FR2976720A1 - Procede de connexion electrique entre des elements d'une structure integree tridimensionnelle, et dispositif correspondant - Google Patents
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Abstract
Dispositif de liaison pour structure intégrée tridimensionnelle, comprenant au moins un module (MD) ayant une première face d'extrémité (FAX1) destinée à être en regard d'un premier élément de la structure et une deuxième face d'extrémité (FAX2) destinée à être placée en regard d'un deuxième élément de la structure, les deux faces d'extrémité étant sensiblement parallèles et le module comportant au moins un substrat (SB1, SB2, SB3) ayant une face (FS1, FS2, FS3) sensiblement perpendiculaire auxdites deux faces d'extrémité et supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation au dessus de ladite face et enrobé dans une région isolante, ledit motif électriquement conducteur (MTF1, MTF2, MTF3) comportant au moins une première partie d'extrémité débouchant sur la première face d'extrémité et au moins une deuxième partie d'extrémité débouchant sur la deuxième face d'extrémité et reliée à ladite première partie d'extrémité.
Description
B10-5459FR 1 Procédé de connexion électrique entre des éléments d'une structure intégrée tridimensionnelle, et dispositif correspondant
L'invention concerne la microélectronique, notamment les plateformes technologiques tridimensionnelles, et plus particulièrement mais non limitativement les interconnexions électriques à travers un substrat de silicium, par exemple celles réalisées à travers un interposeur en silicium pour la réalisation de structures intégrées tridimensionnelles.
L'interconnexion verticale est un défi majeur dans la technologie tridimensionnelle. Actuellement ces interconnexions électriques verticales sont réalisés dans le silicium par des liaisons ou vias traversants, communément désignées par l'homme du métier sous l'acronyme anglosaxon TSV (Through Silicon Via).
La réalisation de ces vias traversants TSV soulève de nombreux problèmes relatifs notamment à leur remplissage (par exemple avec du cuivre) à la mise en oeuvre d'une couche barrière et d'isolation. Afin d'atteindre des densités de TSV satisfaisantes, leur facteur de forme (rapport hauteur/diamètre) tend à être augmenté. Cela conduit généralement à l'utilisation de plaquettes semiconductrices amincies, typiquement d'une épaisseur inférieure à 120 microns. Ceci pose des problèmes de préhension et des contraintes lors de la fabrication. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé une forme technologique tridimensionnelle s'affranchissant de l'utilisation de vias du type TSV pour l'interconnexion électrique verticale entre différents éléments. Selon un aspect, il est ainsi proposé un procédé de connexion électrique entre au moins un premier élément et un deuxième élément d'une structure intégrée tridimensionnelle, ce procédé comprenant une réalisation d'un dispositif de liaison, par exemple un interposeur, comportant au moins un module ayant une première face d'extrémité et une deuxième face d'extrémité sensiblement parallèles, ledit module comportant au moins un substrat ayant une face sensiblement perpendiculaire auxdites deux faces d'extrémité, et supportant un motif électriquement conducteur réalisé dans au moins un niveau de métallisation au dessus de ladite face et enrobé dans une région isolante. Le motif électriquement conducteur peut ainsi comporter des lignes métalliques, avantageusement réalisées par les mêmes techniques que celles utilisées pour la réalisation de la partie d'interconnexion (connue par l'homme du métier sous l'acronyme anglosaxon de « BEOL : Back End Of Line ») d'un circuit intégré. Le motif électriquement conducteur comporte au moins une première partie d'extrémité débouchant sur la première face d'extrémité et au moins une deuxième partie d'extrémité débouchant sur la deuxième face d'extrémité, cette deuxième partie d'extrémité étant reliée à la première partie d'extrémité; le procédé comporte encore une réalisation d'une connexion électrique entre le dispositif de liaison et lesdits éléments comportant au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité et le premier élément et au moins une connexion électrique entre ladite deuxième partie d'extrémité et le deuxième élément. Généralement la réalisation de ladite connexion électrique comprend un positionnement relatif du dispositif de liaison et des deux éléments de façon à placer ladite première face d'extrémité dudit au moins un module en regard d'une face du premier élément et la deuxième face d'extrémité dudit au moins un module en regard d'une face du deuxième élément.
