FR3022697A1 - Dispositif de connexion electrique a elements de connexion comportant des membranes deformables - Google Patents

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Abstract

Dispositif de connexion électrique (100) destiné à être hybridé à un dispositif électronique, comportant un ou plusieurs premiers éléments de connexion électrique (112) disposés sur une face avant (102) du dispositif de connexion électrique tels que chaque premier élément de connexion électrique comporte : - au moins une première membrane (114) électriquement conductrice délimitant, avec la face avant du dispositif de connexion électrique, au moins une première cavité (118), la première membrane étant solidarisée à la face avant du dispositif de connexion électrique au moins au niveau de la périphérie de la première cavité, - au moins un élément électriquement conducteur (116) disposé sur la première membrane dudit premier élément de connexion électrique et destiné à être en contact avec au moins un plot de contact du dispositif électronique.

Description

1 DISPOSITIF DE CONNEXION ELECTRIQUE A ELEMENTS DE CONNEXION COMPORTANT DES MEMBRANES DEFORMABLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine de l'hybridation permanente ou temporaire entre des dispositifs ou circuits électroniques. L'invention s'applique avantageusement pour réalisation d'un circuit électronique de test destiné à être hybridé temporairement à un dispositif électronique à tester, ou pour la réalisation d'un circuit électronique comportant deux dispositifs électroniques hybridés l'un à l'autre de façon permanente. Dans le domaine des circuits électroniques dits « 3D », c'est-à-dire des circuits électroniques comportant des dispositifs empilés les uns sur les autres, des connexions électriques verticales de faible pas, ou période, (inférieur ou égal à environ 100 um) sont souvent utilisées pour relier électriquement entre eux les dispositifs superposés. Ces connexions sont généralement réalisées sur une face d'un des dispositifs sous la forme de pointes, ou inserts, ces pointes étant destinées à être insérées dans des plots de contact formés sur une face d'un autre des dispositifs. Plusieurs contraintes sont prises en compte pour la réalisation de ces connexions. Tout d'abord, les connexions réalisées doivent avoir une bonne conductivité électrique. Les matériaux des pointes doivent également avoir une certaine dureté afin de permettre leur pénétration dans les plots de contact. Enfin, le circuit comportant les pointes doit présenter une certaine souplesse mécanique afin de tenir compte des différences d'épaisseurs, de géométrie et de matériaux avec les plots de contact.
De telles connexions sont par exemple utilisées pour réaliser une structure de test à faible pas pour des circuits 3D ou photoniques. Dans ce contexte, un composant appelé « space transformer », ou interposeur, est généralement utilisé pour faire le lien, ou l'adaptation, entre le pas des plots de connexion du dispositif testé (comportant généralement un wafer de silicium, les plots de contact étant réalisés avec 3022697 2 un pas de l'ordre de 100 um ou moins) et celui des éléments de connexion de l'interface de test (généralement réalisé sur un circuit intégré et qui comporte des éléments de connexion réalisés avec un pas supérieur à celui des plots du dispositif à tester). Ce composant peut être réalisé en silicium et intègre des pointes de test réalisées avec un 5 faible pas correspondant à celui des plots de contact du dispositif testé. Une force est appliquée entre le dispositif testé et le composant afin d'avoir une pénétration mécanique des pointes dans les plots de contact du dispositif testé. Une difficulté liée à la réalisation de ces pointes concerne leurs propriétés mécaniques, chacune des pointes devant présenter une certaine souplesse de déplacement vertical (overdrive) en dépit de 10 leur faible pas et des défauts d'uniformité de hauteur des pointes de test ou des plots de contact du dispositif testé. La pénétration des pointes dans les plots de contact doit être assez profonde pour réaliser un bon contact ohmique, mais pas trop profonde pour éviter d'endommager les plots de contact et permettre aux pointes d'être détachées des plots de contact après le test.
15 Un autre exemple de besoin de telles connexions concerne la réalisation de connexions électriques dites « 3D » permanentes et sélectives. Lors de l'assemblage 3D de composants micro-électroniques, des connexions électriques sont réalisées entre les plots opposés des deux composants. Une possibilité consiste à placer des pointes sur l'un des deux composants et des plots de contact sur l'autre des deux composants, et 20 d'insérer les pointes dans les plots opposés pendant un assemblage des deux composants en exerçant une pression entre eux. Ces pointes forment ici des « micro-inserts ». Si les pointes sont présentes sur toute la face du composant, en exerçant ladite pression, les pointes se trouvant en face de zones isolantes et non de plots de contact s'écrasent dans l'isolant de l'autre composant sans y pénétrer totalement, et risquent de l'endommager.
