maintain this alignment as the plates get closer, a very high accuracy can be achieved. It is thus possible to obtain misalignments of less than 100 nm.
  • Figure 5 illustrates the result of the bonding.
  • the faces 3, 7 are in contact and secured, the marks being well aligned thanks to the invention.
  • Figure 6 shows an example of alignment control prior to gluing.
  • the relative positioning step preferably comprises a step of matching the marks of the first substrate with the marks of the second substrate. Means in particular the cooperation of the projection, in a plane perpendicular to the thickness of the substrate, a mark of the first substrate with the projection, in a plane perpendicular to the thickness of the substrate, a mark the second substrate so that said projections co-operate by overlapping or interleaving.
  • optical transmission is meant the transmission of information transported by light waves through the substrates, at the level of the marks.
  • An optical transmission system has, for checking the alignment of two marks, two components: a light source (the optical transmitters 13a, 13b shown diagrammatically in FIG. 6) and a light detector (the optical receivers 12a, 12b shown diagrammatically in FIG. ).
  • the optical transmission and reception means are positioned so as to emit and respectively receive a signal perpendicular to the thickness of the first substrate 1 and through the thickness of the second substrate 2, and also through the thickness of the interlayer 1 1.
  • the optical transmission and reception means are positioned so as to emit and respectively receive a signal perpendicular to the thickness of the substrates, ie along the z axis of FIG. 6.
  • Two embodiments of the method of the invention are given below. The characteristics of these examples can be implemented separately and the aspects of two examples can be the subject of any combination between them to achieve the method of the invention.
  • two silicon-based substrates in particular 200 mm in diameter, having a resistivity p of, for example, between 1 and 50 ohm / cm and preferably having alignment marks on the front face (the faces 3 and 7 ) are cleaned, for example, with a solution of ozonated water containing 40 mg / l of ozone, with a solution of APM (ammonium peroxide mixture) with a concentration of ammonia, hydrogen peroxide, and deionized water respectively of 0.25 / 1/5 in volume proportions. Then the two substrates 1, 5 are dried in a dryer.
  • ozonated water containing 40 mg / l of ozone
  • APM ammonium peroxide mixture
  • a drop for example of water
  • a drop 10 which may be of a volume of 3.2 mm 3 for a first face of 200 mm, is then deposited in the center of the substrate below advantageously in a position such that the first face is horizontal.
  • This drop 10 may be single or not. It is preferably placed in the middle of the first face 3 of the first substrate 1. Then the substrates are brought together to spread the drop from the center and leave a liquid mattress with a thickness possibly of 100 nm between the substrates.
  • This approximation can be completely mechanical by at least one holding device, or simply by dropping, by gravity, the second substrate 5 on the first.
  • the alignment control can be done as in Figure 6 by infra-red.
  • the vacuum can be made around the substrates 1, 5 to remove the interlayer 1 1.
  • the alignment is checked and corrected if necessary.
  • alignment control is no longer needed. It is desirable to keep the substrates under vacuum until the direct bonding is effective over the entire surface.
  • An alternative may be to replace the vacuum with an anhydrous nitrogen atmosphere having a dew point temperature of less than -10 ° C or less than -85 ° C.
  • a substrate for example of silicon, having a diameter of 200 mm, with a resistivity p preferably of between 1 and 50 ohm / cm and having alignment marks advantageously on the front face and cavities 9, extending over the entire first face 7 of the second substrate 5 as in Figure 3, is cleaned with a solution such as an ozonated water solution having 40 mg / l of ozone, with a solution of APM (ammonium peroxide mixture) with a concentration of ammonia, hydrogen peroxide and deionized water respectively 0.25 / 1/5 in volume proportions.
  • a second substrate 5, for example size, material and identical marks is also used and cleaned. Then the two substrates 1, 5 are dried in a dryer.
  • the formation of the intermediate layer of the invention can be carried out in different ways.
  • One or more drops can be deposited firstly on one of the substrates.
  • the drop or drops are then spread.
  • one of the substrates preferably without cavities, is wet and a fast rotational movement makes it possible to obtain a liquid film of fine thickness, by example 100nm.
  • Spreading can also be produced or perfected by the contact of the other substrate, applying on the other side of the film to be formed.
  • the substrates are brought together until a liquid mattress having a thickness of, for example, 100 nm is obtained between the substrates 1, 5 as in FIG. 4.
  • This approximation can be completely mechanical or simply by dropping the second substrate 5 from above. on the first. It can advantageously be a combination of the two to spread the drop well from the center of the first face 3 towards the edges and then let gravitation finish the approximation by using the liquid mattress that is formed to ensure the physical separation of the substrates 1, 5 before the end of the alignment.
  • This alignment can take place during the reconciliation and after the latter or only once the substrates are very close to one another.
  • the alignment control can be done by infrared.
  • the open cavities 9 allow faster removal of this material. As long as the material is not removed and the direct bonding has not started, the alignment is checked and corrected if necessary. As soon as direct bonding is triggered, alignment control is no longer necessary, as in figure 5. On the other hand, it is desirable to keep the plates under vacuum until the direct bonding is effective on the 3.
  • a variant may be to replace the vacuum with an anhydrous nitrogen atmosphere having a dew point temperature of less than -10 ° C or less than -85 ° C.