Selon une première variante, il est possible de réaliser ladite au moins une première partie d'extrémité débouchante et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité débouchante avant ledit positionnement. Cela étant, afin de faciliter l'étape ultérieure de découpe, il est préférable de protéger les parties d'extrémité pendant la positionnement. C'est pourquoi selon une autre variante la réalisation de ladite au moins une première partie d'extrémité débouchante et de ladite au moins une deuxième partie d'extrémité débouchante comportent avantageusement des opérations effectuées avant ledit positionnement et des opérations effectuées après ledit positionnement. Plus précisément, selon un mode de mise en oeuvre préféré, la réalisation du dispositif de liaison comprend une réalisation d'un dispositif intermédiaire dans lequel ladite au moins une première partie d'extrémité et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité sont respectivement recouverte d'une couche de protection, un positionnement du dispositif intermédiaire de façon à placer ladite première face d'extrémité recouverte de sa couche de protection en regard d'une face du premier élément et la deuxième face d'extrémité recouverte de sa couche de protection en regard d'une face du deuxième élément, et après positionnement du dispositif intermédiaire, une mise à nues, par exemple par gravure ou polissage mécano-chimique, de ladite au moins une première partie d'extrémité et de ladite au moins une deuxième partie d'extrémité de façon à faire déboucher ces parties d'extrémité sur leur face d'extrémité respective. En fait, quelle que soit la variante, les vias TSV traditionnels sont ici remplacés par un motif électriquement conducteur, par exemple des lignes métalliques pouvant avoir différentes formes et dimensions. La connexion électrique entre les différents éléments s'opère alors par l'intermédiaire des extrémités de ces lignes. I1 devient ainsi possible d'avoir un pas entre les différentes liaisons électriques verticales extrêmement fin, relié à la finesse de gravure de la technologie utilisée, et qu'il n'était pas possible d'obtenir avec des TSV classiques. On peut également obtenir un facteur de forme extrêmement élevé pour ces liaisons électriques, typiquement supérieur à 200, et ce, sans avoir de problème de formation et de remplissage d'orifice comme c'était le cas dans la réalisation de vias traversants classiques. Des matériaux hétérogènes peuvent être facilement utilisés pour la réalisation du motif électriquement conducteur.
Par ailleurs, il devient aisé de réaliser des liaisons verticales incorporant par exemple différents types de composants tels que des composants passifs. Selon un mode de mise en oeuvre, lorsque le dispositif de liaison et lesdits éléments sont destinés à être empilés selon une direction générale d'empilement, par exemple la direction verticale, le motif électriquement conducteur est réalisé sur ledit au moins un substrat qui s'étend dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction générale d'empilement, c'est-à-dire le plan horizontal ; le positionnement du dispositif de liaison comprend alors une rotation du dispositif de liaison, par exemple d'un quart de tour, de façon à positionner la première face d'extrémité sensiblement parallèlement à la première face du premier élément, et à positionner la deuxième face d'extrémité du module sensiblement parallèlement à la deuxième face du deuxième élément. En d'autres termes, le ou les motifs sont réalisés de façon classique sur un substrat placé horizontalement. I1 est proposé lors de l'étape d'assemblage/placement, de faire subir aux modules ainsi formés une étape de rotation à 90°. Par conséquent, les lignes métalliques horizontales deviennent de facto des liaisons électriques verticales. Cette étape peut être développées et incluse dans les fonctionnalités offertes par un équipement dit de « flip chip bonding » industriel. Comme indiqué précédemment, le motif électriquement conducteur peut comporter des éléments de forme quelconque. Cela étant, généralement, le motif électriquement conducteur comprend notamment des lignes métalliques. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre, la réalisation dudit motif électriquement conducteur comprend une réalisation au sein dudit au moins un niveau de métallisation d'un ensemble de lignes métalliques, dont certaines au moins d'entre elles débouchent sur ladite première face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite première partie d'extrémité, et sur ladite deuxième face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite deuxième partie d'extrémité. Cela étant, la réalisation dudit motif électriquement conducteur peut comprendre également une réalisation sur ladite face du substrat, de plusieurs niveaux de métallisation sensiblement parallèles mutuellement séparés par des régions isolantes, chaque niveau de métallisation comportant un ensemble de lignes métalliques dont certaines au moins d'entre elles débouchent sur ladite première face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite première partie d'extrémité et sur ladite deuxième face d'extrémité pour former au moins une portion de la deuxième partie d'extrémité. Les lignes métalliques réalisées sur un niveau de métallisation peuvent être totalement isolées des lignes métalliques réalisées sur un autre niveau de métallisation.
En variante, il est possible que certaines au moins des lignes d'un niveau de métallisation soient connectées à certaines lignes d'autres niveaux de métallisation en fonction de la topographie de la liaison électrique verticale finale souhaitée. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre, la réalisation dudit motif électriquement conducteur comprend une réalisation d'au moins un trou d'interconnexion électriquement conducteur (ou via) entre une ligne métallique de l'un des niveaux de métallisation et une ligne métallique d'un autre niveau de métallisation. Ces lignes et ces vias peuvent être réalisés de façon classique, par exemple par un procédé du type double damascène, bien connu de l'homme du métier. Alors qu'une ligne métallique peut s'étendre entre la première partie d'extrémité du module et la deuxième partie d'extrémité du module, il est également possible que certaines des lignes métalliques soient destinées à relier deux endroits différents d'une même partie d'extrémité. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre, la réalisation du motif électriquement conducteur comprend une réalisation au sein d'au moins un niveau de métallisation d'un ensemble de lignes métalliques dont au moins l'une d'entre elles débouche en deux endroits différents sur l'une des deux faces d'extrémité, de façon à former respectivement au moins une portion de ladite première ou de la deuxième partie d'extrémité.