25 II est donc utile d'avoir des pointes ayant une certaine tolérance et une souplesse mécanique pour éviter d'abimer la face du composant comportant les plots de contact. Le document US 2012/0249173 Al décrit un exemple de réalisation d'un composant comportant des pointes de test réalisées avec un faible pas. Les pointes sont réalisées par structuration d'un matériau (dépôt et gravure, ou électrodéposition) sur un interposeur en silicium. L'inconvénient de cette solution est qu'elle n'offre aucune 3022697 3 réponse aux problèmes de la souplesse mécanique et de la tolérance à l'overdrive qui sont recherchées. Les documents US 2002/0053734 Al et US 2006/0006889 Al décrivent la réalisation de pointes de test sous la forme de structures mécaniques répondant à la 5 problématique de la souplesse mécanique et de la tolérance à l'overdrive. Toutefois, ces structures nécessitent soit une insertion dans le composant, soit un attachement mécanique qui empêche leur réalisation avec un faible pas, c'est-à-dire inférieur à environ 100 um. Les documents US 7 868 636 B2, US 2010/0164526 Al et US 10 2010/0308855 Al décrivent la réalisation de pointes de test sous la forme de tiges souples. Bien que répondant à la problématique de la souplesse mécanique et de la tolérance à l'overdrive, ces tiges ont des dimensions, dans le plan du substrat, qui sont importantes et qui empêchent leur réalisation sous la forme d'une matrice avec un faible pas.
15 EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un nouveau dispositif de connexion électrique destiné à être hybridé à un dispositif électronique, dont des éléments de connexion électrique présentent une bonne souplesse mécanique et une bonne tolérance en termes de déplacement vertical (overdrive), tout en étant compatible 20 avec une réalisation des éléments de connexion électrique avec un faible pas, par exemple inférieur à environ 100 um. Pour cela, la présente invention propose un dispositif de connexion électrique destiné à être hybridé à un dispositif électronique, comportant un ou plusieurs premiers éléments de connexion électrique disposés sur une face avant du dispositif de 25 connexion électrique tels que chaque premierélément de connexion électrique comporte: - au moins une première membrane électriquement conductrice délimitant, avec la face avant du dispositif de connexion électrique, au moins une première cavité, la première membrane étant solidarisée à la face avant du dispositif de connexion électrique au moins au niveau de la périphérie de la première cavité, 3022697 4 - au moins un élément électriquement conducteur disposé sur la première membrane dudit premier élément de connexion électrique et destiné à être en contact avec au moins un plot de contact du dispositif électronique. Ainsi, chaque premier élément de connexion électrique comporte une 5 première membrane électriquement conductrice définissant une cavité, avantageusement fermée, sur laquelle est disposé au moins un élément électriquement conducteur, la première membrane étant ancrée à un support correspondant à la face avant du dispositif de connexion électrique. La cavité présente sous chaque élément électriquement conducteur confère une bonne souplesse mécanique aux premiers 10 éléments de connexion électrique. Ainsi, lorsque les éléments électriquement conducteur du dispositif de connexion électrique sont disposés contre les plots de contact du dispositif électronique destiné à être hybridé au dispositif de connexion électrique, un bon contact électrique est obtenu entre les premiers éléments de connexion électrique et les plots de contact grâce à la souplesse conférée par les cavités au niveau de chacun des 15 premiers éléments de connexion électrique, même en présence de différences d'épaisseurs et/ou de hauteur et/ou de géométrie et/ou de matériaux au niveau des plots de contact et/ou des premiers éléments électriquement conducteurs. Cette souplesse permet également, dans le cas où certains premiers éléments de connexion électrique ne sont pas disposés en face de plots de contact, de ne pas endommager le dispositif 20 électronique qui est hybridé au dispositif de connexion électrique. La souplesse mécanique obtenue permet également de réaliser une pénétration des éléments électriquement conducteurs dans les plots de contact qui soit assez profonde pour réaliser un bon contact ohmique, mais pas trop profonde pour éviter d'endommager les plots de contact et permettre aux premiers éléments électriquement 25 conducteurs d'être détachées des plots de contact dans le cas d'un dispositif de connexion électrique destiné à former un circuit de test. Enfin, par rapport aux pointes de test réalisées avec des tiges souples, les structures formées par les premières membranes ne nécessitent pas la réalisation de piliers d'ancrage nécessaires à la réalisation des tiges souples de l'art antérieur, ce qui 3022697 5 permet de réaliser les premiers éléments de connexion électrique avec un faible pas, par exemple inférieur à environ 100 um. La liaison entre la membrane et la face avant du dispositif de connexion électrique est avantageusement continue, mais peut, pour des raisons de procédé de 5 mise en oeuvre, avoir une ou plusieurs ouvertures au niveau de cette périphérie qui rendent cette solidarisation discontinue ou partiellement continue. Pour chaque premier élément de connexion électrique, la première membrane peut être solidarisée à la face avant du dispositif de connexion électrique au niveau de toute la périphérie de la première cavité.