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'une première face (3) d'un premier substrat (1) et d'une première face (7) d'un deuxième substrat (5), caractérisé en ce qu'il comprend : une formation d'une couche intercalaire (11) entre la première face (3) du premier substrat (1) et la première face (3) du deuxième substrat (5), la couche intercalaire (11) étant au contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5); une élimination de la couche intercalaire (11) et une mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5).

Description

"Procédé d'assemblage de substrats"
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention est relative à un procédé d'assemblage d'une première face d'un premier substrat et d'une première face d'un deuxième substrat. Elle concerne aussi un système microélectronique avec un premier et un deuxième substrats, ces substrats pouvant être assemblés grâce au procédé.
Un domaine de l'invention se situe dans l'intégration tridimensionnelle 3D pour des dispositifs électroniques et en particulier les dispositifs microélectroniques, le terme microélectronique incluant les nanotechnologies. Plus spécialement, cette invention s'applique notamment au collage direct de substrats par exemple en silicium présentant en surface des circuits microélectroniques. Au moins certains de ces circuits microélectroniques peuvent déboucher à la surface des substrats et un certain nombre seront connectés entre les deux surfaces collés afin d'obtenir une connexion électrique à travers l'interface de collage.
L'invention peut servir à la fabrication d'imageurs à technologie CMOS de type « back-side imagers (BSI) » encore appelés imageurs par face arrière, et en général, à l'intégration 3D avec empilements de transistors CMOS et/ou de mémoires.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
La course à la miniaturisation atteint des limitations physiques qui remettent en question l'approche planaire utilisée jusqu'à aujourd'hui. En effet, les faibles dimensions des nouveaux nœuds technologiques font apparaître des effets parasites autrefois négligeables et qui limite leur miniaturisation.
Parmi les procédés à l'étude figure une architecture à trois dimensions dite « intégration 3D », qui consiste à empiler verticalement des composants électroniques, en superposant des puces formées par exemple sur des substrats (ou plaques) les unes sur les autres et en établissant des connexions électriques verticales courtes entre ces composants, directement au travers des différentes couches. Le concept de l'intégration 3D permet de réaliser des dispositifs avec une multitude de fonctionnalités ainsi que de réduire drastiquement les longueurs des interconnexions augmentant ainsi les vitesses de communication entre les différents composants.
L'intégration 3D nécessite par contre de maîtriser les connexions électriques entre les différentes puces empilées verticalement. L'étape d'alignement des substrats à empiler est à ce sujet une étape primordiale pour obtenir de fortes densités d'interconnexions.
Il est connu d'utiliser une machine d'alignement pour aligner deux substrats. Il est possible alors d'obtenir des alignements autour du micromètre entre deux substrats de 200mm ou de 300mm de diamètre. Dans ce cadre, plusieurs techniques sont possibles. Des microscopes peuvent être insérés entre les deux substrats qui sont positionnés en regard l'un de l'autre (leurs faces à assembler s'étendant parallèlement) et, à l'aide de marques d'alignements, les deux substrats sont alignés dans les deux directions du plan de leurs faces à assembler. Ensuite, les microscopes sont retirés et les substrats sont rapprochés jusqu'à obtenir un contact qui déclenche le collage direct. Bien évidemment, ce rapprochement est difficilement contrôlable et un certain désalignement peut apparaître pendant ce mouvement, ce qui limite en général l'alignement à +-5μηη (microns). Les substrats sont alors collés et ne peuvent plus être déplacés l'un par rapport à l'autre dans le plan de l'interface à moins de provoquer au préalable un décollement en insérant un coin à l'interface de collage. Ce coin peut permettre de décoller les plaques mais, une fois décollées, l'alignement est perdu et il faut recommencer l'alignement.
Dans le cas de substrats transparents aux rayons infra rouge (ce qui est le cas du silicium non fortement dopé), il est possible d'utiliser une visualisation infra rouge pour aligner les deux substrats, dans le plan. Pas besoin ici d'insérer des microscopes entre les plaques. Le fait de ne pas avoir à rapprocher les plaques sur une grande distance après l'alignement permet de limiter de façon très importante le potentiel désalignement induit par le mouvement de rapprochement. Après le collage, grâce à l'infra-rouge, il est possible de vérifier l'alignement mais si ce dernier n'est pas bon, comme le collage direct a eu lieu, il faut décoller les plaques pour recommencer l'alignement en espérant obtenir un meilleur résultat.
Il est aussi possible d'utiliser une technique qui utilise des microscopes dans le visible pour aligner les substrats mais qui ne demandent pas de les rapprocher. En effet, il est possible de commencer par rapprocher très près (environ 100 μιτι) les substrats l'un de l'autre. Ensuite, on décale les substrats l'un après l'autre dans le plan pour visualiser l'emplacement des marques d'alignement ce qui permet d'aligner les substrats l'un par rapport à l'autre. Le rapprochement final restant n'est que de 100 μιτι environ. Avec cette technique, il est possible d'obtenir un alignement à +-1 μιτι ou même +-0.5μηη.