De façon à avoir un module plus épais, il est également possible que la réalisation dudit au moins un module comprenne une réalisation de plusieurs blocs élémentaires comportant chacun un substrat supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation, et un empilement de ces blocs élémentaires, et la réalisation de la connexion électrique entre le dispositif de liaison et lesdits éléments comporte au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité de chaque motif et le premier élément, et au moins une connexion électrique entre ladite deuxième partie d'extrémité de chaque motif et le deuxième élément. Ainsi, par exemple, chaque bloc élémentaire comporte un substrat, de préférence aminci, supportant un ou plusieurs niveaux de métallisation, puis les différents blocs élémentaires sont assemblés, par exemple par collage, de façon à former le module.
On peut ainsi augmenter la densité de liaison électrique verticale. En pratique, selon un mode de mise en oeuvre, la réalisation desdits modules comprend une réalisation d'un ensemble comportant lesdits modules solidarisés et un découpage dudit ensemble entre lesdits modules, par exemple par sciage, de façon à obtenir lesdits modules. I1 est également possible de réaliser un dispositif de liaison comportant plusieurs modules assemblés. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre, la réalisation du dispositif de liaison comprend une réalisation de plusieurs modules et un assemblage desdits modules de façon à ce que les premières faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une première face d'extrémité du dispositif, et de façon à ce que les deuxièmes faces d'extrémité respectives des modules soient dans un deuxième plan et forment une deuxième face d'extrémité du dispositif ; l'assemblage des modules peut comporter l'étape de rotation des modules mentionnée ci avant, de façon à notamment transformer les lignes horizontales en liaisons verticales ; le dispositif de liaison est alors positionné de façon à placer sa première face d'extrémité en regard de ladite face du premier élément, et sa deuxième face d'extrémité en regard d'une face du deuxième élément ; le procédé comporte alors la réalisation d'une connexion électrique entre le dispositif de liaison et lesdits éléments, cette connexion électrique comportant au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité de chaque motif et le premier élément et au moins une connexion électrique entre ladite deuxième partie d'extrémité de chaque motif et le deuxième élément.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de liaison pour structure intégrée tridimensionnelle, comprenant au moins un module ayant une première face d'extrémité destinée à être en regard d'un premier élément de la structure et une deuxième face d'extrémité destinée à être placée en regard d'un deuxième élément de la structure, les deux faces d'extrémité étant sensiblement parallèles et le module comportant au moins un substrat ayant une face sensiblement perpendiculaire auxdites deux faces d'extrémité et supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation au dessus de ladite face et enrobé dans une région isolante, ledit motif électriquement conducteur comportant au moins une première partie d'extrémité débouchant sur la première face d'extrémité et au moins une deuxième partie d'extrémité débouchant sur la deuxième face d'extrémité et reliée à ladite première partie d'extrémité.
Selon un mode de réalisation, le motif électriquement conducteur comprend, au sein dudit au moins un niveau de métallisation, un ensemble de lignes métalliques dont certaines au moins d'entre elles comportent des premières extrémités débouchant sur ladite première face d'extrémité et des deuxièmes extrémités débouchant sur ladite deuxième face d'extrémité, ladite au moins une première partie d'extrémité du motif comportant lesdites premières extrémités débouchantes et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant lesdites deuxièmes extrémités débouchantes. Selon un mode de réalisation, le motif électriquement conducteur comprend sur ladite face du substrat, plusieurs niveaux de métallisation sensiblement parallèles mutuellement séparés par des régions isolantes, chaque niveau de métallisation comportant un ensemble de lignes métalliques dont certaines au moins d'entre elles comportent des premières extrémités débouchant sur ladite première face d'extrémité et des deuxièmes extrémités débouchant sur ladite deuxième face d'extrémité, ladite au moins une première partie d'extrémité du motif comportant lesdites premières extrémités débouchantes de chaque ensemble de lignes et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant lesdites deuxièmes extrémités débouchantes de chaque ensemble de lignes. Selon un mode de réalisation, le motif électriquement conducteur comprend au moins un trou d'interconnexion électriquement conducteur entre une ligne métallique de l'un des niveaux de métallisation et une ligne métallique d'un autre niveau de métallisation. Selon un mode de réalisation, le motif électriquement conducteur comprend au sein d'au moins un niveau de métallisation, un ensemble de lignes métalliques dont au moins l'une d'entre elles débouche en deux endroits différents sur l'une des deux faces d'extrémité, ladite au moins une première partie d'extrémité ou ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant les deux extrémités de ladite au moins une ligne débouchant auxdits deux endroits différents. Selon un mode de réalisation, ledit au moins un module comporte plusieurs blocs élémentaires empilés, chaque bloc élémentaire comportant un substrat supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend plusieurs modules assemblés de façon à ce que les premières faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une première face d'extrémité du dispositif, et de façon à ce les deuxièmes faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une deuxième face d'extrémité du dispositif, la première face d'extrémité du dispositif étant destinée à être en regard de ladite face du premier élément et la deuxième face d'extrémité du dispositif étant destinée à être en regard d'une face du deuxième élément.