10 Le dispositif de connexion électrique peut comporter des dispositifs passifs (capacités, inductances, résistances) permettant d'améliorer la qualité des signaux recueillis par les premiers éléments de connexion électrique, et/ou des éléments actifs (par exemple des transistors) formant par exemple des dispositifs de protection tels que des dispositifs ESD (« Electro-Static Discharge »), et/ou de multiplexage et/ou de 15 traitement des signaux analogiquement ou numériquement collectés par les premiers éléments de connexion électrique. Les premiers éléments de connexion électrique peuvent être disposés en matrice avec un pas inférieur à environ 100 um. Chaque élément électriquement conducteur peut comporter au moins 20 une portion de matériau électriquement conducteur dont une extrémité forme une ou plusieurs pointes, chaque pointe pouvant être de forme sensiblement bombée ou plane ou pointue. Chaque élément électriquement conducteur peut avantageusement former trois pointes. Une forme est dite bombée lorsqu'elle représente une portion d'une 25 sphère, telle qu'un hémisphère, ou qu'elle est de forme arrondie. Contrairement à une forme bombée, une forme est dite plane lorsqu'elle est définie dans un plan. Chaque première membrane peut former un capot de la première cavité qui est délimitée par ladite première membrane, le capot étant de forme sensiblement plane ou bombée. L'ancrage du capot à la base de la cavité peut avoir une forme 3022697 6 sensiblement circulaire (telle qu'un cercle ou une ellipse) ou une forme sensiblement polygonale ou rectangulaire (telle qu'un rectangle ou un carré ou un losange, etc.). Chaque pointe ou multi-pointe ou sommet de la portion de matériau électriquement conducteur peut avantageusement être placé sur un axe central de la 5 première membrane. Chaque première membrane peut être reliée à au moins un plot électriquement conducteur formé dans le dispositif de connexion électrique et lui-même relié à au moins un deuxième élément de connexion électrique disposé sur une face arrière du dispositif de connexion électrique.
10 Le pas des premiers éléments de connexion électrique peut être différent du pas des deuxièmes éléments de connexion électrique. Le dispositif de connexion électrique peut dans ce cas permettre une adaptation des pas des plots de contact du dispositif destiné à être hybridé au dispositif de connexion électrique avec celui de plots de contact d'un autre dispositif destiné à être hybridé au niveau de la face 15 arrière du dispositif de connexion électrique. Dans ce cas, chaque deuxième élément de connexion électrique peut comporter au moins une portion de matériau électriquement conducteur dont un sommet est de forme sensiblement bombée ou plane ou pointue. Le dispositif de connexion électrique peut comporter en outre au moins: 2 0 - un substrat, - une ou plusieurs couches diélectriques superposées et disposées sur le substrat et formant la face avant du dispositif de connexion électrique, - au moins une couche d'interconnexion électrique disposée sous la couche diélectrique ou entre les couches diélectriques, chaque plot électriquement 25 conducteur étant relié à la couche d'interconnexion électrique, - un ou plusieurs vias électriquement conducteurs traversant au moins le substrat et reliant électriquement chaque deuxième élément de connexion électrique à la couche d'interconnexion électrique. La ou les couches diélectriques peuvent comporter au moins un 30 matériau diélectrique minéral ou polymère.
3022697 7 Le dispositif de connexion électrique peut comporter en outre au moins une deuxième cavité formée à travers le substrat et telle qu'au moins une partie de la ou des couches diélectriques sur lesquelles est disposé au moins un premier élément de connexion électrique forme au moins une deuxième membrane au niveau de la deuxième 5 cavité. Cette ou ces deuxièmes cavités confèrent au dispositif de connexion électrique un degré de souplesse mécanique supplémentaire. En variante, le dispositif de connexion électrique peut comporter en outre plusieurs deuxièmes cavités formées à travers le substrat et telles que des parties de la ou des couches diélectriques sur chacune desquelles est disposé un premier 10 élément de connexion électrique forment des deuxièmes membranes au niveau des deuxièmes cavités. L'invention concerne également un circuit électronique de test comportant au moins un dispositif de connexion électrique tel que décrit ci-dessus, dans lequel le dispositif électronique est destiné à être testé par le circuit électronique de test, 15 et dans lequel la face arrière du dispositif de connexion est hybridée à une interface électronique de test par l'intermédiaire des deuxièmes éléments de connexion électrique. Dans ce cas, le dispositif de connexion électrique peut former un interposeur permettant d'adapter le pas des plots de contact du dispositif testé avec celui des plots de l'interface électronique de test.