Ces différentes techniques permettent d'aligner deux substrats mais avec une précision encore perfectible. Il est possible de vérifier l'alignement obtenu mais il est nécessaire de décoller les substrats pour recommencer l'alignement si ce dernier n'est pas satisfaisant.
La présente invention permet de répondre au moins à certaines limitations de l'art antérieur. RESUME DE L'INVENTION
Un aspect de l'invention est relatif à un procédé d'assemblage d'une première face d'un premier substrat et d'une première face d'un deuxième substrat. Avantageusement, il comprend :
- une formation d'une couche intercalaire entre la première face du premier substrat et la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant au contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat ;
- une élimination de la couche intercalaire et, de ce fait, une mise en contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat.
L'invention concerne également suivant d'autres aspects un système microélectronique comprenant un premier substrat et un deuxième substrat, une première face de chacun des premier et deuxième substrats se faisant face, et une couche intercalaire entre la première face du premier substrat et la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant en contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant constituée d'un matériau sous forme liquide ayant, de préférence , une viscosité inférieure à 100 pascal. seconde à 20°C.
Un effet technique produit par la présente invention est de permettre le rapprochement avec un très faible écart, par exemple de moins de 0,1 μιτι, des deux faces par lesquelles l'assemblage est à réaliser de sorte à améliorer l'alignement final des substrats, donc potentiellement de diminuer la taille des organes électriques à connecter entre les deux substrats pour accroître la densité de composants électroniques et/ou fiabiliser le processus de mise en continuité électrique des deux substrats. Entre outre, et quel que soit l'écart entre les substrats, la couche intercalaire forme avantageusement un coussin fluidique de déplacement relatif des deux substrats dans un plan parallèle aux deux faces à assembler. Ce déplacement permet d'ajuster au mieux l'alignement. BREVE INTRODUCTION DES 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 illustre, en coupe, un exemple de réalisation d'un premier substrat utilisable selon l'invention, avec une goutte d'un liquide apte à former une couche intercalaire.
- La figure 2 montre un exemple, en coupe, de deuxième substrat.
- La figure 3 donne une vue de dessous, par sa première face, du deuxième substrat de la figure 2.
- La figure 4 illustre une étape du procédé de l'invention avec formation d'une couche intercalaire.
- La figure 5 présente une étape suivant celle de la figure 4.
- La figure 6 illustre un mode opératoire de contrôle de l'alignement des deux substrats grâce à l'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 et substrats peuvent ne pas être représentatives de la réalité. C'est le cas pour les marques permettant l'alignement des substrats ou encore des cavités apparentes au niveau du ou des substrats.
DESCRIPTION DETAILLEE
Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées suivant toute association ou alternativement.
Le procédé peut être, suivant ces caractéristiques optionnelles, tel que : - le matériau de la couche intercalaire présente une viscosité inférieure à 100 pascals. seconde à 20°C, de préférence inférieure à 1 pascal. seconde à 20°C ;
- au moins l'un parmi le premier substrat et le deuxième substrat comprend au niveau de sa première face une cavité débouchant sur ladite première face et sur une partie de tranche du substrat.
- la formation de la couche intermédiaire peut également consister en la formation d'un film obtenu par exemple par centrifugation.
- il est aussi possible de mettre plusieurs gouttes. Le matériau intercalaire n'a pas besoin d'être uniformément réparti.
- on forme un premier composant microélectronique sur le premier substrat et un deuxième composant sur le deuxième substrat, la mise en contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat étant configurée pour mettre en contact les premier et deuxième composants microélectroniques.
L'invention concerne l'assemblage de substrats qui s'entendent ici notamment de dispositifs électroniques, de préférence de dispositifs microélectroniques, sous forme de plaques (plus communément dénommée « wafer », en anglais), comprenant de préférence au moins une puce et/ou un organe électronique, par exemple un élément conducteur d'électricité, pour l'interconnexion notamment. Cependant, un substrat peut ne pas comporter d'organe ou composant électronique actif ou passif ; il peut par exemple s'agir d'une poignée servant, de manière transitoire, au report d'un substrat sur un autre. Le premier substrat se présente, préférentiellement, sous la forme d'une plaque, mais pourra également se présenter sous la forme d'un panneau. Le premier substrat peut comprendre une pluralité de couches. De préférence, les substrats sont à base d'un ou de matériaux non conducteurs ou peu conducteurs.
Les deux substrats employés ne sont pas forcément de même dimensions. Par exemple, l'une peut être une plaque comprenant une pluralité de puces et l'autre une puce unique, de sorte à opérer un report du type puce sur plaque (ou « chip on wafer » en anglais). Il s'entend que l'invention peut permettre d'empiler plus de deux substrats. Ils sont par exemple formés en un matériau à base de silicium (par exemple, en silicium poly-cristallin, ou silicium monocristallin, ou silicium sur isolant). La présente invention peut aussi s'appliquer à des substrats qui ne sont pas en silicium mais en matériau lll-V comme ΓΙηΡ, l'AsGa ou le GaN, ou en matériau comme le Germanium, le saphir, la silice, le verre ou le SiC.