Selon un autre aspect, il est proposé une structure intégrée tridimensionnelle comprenant un dispositif de liaison tel que défini ci avant, au moins un premier élément électriquement couplé à ladite au moins une première partie d'extrémité d'au moins un motif électriquement conducteur, et au moins un deuxième élément électriquement couplé à ladite au moins une deuxième partie d'extrémité d'au moins un motif électriquement conducteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 5 illustrent un mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, - la figure 6 illustre un exemple de réalisation d'un module d'un dispositif de liaison selon l'invention, - la figure 7 illustre un exemple de réalisation d'une structure intégrée tridimensionnelle selon l'invention incorporant un exemple de dispositif de liaison selon l'invention, et - les figures 8 à 10 illustrent d'autres variantes de l'invention. Sur la figure 1, les références PQ1 et PQ2 désignent des plaquettes semiconductrices ou « wafers » selon une dénomination anglosaxonne bien connue de l'homme du métier, par exemple des disques de 200 ou 300 mm de diamètre.
Sur différentes portions PRT du substrat SB (par exemple en silicium) de chaque plaquette, on réalise au dessus de la face supérieure plane du substrat un motif électriquement conducteur MTF comportant ici des lignes électriquement conductrices, par exemple des lignes métalliques en cuivre LG, parallèles. Ces lignes sont réalisées au sein d'un niveau de métallisation d'une façon analogue à celle utilisée pour réaliser la partie d'interconnexion ou « BEOL » d'un circuit intégré. On peut par exemple utiliser un procédé classique simple ou double Damascène. La géométrie du motif MTF est choisie ici en fonction de la géométrie finale de la liaison verticale électrique souhaitée entre différents éléments d'une structure intégrée tridimensionnelle. Le pas minimum d'espacement entre les lignes LG est défini ici par la finesse de gravure de la technologie utilisée. Bien entendu, on peut réaliser, en fonction de la topographie finale souhaitée pour la liaison électrique verticale, plusieurs niveaux de métallisation au dessus de chaque portion PRT. Le motif MTF peut alors comporter, au sein de chaque niveau de métallisation, un ensemble de lignes LG. Bien entendu, bien que les lignes aient été représentées ici parallèles et rectilignes, elles peuvent être de forme quelconque en fonction de la géométrie finale désirée pour la liaison verticale. Par ailleurs, certaines au moins des lignes de niveaux de métallisation différents peuvent être reliées entre elles par des vias ou trous d'interconnexion classiques. Ces lignes et ces vias peuvent être alors réalisés par exemple par un procédé classique double damascène. Puis, comme illustré sur la figure 2, les différentes plaquettes PQi sont de préférence amincies (étape 20) puis assemblées les unes aux autres, par exemple par collage 21, de façon à obtenir un assemblage de plaquettes amincies PQAi supportant chacune des motifs électriquement conducteurs. Les différentes plaquettes PQi peuvent être amincies par exemple à une épaisseur de 300 microns.
L'ensemble ENS ainsi obtenu est illustré plus en détail sur la figure 3. Cet ensemble ENS comporte, dans sa partie inférieure, la plaquette amincie PQAl comportant le substrat aminci SB1 supportant, sur sa face plane supérieure FS1, une région isolante RIS1 enrobant un motif électriquement conducteur MTF1. Ce motif MTF1 comporte ici des lignes métalliques réalisées au sein de différents niveaux de métallisation Mk, Mk+1. Certaines de ces lignes sont par ailleurs mutuellement connectées par des vias V.
Au dessus de la région isolante RIS1, on trouve la plaquette amincie PQA2 comportant le substrat aminci SB2 supportant, sur sa face supérieure FS2, une région isolante RIS2 enrobant un autre motif MTF2 composé également ici de lignes métalliques réalisées au sein de différents niveaux de métallisation Mi, Min.
Là encore, certaines des lignes métalliques de deux niveaux de métallisation adjacents sont mutuellement reliées par des vias V. Enfin, la région RIS2 supporte le substrat aminci SB3 de la plaquette PQA3. La face supérieure FS3 du substrat SB3 supporte une région isolante RIS3 enrobant un troisième motif MT3 comportant également des lignes métalliques réalisées au niveau de différents niveaux de métallisation M;, M;+1. Cet ensemble ENS comporte en fait différents modules qui vont ensuite, comme illustré sur la figure 4, subir une opération de découpe 40, par exemple une opération de sciage, entre les différents modules de l'ensemble ENS de façon à individualiser ces modules et obtenir des modules individualisés MD. Le module MD de la figure 4, individualisé après la découpe 40, comporte donc ici trois blocs élémentaires BEl, BE2, BE3.