L'un ou les deux substrats peuvent comporter une ou plusieurs couches de base semi-conductrices (en silicium notamment), recouvertes ou non d'une ou plusieurs couches d'oxyde thermique, ayant éventuellement subi des étapes de formation d'organes électroniques tels des transistors CMOS. Des parties électriquement conductrices telles des zones de cuivre peuvent aussi s'étendre suivant le plan d'une face du substrat, entre des zones non conductrices d'électricité, suivant l'épaisseur du substrat (par exemple avec des vias débouchant à la surface de la face et à connecter à des parties électriques de l'autre substrat). Les dessins ne représentent pas les éventuels organes intégrés sur l'un et/ou l'autre des substrats.
La figure 1 illustre un premier substrat 1 comportant une première face 3 par laquelle on souhaite assembler le premier substrat 1 avec un deuxième substrat 5. De préférence, la première face 3 est dirigée suivant un plan principal (correspondant ici à l'orientation définie par le plan xy de la figure 6) ce qui n'exclut pas que la première face 3 comporte des reliefs sous forme saillante ou en creux. C'est d'ailleurs le cas avec la présence de marques 2a, 2b servant de repères d'alignement. Le nombre de marques n'est pas limité. Leur forme et profondeur non plus. Typiquement, on pourra former deux marques diamétralement opposées à proximité de la tranche 4 du premier substrat 1 . D'autres marques, par exemple secondaires à différents endroits de la première face, peuvent aussi être présentes. En outre, des marques 2a, 2b pourraient tout aussi bien, en complément ou alternativement au cas représenté, être situées sur la face du premier substrat 1 opposée à la première face 3.
La figure 2 illustre un mode de réalisation du deuxième substrat 5. Il peut ou non présenter lui aussi des organes électroniques, dont certains peuvent être apparents au niveau d'une première face 7 du deuxième substrat 5, cette première face 7 étant destinée à être assemblée avec la première face 3 du premier substrat 1 . Le deuxième substrat 5 comporte de préférence des deuxièmes marques 6a, 6a qui peuvent être réalisées de manière identique ou non à celles du premier substrat 1 . Ce dernier peut globalement être identique ou similaire au premier substrat 1 . Avantageusement la première face du deuxième substrat 5 s'oriente suivant un plan principal (correspondant à l'orientation définie par le plan xy de la figure 6) apte à être mis au contact de la première face 3 du premier substrat 1 , ces deux faces 3, 7 étant ainsi parallèles.
De manière particulièrement avantageuse, les marques 2a, 2b du premier substrat 1 ont des emplacements qui coïncident idéalement, deux à deux, avec les marques 6a, 6b du deuxième substrat 5 lorsque les premières faces 3, 7 des premier et deuxième substrats 1 , 3 sont assemblées.
Selon un mode de réalisation préféré, on réalise les marques par une étape de lithographie, suivie d'une étape de gravure.
Dans le cas représenté, de façon non limitative, le deuxième substrat 5 comporte des cavités 9 en creux relativement à la face 7. Une seule cavité pourrait être formée. La ou les cavités 9 s'étendent avantageusement suivant la première face 7 de sorte à déboucher sur au moins un bord (de préférence deux bords) correspondant à la tranche 8 du deuxième substrat 5. Ainsi, chaque cavité 9 débouche à la fois sur la première face 7 et sur la tranche 8 du deuxième substrat 5. De façon indicative, l'illustration de la figure 3 montre des cavités s'étendant de manière rectiligne. Elles peuvent être parallèles entre- elles. Des dimensions indicatives sont Ι ΟΌμιτι de large pour 50μηη de profondeur (suivant l'axe z). Bien évidemment le design des cavités peut être différents et plus complexe pour tenir compte des composants électroniques présents sur chaque tranche. Par exemple, les cavités peuvent opérer des virages pour contourner les composants.
De manière conventionnelle, les substrats peuvent être maintenus par des dispositifs de maintien sous forme de supports généralement appelés « chuck » en anglais ; les supports permettent notamment le déplacement relatif des substrats dans le plan xy. Ils peuvent aussi participer au rapprochement des substrats suivant la direction z. Ces dispositifs permettent par exemple une application de la face d'un substrat 1 , 5 opposée à la première face 3, 7, par un circuit d'aspiration. Si l'aspiration est stoppée, le maintien est désactivé.
L'invention permet le bon positionnement relatif puis l'assemblage des deux substrats ainsi décrits. Un aspect de l'invention consiste pour ce faire à insérer, à l'interface de collage des substrats, un matériau permettant de de rapprocher de façon très importante (possiblement à moins de 0.1 m) les substrats et, de préférence, permettant ensuite d'aligner les substrats ou d'optimiser un premier alignement. Une couche intercalaire 1 1 est ainsi formée avec ce matériau en contact avec les deux faces 3, 7. C'est l'épaisseur de cette couche de matériau qui va définir la distance de séparation entre les premier et deuxième substrats 1 , 5. Le matériau inséré est tel qu'il va disparaître ensuite pour permettre à l'assemblage, de préférence par collage direct, de se dérouler. Cette élimination n'implique pas obligatoirement une élimination complète du matériau de la couche 1 1 . En effet, et particulièrement lorsqu'il s'agit d'eau, notamment lors d'un collage hydrophile, ce matériau peut subsister de manière résiduelle, en particulier dans le fond d'aspérités en surface des faces des substrats. L'élimination de la couche intercalaire 1 1 s'entend donc comme de la suppression de la couche 1 1 en elle-même, mais des résidus issus de cette couche n'empêchant pas la mise en contact des deux faces 3, 7 ne sont pas exclus, ces résidus ne formant plus une couche.
La figure 4 illustre la formation de la couche 1 1 maintenant les deux substrats 1 , 5 espacés. L'épaisseur de la couche 1 1 peut être très faible, par exemple inférieure à 100 nm, ou même inférieure à 10 nm. La couche 1 1 couvre de préférence l'intégralité de la première face 3 et de la première face 7 ou, si les substrats sont de tailles différentes, l'intégralité de l'interface entre les deux substrats, à savoir leur zone d'assemblage. En alternative, la couche 1 1 peut être discontinue en ce sens qu'elle comprend plusieurs portions ne couvrant pas totalement la surface de l'interface entre les deux substrats. Par exemple, cette réalisation peut être produite lorsque le matériau de la couche intercalaire 1 1 est déposé sous forme de plusieurs gouttes espacées sur la surface d'un des substrats ; il se peut dans ce cas que l'étalement des gouttes ne produise pas une jonction des zones du matériau ainsi déposé et/ ou un recouvrement complet de l'interface de collage des deux substrats. Différents matériaux peuvent être employés pour cette couche 1 1 . Bien que des matériaux en phase solide dans les conditions de mise en œuvre du procédé ne soient pas exclus, car ils permettent de maintenir l'espace souhaité entre les substrats, il est nettement préféré d'employer un matériau fluide, avantageusement en phase liquide. En effet, il est alors possible de jouer sur la viscosité du matériau pour déplacer les substrats 1 , 5 et ajuster leur alignement, en employant les marques 2a, 2b, 6a, 6b comme repères. La contrainte de cisaillement qu'il faut appliquer pour permettre le déplacement est avantageusement assez faible et la viscosité du matériau est de ce fait de préférence inférieure à 100 Pa.s. Dans le cas d'une visualisation des marques par transmission optique au travers des substrats, notamment par rayons infrarouge ou par la microscopie classique par exemple en ayant pris soin de reporter les marques d'alignement en face arrière des substrats ou utilisant des substrats transparents, le matériau de la couche 1 1 sera préférentiellement transparent respectivement aux infra-rouge ou dans le visible. Le matériau peut être par exemple de l'eau, de l'alcool, ou un solvant comme l'acétone. Il peut présenter un angle de goutte faible, par exemple inférieur à 10° vis-à-vis de la surface d'au moins une des première et deuxième faces 3, 7. Il peut aussi être non mouillant et présenter un angle de goutte important, par exemple supérieur à 60° vis-à-vis d'au moins une des première et deuxième faces 3, 7, afin de modifier l'interaction avec lesdites surfaces et optimiser leur parallélisme. Il est de plus souhaitable que le matériau employé soit incompressible.
Lors de la phase de réglage de l'alignement, la capillarité peut suffire à maintenir en place la couche intercalaire 1 1 . On peut en outre ajuster le caractère hydrophile du liquide relativement à la surface du premier substrat 1 pour optimiser cette rétention.
Une fois le bon alignement obtenu, si le matériau est suffisamment visqueux pour que l'alignement ne change pas en laissant les substrats 1 , 5 libres l'un par rapport à l'autre, il est alors possible de ne pas maintenir les substrats pendant que le matériau interfacial disparait. Dans le cas contraire, il est préférable de maintenir l'alignement de substrats 1 , 5 pendant que le matériau interfacial disparait. Pour faire disparaître le matériau de cette couche 1 1 , il est possible de le laisser s'évaporer à température et pression ambiante si sa pression de vapeur est suffisante. Il est possible d'augmenter cette évaporation en réduisant la pression totale autour des substrats ou en réduisant simplement la pression partielle du matériau (une atmosphère anhydre dans le cas où le matériau intercalaire est de l'eau par exemple). Il est aussi possible d'augmenter la température. Afin de faciliter la disparition de ce matériau il est aussi possible d'employer des cavités 9 précédemment décrites, à l'interface de collage et débouchant sur le bord des plaques. Dans le cas des figures, seul le substrat 5 comprend des cavités 9 mais en complément ou alternativement, le premier substrat 1 pourrait en comporter.
Il est éventuellement possible de corriger l'alignement au fur et à mesure que le matériau disparait ce qui permet de corriger l'alignement alors que les substrats 1 , 5 sont de plus en plus proche l'un de l'autre.
La vitesse d'évacuation du matériau de la couche intercalaire peut être ajustée selon, notamment, le nombre de cavités. Il peut par exemple s'y produire une vaporisation du matériau et cette vaporisation sera d'autant plus importante que la surface de cavité sera élevée.
Dès que la couche de matériau a disparu de préférence sans résidu de son matériau, l'assemblage peut être mené à bien, de préférence par collage direct. Les substrats 1 , 5 sont alors collés, scellant ainsi l'alignement. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de solidarisation s'effectue à partir des premières faces des premier et deuxième substrats. Le collage réalise une solidarisation mécanique et produit avantageusement aussi une continuité électrique entre au moins un organe intégré dans le premier substrat 1 et un autre organe intégré dans le deuxième substrat 5.