Chaque bloc élémentaire BEi comporte un substrat SBi supportant sur sa face supérieure FSi une région isolante RISi incorporant un motif électriquement conducteur MTFi. Comme on le voit par ailleurs sur la figure 4, les lignes métalliques des différents motifs électriquement conducteurs débouchent sur une face du module formant ici une première face d'extrémité FAX1, cette face FAX1 étant perpendiculaire aux faces supérieures FSi des substrats SBi. I1 convient de noter que l'un au moins des substrats peut être un substrat silicium à haute résistivité (HR). L'un au moins des substrats peut être un substrat silicium actif, c'est-à-dire incorporer des composants actifs, tels que des transistors. L'un au moins des substrats peut comporter un matériau disposant d'un coefficient thermique d'expansion (CTE) différent (exemple : silicium poreux) pour permettre une meilleure tenue mécanique en température. L'un au moins des substrats peut-être formé par un composite ferromagnétique (exemple : YiG) pour permettre la réalisation d'éléments inductifs. Comme illustré sur la figure 5, le module individualisé MD comporte également une deuxième face d'extrémité FAX2 parallèle à la première face d'extrémité FAX1 et sur laquelle débouchent également certaines au moins des lignes métalliques des différents motifs électriquement conducteurs. Alors que les différents niveaux de métallisation des différents motifs électriquement conducteurs des différents modules sont réalisés sur les faces supérieures planes et horizontales des substrats, et que les différents substrats sont ensuite empilés dans une direction d'empilement DR verticale, les modules MD subissent alors une rotation d'un quart de tour, de façon, comme illustré sur la partie droite de la figure 5, à ce que les deux faces d'extrémité FAX1 et FAX2 des modules MD deviennent horizontales c'est-à-dire perpendiculaires à la direction d'empilement vertical. Les lignes initialement horizontales des différents motifs deviennent alors des lignes verticales et sont donc prêtes à former des liaisons électriques verticales permettant d'interconnecter par exemple deux éléments qui vont venir en contact respectivement sur les portions débouchantes des lignes métalliques respectivement situées sur les faces FAX1 et FAX2 comme cela sera expliqué plus en détail ci après. La figure 6 illustre plus en détail la structure d'un module MD. Celui-ci est représenté après rotation d'un quart de tour.
On retrouve sur ce module MD les trois blocs élémentaires BEl, BE2, BE3 comportant chacun un substrat SBi supportant sur leur face FSi une région isolante RISi contenant un motif électriquement conducteur MTFi.
Le module MD comporte une première face d'extrémité FAX1 perpendiculaire aux faces FSi des substrats SBi, ainsi qu'une deuxième face d'extrémité FAX2, parallèle à la face d'extrémité FAX1. Chaque motif électriquement conducteur MTFi possède une première partie d'extrémité débouchant sur la première face d'extrémité FAX1 et une deuxième partie d'extrémité débouchant sur la deuxième face d'extrémité FAX2. Plus précisément, le motif MTF1 possède une première partie d'extrémité PX11 comportant les extrémités débouchantes des différentes lignes métalliques, tandis que le deuxième motif MTF2 comporte également une première partie d'extrémité PX21 et que le motif MTF3 comporte une première partie d'extrémité PX31. La deuxième partie d'extrémité du motif MTF3 est référencée PX32 et débouche sur la deuxième face d'extrémité FAX2. Comme illustré sur la figure 6, les motifs MTFi comprennent des lignes métalliques, par exemple les lignes LG30 et LG31 du motif MTF3, s'étendant entre les deux faces d'extrémité FAX1 et FAX2. Ces lignes permettent d'interconnecter verticalement un premier élément en contact électrique avec les premières portions d'extrémité PX11, PX21 et PX31 des différents motifs, avec un deuxième élément en contact électrique avec les deuxièmes parties d'extrémité des différents motifs. Ceci est illustré plus particulièrement sur la figure 7. Avant de décrire cette figure, il convient de noter que la longueur L1 du module est fixée notamment par le nombre de plaquettes amincies empilées. Typiquement, la longueur L1 est de l'ordre de 0,5 à 2 mm. Par contre, la longueur L2 n'est pas limitée. Par ailleurs, alors que le pas d'espacement entre les différents modules est constant selon la direction L1 et dépend notamment de l'épaisseur des substrats amincis, le pas d'espacement entre les différentes lignes des différents motifs, c'est-à-dire le pas selon la direction L2, n'est pas constant. Si l'on se réfère maintenant plus particulièrement à la figure 7, qui illustre très schématiquement un exemple de structure intégrée tridimensionnelle STR, on voit que le dispositif de liaison DIS comporte un assemblage de plusieurs modules MD1, MD2, MD3. Ces différents composants peuvent être par exemple mutuellement solidarisés par une résine de moulage ou bien tout autre matériau 30 permettant de réaliser un tel assemblage. Ce matériau peut être par exemple un matériau à plus faible coefficient thermique d'expansion que celui du silicium. Les premières faces d'extrémité FAX1 des différents modules sont situées dans un même plan de façon à former une première face d'extrémité FAXD1 pour le dispositif DIS. De même, les deuxièmes faces d'extrémité FAX2 des différents modules sont situées dans un même plan de façon à former une deuxième face d'extrémité FAXD2 pour le dispositif DIS. L'assemblage des différents modules peut s'effectuer de façon automatisée à l'aide d'une machine programmée pour placer les différents modules les uns par rapport aux autres en fonction de la géométrie finale désirée de l'interconnexion électrique finale. Au cours de ce placement, les modules subissent la rotation d'un quart de tour mentionnée ci avant.
Le dispositif DIS forme ici un interposeur passif permettant de relier électriquement trois éléments EL1, EL2 et EL3. Plus précisément, les éléments EL1 et EL2 sont par exemple des circuits intégrés, connectés électriquement sur la première face d'extrémité FAXD1 du dispositif DIS par l'intermédiaire, par exemple, de billes de connexion (« bumps »). Le deuxième élément EL2 est ici une carte de circuit intégré (PCB : Printed Circuit Board) électriquement reliée à la deuxième face d'extrémité FAXD2 du dispositif DIS par l'intermédiaire également de billes BL ou « bumps ».
Les différentes billes viennent en contact électrique, par exemple par soudage, avec les parties d'extrémité des différents motifs, c'est-à-dire les extrémités débouchantes des différentes lignes métalliques des motifs.
La liaison électrique verticale entre l'élément EL2 et les éléments EL1 et EL3 est ainsi assurée. Par ailleurs, il est également possible, de réaliser des liaisons électriques verticales bidimensionnelles en réalisant par exemple une ligne métallique LG20 en escalier (ou diagonale) permettant de connecter verticalement deux éléments (ici les éléments EL2 et EL3) entre deux points non situés sur une même verticale. Ceci permet avantageusement de limiter le nombre de niveaux métalliques nécessaires au routage ou à la redistribution. De même, il est également possible, comme illustré par la ligne LG21, de connecter électriquement deux éléments EL1 et EL3 disposés sur la même face d'extrémité FAXD1 du dispositif DIS. A cet égard, la ligne LG21 débouche en deux endroits différents EN1, EN2 de la face FAX1 du module correspondant, ici le module MD2. On voit donc qu'il est possible selon un aspect de l'invention de réaliser très facilement des niveaux de routage de formes variées au sein du dispositif DIS. On obtient également des liaisons électriques verticales pouvant présenter des facteurs de forme très élevés avec des pas d'espacement très fins. La géométrie finale de la liaison électrique verticale et/ou horizontale entre les différents éléments de la structure STR est obtenue par les différentes géométries des motifs plans MTF réalisés sur les différents substrats. On peut ainsi obtenir, en certains endroits, des densités importantes de liaisons verticales et en d'autres endroits des densités plus faibles. Par ailleurs, des motifs électriquement conducteurs de toutes formes peuvent être aisément réalisés, par exemple des spirales inductives ou encore des électrodes de condensateurs. L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre et de réalisation qui viennent d'être décrits mais en embrasse toutes les variantes.
Ainsi comme illustré sur la figure 8, il est possible de réaliser au dessus de l'une au moins des faces d'extrémité au moins une ligne ou couche métallique de redistribution (connue sous l'acronyme anglo-saxon RDL : ReDistribution Layer), s'étendant parallèlement à cette face d'extrémité, et contactant au moins l'une des partie d'extrémité. Ceci permet de pouvoir connecter une bille de connexion entre deux parties d'extrémité et de réduire ainsi le pas de connexion et/ou de donner plus de flexibilité pour le placement des billes. Dans l'exemple illustré, une ligne de redistribution 10A contacte une seule partie d'extrémité PX31 et une autre 10B contacte deux parties d'extrémités de deux motifs adjacents MTF1, MTF2. Bien entendu plusieurs niveaux de redistribution peuvent être prévus. Par ailleurs dans les modes de mies en oeuvre qui viennent d'être décrits, le caractère débouchant des parties d'extrémité a été réalisé avant rotation du dispositif. Cela étant, afin de protéger ces parties d'extrémité il peut être prévu de recouvrir ces parties d'extrémité d'une couche protectrice CP avant rotation comme illustré sur la figure 9. Cette couche protectrice peut être une partie de région isolante obtenue lors de la découpe. Puis après rotation (figure 10), cette couche protectrice CP est retirée, par exemple par gravure chimique ou polissage mécano-chimique, de façon à mettre à nues les parties d'extrémité.
Claims (25)
- REVENDICATIONS1. Procédé de connexion électrique entre au moins un premier élément (EL1) et un deuxième élément (EL2) d'une structure intégrée tridimensionnelle, comprenant une réalisation d'un dispositif de liaison (DIS) comportant au moins un module (MD) ayant une première face d'extrémité (FAX1) et une deuxième face d'extrémité (FAX2) sensiblement parallèles et comportant au moins un substrat (SB) ayant une face (FS) sensiblement perpendiculaire auxdites deux faces d'extrémité et supportant un motif électriquement conducteur (MTF) réalisé dans au moins un niveau de métallisation au dessus de ladite face et enrobé dans une région isolante (RIS), ledit motif électriquement conducteur (MTF3) comportant au moins une première partie d'extrémité (PX31) débouchant sur la première face d'extrémité et au moins une deuxième partie d'extrémité (PX32) débouchant sur la deuxième face d'extrémité et reliée à ladite première partie d'extrémité, et, une réalisation d'une connexion électrique (BL) entre le dispositif de liaison et lesdits éléments comportant au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité et le premier élément et au moins une connexion électrique entre ladite deuxième partie d'extrémité et le deuxième élément.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la réalisation de ladite connexion électrique comprend un positionnement relatif du dispositif de liaison et des deux éléments (EL1, EL2) de façon à placer ladite première face d'extrémité (FAX1) dudit au moins un module en regard d'une face du premier élément (EL1) et la deuxième face d'extrémité (FAX2) dudit au moins un module en regard d'une face du deuxième élément (EL2).