La méthode du collage direct ou « direct bonding » en anglais permet le collage direct entre substrats, ne nécessitant ni matériau de collage, ni besoin de chauffage important, ni pression élevée. Cette technologie est basée sur des phénomènes d'adhésion moléculaire entre les atomes des deux surfaces en regard. L'étape de collage est, de préférence, suivie d'un recuit. Le recuit a l'avantage de renforcer les forces de collage entre le premier substrat 1 et le deuxième substrat 5.
Comme le contrôle de l'alignement des plaques peut être fait à de très faible distance et comme l'invention permet de maintenir cet alignement au fur et à mesure que les plaques se rapprochent, une très forte précision peut être atteinte. Il est ainsi possible d'obtenir des désalignements inférieurs à 100nm.
La figure 5 illustre le résultat du collage. Les faces 3, 7 sont au contact et solidaires, les marques étant bien alignées grâce à l'invention.
La figure 6 montre un exemple de contrôle de l'alignement préalablement au collage. L'étape de positionnement relatif comprend, à titre préféré, une étape de mise en correspondance des marques du premier substrat avec les marques du deuxième substrat. On entend par mise en correspondance notamment la coopération de la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat, d'une marque du premier substrat avec la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat, d'une marque du deuxième substrat de sorte à ce que lesdites projections coopèrent par superposition ou par imbrication.
De manière particulièrement avantageuse, on effectue une détection de la mise en correspondance par transmission optique au travers des substrats superposés. On entend par transmission optique, la transmission d'une information transportée par des ondes lumineuses au travers des substrats, au niveau des marques. Un système de transmission optique possède, pour vérifier l'alignement deux marques, deux composants: une source de lumière (les émetteurs optiques 13a, 13b schématisés en figure 6) et un détecteur de lumière (les récepteurs optiques 12a, 12b schématisés en figure 6). Les moyens d'émission et de réception optiques sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur du premier substrat 1 et au travers de l'épaisseur du deuxième substrat 2, et aussi au travers de l'épaisseur de la couche intercalaire 1 1 . Dans ce mode de réalisation, les moyens d'émission et de réception optiques sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur des substrats, soit suivant l'axe z de la figure 6. On donne ci-après deux exemples de réalisation du procédé de l'invention. Les caractéristiques de ces exemples peuvent être mises en œuvre séparément et les aspects de deux exemples peuvent faire l'objet de toutes combinaisons entre eux pour réaliser le procédé de l'invention.
Dans un premier exemple, deux substrats à base de silicium, notamment de 200 mm de diamètre, de résistivité p comprise par exemple entre 1 et 50 Ohm/cm et présentant de préférence des marques d'alignement en face avant (les faces 3 et 7) sont nettoyés par exemple par une solution d'eau ozonée présentant 40mg/l d'ozone, par une solution d'APM (ammonium peroxyde mixture) avec une concentration en ammoniaque, eau oxygénée, et eau désionisée respectivement de 0.25/1/5 en proportions volumiques. Ensuite les deux substrats 1 , 5 sont séchés dans un sécheur.
Pour former la couche intercalaire 1 1 , une goutte (par exemple d'eau), pouvant être d'un volume de 3.2mm3 pour une première face de 200 mm, est alors déposée au centre du substrat du dessous avantageusement en positon telle que la première face soit à l'horizontale. Cela est représenté en figure 1 avec une goutte 10. Cette goutte 10 peut être unique ou non. Elle est de préférence placée au milieu de la première face 3 du premier substrat 1 . Ensuite les substrats sont rapprochés pour étaler la goutte depuis le centre et laisser un matelas liquide d'une épaisseur possiblement de 100nm entre les substrats. Ce rapprochement peut être complètement mécanique par au moins un dispositif de maintien, ou réalisé simplement en laissant tomber, par gravité, le deuxième substrat 5 sur le premier. Il peut avantageusement être une combinaison des deux pour bien étaler la goutte depuis le centre du substrat 1 vers les bords et ensuite laisser la gravitation finir le rapprochement en utilisant le matelas de liquide qui se forme pour garantir la séparation physique des substrats avant la fin de l'alignement. Cet alignement peut avoir lieu pendant le rapprochement et après ce dernier ou seulement une fois que les faces 3, 7 sont très proches l'une de l'autre. Le contrôle de l'alignement peut se faire comme sur la figure 6 par infra-rouge. Une fois l'alignement effectué, le vide peut être réalisé autour des substrats 1 , 5 pour retirer la couche intercalaire 1 1 . Tant que le matériau de la couche 1 1 n'est pas retiré et que le collage direct ne s'est pas enclenché, l'alignement est contrôlé et corrigé si besoin. Dès que le collage direct est déclenché, le contrôle de l'alignement n'est plus nécessaire. Il est souhaitable de maintenir les substrats sous vide tant que le collage direct n'est pas effectif sur l'ensemble de la surface. Une variante peut consister à remplacer le vide par une atmosphère d'azote anhydre ayant une température de point de rosée inférieure à -10°C ou inférieure à -85°C.