- 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la réalisation de ladite au moins une première partie d'extrémité débouchante et de ladite au moins une deuxième partie d'extrémité débouchante sont effectuées avant ledit positionnement.
- 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la réalisation de ladite au moins une première partie d'extrémité débouchante et deladite au moins une deuxième partie d'extrémité débouchante comportent des opérations effectuées avant ledit positionnement et des opérations effectuées après ledit positionnement.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la réalisation du dispositif de liaison comprend une réalisation d'un dispositif intermédiaire dans lequel ladite au moins une première partie d'extrémité (PX31) et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité (PX32) sont respectivement recouverte d'une couche de protection, un positionnement du dispositif intermédiaire de façon à placer ladite première face d'extrémité (FAX1) recouverte de sa couche de protection en regard d'une face du premier élément (EL1) et la deuxième face d'extrémité (FAX2) recouverte de sa couche de protection en regard d'une face du deuxième élément (EL2), et après positionnement du dispositif intermédiaire, une mise à nue de ladite au moins une première partie d'extrémité (PX31) et de ladite au moins une deuxième partie d'extrémité (PX32) de façon à faire déboucher ces parties d'extrémité sur leur face d'extrémité respective.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel le dispositif de liaison et lesdits éléments sont destinés à être empilés selon une direction générale d'empilement (DR), le motif électriquement conducteur est réalisé sur ledit au moins un substrat s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à ladite direction générale d'empilement, et ledit positionnement comprend une rotation dudit dispositif de liaison ou dudit dispositif intermédiaire de façon à positionner ladite première face d'extrémité sensiblement parallèlement à ladite face du premier élément et à positionner ladite deuxième face d'extrémité sensiblement parallèlement à ladite face du deuxième élément.
- 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la réalisation dudit motif électriquement conducteur comprend une réalisation au sein dudit au moins un niveau de métallisation d'un ensemble de lignes métalliques (LG) dont certaines au moins d'entre elles débouchent sur ladite première face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite première partie d'extrémité et sur laditedeuxième face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite deuxième partie d'extrémité.
- 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la réalisation dudit motif électriquement conducteur (MTF) comprend une réalisation sur ladite face du substrat de plusieurs niveaux de métallisation (M;, M;+1) sensiblement parallèles mutuellement séparés par des régions isolantes, chaque niveau de métallisation comportant un ensemble de lignes métalliques (LG) dont certaines au moins d'entre elles débouchent sur ladite première face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite première partie d'extrémité et sur ladite deuxième face d'extrémité pour former au moins une portion de ladite deuxième partie d'extrémité.
- 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la réalisation dudit motif électriquement conducteur comprend une réalisation d'au moins un trou d'interconnexion électriquement conducteur (V) entre une ligne métallique de l'un des niveaux de métallisation et une ligne métallique d'un autre niveau de métallisation.
- 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la réalisation dudit motif électriquement conducteur comprend une réalisation au sein d'au moins un niveau de métallisation d'un ensemble de lignes métalliques dont au moins l'une (LG21) d'entre elles débouchent en deux endroits différents (EN1, EN2) sur l'une des deux faces d'extrémité de façon à former respectivement au moins une portion de ladite première ou deuxième partie d'extrémité.
- 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la réalisation dudit au moins un module comprend une réalisation de plusieurs blocs élémentaires (BEi) comportant chacun un substrat supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation et un empilement de ces blocs élémentaires, et la réalisation de la connexion électrique entre le dispositif de liaison et lesdits éléments comporte au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité de chaque motif et le premier élément et au moins une connexionélectrique entre ladite deuxième partie d'extrémité de chaque motif et le deuxième élément.
- 12. Procédé selon la revendication 1l, dans lequel la réalisation du dispositif de liaison comprenant la réalisation d'au moins un niveau métallique de redistribution contactant au moins l'une des parties d'extrémité et s'étendant parallèlement à la face d'extrémité correspondante.
- 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la réalisation dudit dispositif de liaison (DIS) comprend une réalisation de plusieurs modules (MD) et un assemblage desdits modules de façon à ce que les premières faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une première face d'extrémité (FAXDl) du dispositif, et de façon à ce que les deuxièmes faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une deuxième face d'extrémité (FAXD2) du dispositif, dans lequel le dispositif de liaison est positionné de façon à placer sa première face d'extrémité en regard de ladite face du premier élément et sa deuxième face d'extrémité en regard d'une face du deuxième élément, et la réalisation d'une connexion électrique entre le dispositif de liaison et lesdits éléments comporte au moins une connexion électrique entre ladite première partie d'extrémité de chaque motif et le premier élément et au moins une connexion électrique entre ladite deuxième partie d'extrémité de chaque motif et le deuxième élément.
- 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel la réalisation desdits modules comprend une réalisation d'un ensemble (ENS) comportant lesdits modules solidarisés, et un découpage dudit ensemble entre lesdits modules de façon à obtenir lesdits modules.
- 15. Dispositif de liaison pour structure intégrée tridimensionnelle, comprenant au moins un module (MD) ayant une première face d'extrémité (FAX1) destinée à être en regard d'un premier élément de la structure et une deuxième face d'extrémité (FAX2) destinée à être placée en regard d'un deuxième élément de la structure, les deux faces d'extrémité étant sensiblement parallèles et le module comportant au moins un substrat (SB1, SB2, SB3) ayant uneface (FS1, FS2, FS3) sensiblement perpendiculaire auxdites deux faces d'extrémité et supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation au dessus de ladite face et enrobé dans une région isolante, ledit motif électriquement conducteur (MTF1, MTF2, MTF3) comportant au moins une première partie d'extrémité débouchant sur la première face d'extrémité et au moins une deuxième partie d'extrémité débouchant sur la deuxième face d'extrémité et reliée à ladite première partie d'extrémité.
- 16. Dispositif selon la revendication 15, dans lequel le motif électriquement conducteur (MTFi) comprend, au sein dudit au moins un niveau de métallisation, un ensemble de lignes métalliques dont certaines au moins d'entre elles comportent des premières extrémités débouchant sur ladite première face d'extrémité (FAX1) et des deuxièmes extrémités débouchant sur ladite deuxième face d'extrémité (FAX2), ladite au moins une première partie d'extrémité du motif comportant lesdites premières extrémités débouchantes et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant lesdites deuxièmes extrémités débouchantes.
- 17. Dispositif selon la revendication 16, dans lequel le motif électriquement conducteur (MTFi) comprend sur ladite face du substrat, plusieurs niveaux de métallisation sensiblement parallèles mutuellement séparés par des régions isolantes, chaque niveau de métallisation comportant un ensemble de lignes métalliques dont certaines au moins d'entre elles comportent des premières extrémités débouchant sur ladite première face d'extrémité et des deuxièmes extrémités débouchant sur ladite deuxième face d'extrémité, ladite au moins une première partie d'extrémité du motif comportant lesdites premières extrémités débouchantes de chaque ensemble de lignes et ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant lesdites deuxièmes extrémités débouchantes de chaque ensemble de lignes.
- 18. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel le motif électriquement conducteur (MTFi) comprend au moins un trou d'interconnexion électriquement conducteur (V) entre une lignemétallique de l'un des niveaux de métallisation et une ligne métallique d'un autre niveau de métallisation.
- 19. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 18, dans lequel le motif électriquement conducteur comprend au sein d'au moins un niveau de métallisation, un ensemble de lignes métalliques dont au moins l'une d'entre elles débouche en deux endroits différents (ENI, EN2) sur l'une des deux faces d'extrémité (FAX 1), ladite au moins une première partie d'extrémité ou ladite au moins une deuxième partie d'extrémité du motif comportant les deux extrémités de ladite au moins une ligne débouchant auxdits deux endroits différents.
- 20. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 19, dans lequel ledit au moins un module comporte plusieurs blocs élémentaires (BEi) empilés, chaque bloc élémentaire comportant un substrat supportant un motif électriquement conducteur formé dans au moins un niveau de métallisation.
- 21. Dispositif selon la revendication 20, dans lequel l'un au moins des substrats comprend un composite ferromagnétique, ou un matériau ayant un coefficient thermique d'expansion différent de d'au moins un autre substrat, ou bien est un substrat actif.
- 22. Dispositif selon la revendication 20 ou 21, comprenant au moins un niveau métallique de redistribution contactant au moins l'une des parties d'extrémité et s'étendant parallèlement à la face d'extrémité correspondante.
- 23. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 22, comprenant plusieurs modules assemblés de façon à ce que les premières faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une première face d'extrémité (FAXD l) du dispositif, et de façon à ce les deuxièmes faces d'extrémité respectives des modules soient dans un même plan et forment une deuxième face d'extrémité (FAXD2) du dispositif, la première face d'extrémité du dispositif étant destinée à être en regard de ladite face du premier élément et la deuxième face d'extrémité du dispositif étant destinée à être en regard d'une face du deuxième élément.
- 24. Dispositif selon la revendication 23, comprenant pour l'assemblage des différents modules un matériau à plus faible coefficient thermique d'expansion que celui du silicium.
- 25. Structure intégrée tridimensionnelle, comprenant un dispositif de liaison (DIS) selon l'une des revendications 15 à 24, au moins un premier élément (EL1) électriquement couplé à ladite au moins une première partie d'extrémité d'au moins un motif électriquement conducteur, et au moins un deuxième élément (EL2) électriquement couplé à ladite au moins une deuxième partie d'extrémité d'au moins un motif électriquement conducteur.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140228 |