Suivant un deuxième exemple, un substrat par exemple de silicium et de 200mm de diamètre, de résistivité p comprise de préférence entre 1 et 50 Ohm/cm et présentant des marques d'alignement avantageusement en face avant et des cavités 9, s'étendant sur toute la première face 7 du deuxième substrat 5 comme sur la figure 3, est nettoyé par une solution telle qu'une solution d'eau ozonée présentant 40mg/l d'ozone, par une solution d'APM (ammonium peroxyde mixture) avec une concentration en ammoniaque, eau oxygénée, et eau désionisée respectivement de 0.25/1/5 en proportions volumiques. Un deuxième substrat 5, par exemple de taille, matériau et marques identiques est aussi employé et nettoyé. Ensuite les deux substrats 1 , 5 sont séchés dans un sécheur.
D'une façon générale, la formation de la couche intercalaire de l'invention peut s'opérer de différentes manières. On peut d'abord déposer une ou plusieurs gouttes réparties sur l'un des substrats. La ou les gouttes sont ensuite étalées. Suivant une possibilité applicable à l'exemple ici donné, pour former le film d'eau intercalaire, un des substrats, de préférence sans cavités, est mouillé et un mouvement de rotation rapide permet d'obtenir un film liquide d'épaisseur fine, par exemple 100nm. L'étalement peut aussi être produit ou parfait par le contact de l'autre substrat, s'appliquant de l'autre côté du film à former.
Ensuite les substrats sont rapprochées jusqu'à obtenir un matelas liquide d'une épaisseur par exemple de 100nm entre les substrats 1 , 5 comme sur la figure 4. Ce rapprochement peut être complètement mécanique ou réalisé simplement en laissant tomber le deuxième substrat 5 du dessus sur le premier. Il peut avantageusement être une combinaison des deux pour bien étaler la goutte depuis le centre de la première face 3 vers les bords et ensuite laisser la gravitation finir le rapprochement en utilisant le matelas de liquide qui se forme pour garantir la séparation physique des substrats 1 , 5 avant la fin de l'alignement. Cet alignement peut avoir lieu pendant le rapprochement et après ce dernier ou seulement une fois que les substrats sont très proches l'un de l'autre. Le contrôle de l'alignement peut se faire par infrarouge. Une fois l'alignement effectué, le vide est avantageusement réalisé autour des plaques pour retirer le matériau de la couche intercalaire. Les cavités 9 débouchantes permettent un retrait plus rapide de ce matériau. Tant que le matériau n'est pas retiré et que le collage direct ne s'est pas enclenché, l'alignement est contrôlé et corrigé si besoin. Dès que le collage direct est déclenché, le contrôle de l'alignement n'est plus nécessaire, comme en figure 5. En revanche, il est souhaitable de maintenir les plaques sous vide tant que le collage direct n'est pas effectif sur l'ensemble de la surface des faces 3, 7. Une variante peut consister à remplacer le vide par une atmosphère d'azote anhydre ayant une température de point de rosée inférieure à -10°C ou inférieure à -85°C.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'assemblage d'une première face (3) d'un premier substrat (1 ) et d'une première face (7) d'un deuxième substrat (5), caractérisé en ce qu'il comprend :
- une formation d'une couche intercalaire (1 1 ) entre la première face (3) du premier substrat (1 ) et la première face (3) du deuxième substrat (5), la couche intercalaire (1 1 ) étant au contact de la première face (3) du premier substrat (1 ) et de la première face (7) du deuxième substrat (5);
- une élimination de la couche intercalaire (1 1 ) entraînant une mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1 ) et de la première face (7) du deuxième substrat (5).
2. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel on effectue un contrôle de l'alignement des premier et deuxième substrats (1 , 5) avant et/ou pendant l'élimination de la couche intercalaire (1 1 ).
3. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le contrôle de l'alignement comprend une modification de la position relative des premier et deuxième substrats suivant un plan parallèle aux premières faces des premier et deuxième substrats.
4. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élimination de la couche intercalaire (1 1 ) comprend une évaporation du matériau de ladite couche intercalaire (1 1 ).
5. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élimination de la couche intercalaire (1 1 ) comprend une évacuation du matériau de ladite couche intercalaire (1 1 ) en dehors des premières faces (3,7) des premier et deuxième substrats (1 ,5).
6. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel l'évacuation comprend la formation d'un vide autour des premier et deuxième substrats (1 ,5).
7. Procédé d'assemblage selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel l'évacuation est opérée au moins en partie via au moins une cavité (9) débouchant à la surface de la première face d'au moins l'un parmi le premier et le deuxième substrats (1 ,5).
8. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel la au moins une cavité (9) est formée de manière à déboucher sur une partie de tranche du substrat (1 ,5).
9. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de mise en contact est configurée pour produire un collage direct entre les premières faces (3,7).
10. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire est incompressible.
1 1 . Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (1 1 ) est un liquide.
12. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (1 1 ) présente une viscosité inférieure à 1 pascal. seconde à 20°C.
13. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (1 1 ) est choisi parmi l'eau, un solvant notamment de l'acétone, un alcool.
14. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche intercalaire (1 1 ) est choisie avec une épaisseur inférieure à 100 nm.
15. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la formation de la couche intercalaire (1 1 ) comprend un dépôt d'au moins une goutte (10) d'un matériau destiné à former la couche intercalaire (1 1 ) sur le premier substrat (1 ).
16. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel une goutte (10) est déposée au centre de la première face (3) du premier substrat
(1 )-
17. Procédé d'assemblage selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel la formation de la couche intercalaire (1 1 ) comprend un étalement de la au moins une goutte par une mise en rotation du premier substrat (1 ) suivant un axe dirigé suivant son épaisseur.
18. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel la formation de la couche intercalaire comprend un rapprochement relatif des premier et deuxième substrats (1 ,5) configuré pour étaler la au moins une goutte (10) sur les premières faces (3,7) des premier et deuxième substrats (1 ,5).
19. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le rapprochement relatif est opéré, sur au moins une partie finale de sa course, par descente gravitaire du deuxième substrat (5) vers le premier substrat (1 ).
20. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la descente gravitaire est opérée en libérant le deuxième substrat (5) de l'emprise d'un dispositif de maintien.
21 . Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, après le rapprochement relatif, on réactive l'emprise du dispositif de maintien sur le deuxième substrat (5).
22. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on forme au moins un composant microélectronique sur au moins l'un parmi le premier substrat (1 ) et le deuxième substrat (5).
23. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel on forme un premier composant microélectronique sur le premier substrat (1 ) et un deuxième composant sur le deuxième substrat (5), la mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1 ) et de la première face (3) du deuxième substrat (5) étant configurée pour mettre en contact les premier et deuxième composants microélectroniques.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020007960A1 (fr) * 2018-07-04 2020-01-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique et son procede de realisation
KR20230170131A (ko) * 2016-12-23 2023-12-18 더 보드 오브 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 무아레 기반 측정법과 진공 기반 취출 및 거치법을 사용하는 콤팩트 디바이스들 상의 구성소자들의 혼종 집적

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4962062A (en) * 1987-09-11 1990-10-09 Nissan Motor Company, Limited Method of tightly joining two semiconductor substrates
EP0603849A2 (fr) * 1992-12-25 1994-06-29 Canon Kabushiki Kaisha Procédé pour fabriquer un substrat semi-conducteur utilisant un procédé de bonding, et substrat semi-conducteur fabriqué par ce procédé
DE19648501A1 (de) * 1996-11-22 1998-05-28 Max Planck Gesellschaft Verfahren für die lösbare Verbindung und anschließende Trennung reversibel gebondeter und polierter Scheiben sowie eine Waferstruktur und Wafer
US6242817B1 (en) * 1998-12-28 2001-06-05 Eastman Kodak Company Fabricated wafer for integration in a wafer structure
EP1564804A1 (fr) * 2004-02-13 2005-08-17 Erich Dipl.-Ing. Thallner Un appareil et un procédé pour joindre des wafers
WO2013097894A1 (fr) * 2011-12-28 2013-07-04 Ev Group E. Thallner Gmbh Procédé et dispositif pour lier des substrats

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4962062A (en) * 1987-09-11 1990-10-09 Nissan Motor Company, Limited Method of tightly joining two semiconductor substrates
EP0603849A2 (fr) * 1992-12-25 1994-06-29 Canon Kabushiki Kaisha Procédé pour fabriquer un substrat semi-conducteur utilisant un procédé de bonding, et substrat semi-conducteur fabriqué par ce procédé
DE19648501A1 (de) * 1996-11-22 1998-05-28 Max Planck Gesellschaft Verfahren für die lösbare Verbindung und anschließende Trennung reversibel gebondeter und polierter Scheiben sowie eine Waferstruktur und Wafer
US6242817B1 (en) * 1998-12-28 2001-06-05 Eastman Kodak Company Fabricated wafer for integration in a wafer structure
EP1564804A1 (fr) * 2004-02-13 2005-08-17 Erich Dipl.-Ing. Thallner Un appareil et un procédé pour joindre des wafers
WO2013097894A1 (fr) * 2011-12-28 2013-07-04 Ev Group E. Thallner Gmbh Procédé et dispositif pour lier des substrats

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHIMBO M ET AL: "SILICON-TO-SILICON DIRECT BONDING METHOD", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, US, vol. 60, no. 8, 15 October 1986 (1986-10-15), pages 2987 - 2989, XP000654275, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.337750 *
V MASTEIKA ET AL: "A Review of Hydrophilic Silicon Wafer Bonding", ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY, 1 January 2014 (2014-01-01), pages 42 - 54, XP055276742, Retrieved from the Internet <URL:http://jss.ecsdl.org/content/3/4/Q42.full.pdf> DOI: 10.1149/2.007403jss] *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230170131A (ko) * 2016-12-23 2023-12-18 더 보드 오브 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 무아레 기반 측정법과 진공 기반 취출 및 거치법을 사용하는 콤팩트 디바이스들 상의 구성소자들의 혼종 집적
KR102821119B1 (ko) 2016-12-23 2025-06-16 더 보드 오브 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 텍사스 시스템 무아레 기반 측정법과 진공 기반 취출 및 거치법을 사용하는 콤팩트 디바이스들 상의 구성소자들의 혼종 집적
WO2020007960A1 (fr) * 2018-07-04 2020-01-09 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif electronique et son procede de realisation
FR3083643A1 (fr) * 2018-07-04 2020-01-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de realisation d'un dispositif electronique

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