20 L'invention concerne également un circuit électronique comportant au moins un dispositif de connexion électrique tel que décrit ci-dessus et hybridé au dispositif électronique tel que les éléments électriquement conducteurs du dispositif de connexion électrique sont ancrés dans les plots de contact du dispositif électronique. Un tel circuit électronique peut correspondre à un circuit 3D.
25 L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif de connexion électrique destiné à être hybridé à un dispositif électronique, comportant la réalisation d'un ou plusieurs premiers éléments de connexion électrique sur une face avant du dispositif de connexion électrique au moins par la mise en oeuvre, pour chaque premier élément de connexion électrique, des étapes de : 3022697 8 - réalisation d'au moins une portion de matériau sacrificiel sur la face avant du dispositif de connexion électrique ; - réalisation d'au moins une première membrane électriquement conductrice telle qu'elle recouvre au moins la portion de matériau sacrificiel et est 5 solidarisée à la face avant du dispositif de connexion électrique au moins au niveau de la périphérie de la portion de matériau sacrificiel ; - réalisation d'au moins un trou de libération à travers la première membrane ; - élimination de la portion de matériau sacrificiel à travers le trou de 10 libération, formant au moins une première cavité délimitée par la première membrane et la face avant du dispositif de connexion électrique ; - réalisation d'au moins un élément électriquement conducteur sur la première membrane tel qu'il soit destiné à être en contact avec au moins un plot de contact du dispositif électronique.
15 Le procédé peut comporter en outre, préalablement à la réalisation du ou des premiers éléments de connexion électrique, la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation, à travers au moins une partie de l'épaisseur d'un substrat, d'un ou plusieurs vias électriquement conducteurs ; 20 - réalisation d'au moins une couche d'interconnexion électrique entre le substrat et une couche diélectrique ou entre plusieurs couches diélectriques, - réalisation d'un ou plusieurs plots électriquement conducteurs dans le dispositif de connexion électrique et auxquels la ou les premières membranes sont destinées à être reliées ; 25 et comportant en outre, après la réalisation du ou des premiers éléments de connexion électrique, la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'un ou plusieurs deuxièmes éléments de connexion électrique sur une face arrière du dispositif de connexion électrique tels que chaque première membrane est reliée à au moins un des deuxièmes éléments de connexion 3022697 9 électrique par l'intermédiaire du ou d'un des plots électriquement conducteurs, de la couche d'interconnexion électrique et du ou d'un des vias électriquement conducteurs. Le procédé peut comporter en outre, entre la réalisation du ou des premiers éléments de connexion électrique et la réalisation du ou des deuxièmes 5 éléments de connexion électrique, la réalisation d'au moins une deuxième cavité à travers le substrat et telle qu'au moins une partie de la ou des couches diélectriques sur lesquelles est disposé au moins un premier élément de connexion électrique forme au moins une deuxième membrane au niveau de la deuxième cavité. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 10 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un premier 15 mode de réalisation ; - la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus d'un premier élément de connexion électrique du dispositif de connexion électriquement selon le premier mode de réalisation ; - la figure 3 représente schématiquement une vue en coupe de profil 20 d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 4 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'une partie d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation ; 25 - la figure 5 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'une partie d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un quatrième mode de réalisation ; 3022697 10 - la figure 6 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un cinquième mode de réalisation ; - la figure 7 représente schématiquement une vue en coupe de profil 5 d'une partie d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente invention, selon un sixième mode de réalisation ; - la figure 8 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'un circuit électronique de test, également objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ; 10 - la figure 9 représente schématiquement une vue en coupe de profil d'un circuit électronique, également objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ; - les figures 10A à 10K représentent schématiquement des étapes d'un procédé de réalisation d'un dispositif de connexion électrique, objet de la présente 15 invention, selon un mode de réalisation particulier. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas 2 0 nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 25 On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente schématiquement un dispositif de connexion électrique 100 selon un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le dispositif 100 correspond à un interposeur comprenant une face avant 102 destinée à être couplée à un dispositif à tester, et une face arrière 104 destinée à être couplée à une interface de test. Le dispositif 100 est destiné à relier 3022697 11 électriquement le dispositif à tester avec l'interface de test, et permet avantageusement d'adapter le pas de plots de contact du dispositif à tester à celui de plots de contact de l'interface de test. Le dispositif 100 comporte un substrat 106 comprenant par exemple du 5 semi-conducteur tel que du silicium. Une ou plusieurs couches d'interconnexions électriques 108 (BEOL, ou « Back-end Of Line ») sont disposées sur le substrat 106, du côté de la face avant 102, et forment, dans plusieurs couches diélectriques 110 comportant au moins un matériau minéral tel que du Si02, du SiON, du SiN, etc., et déposées sur le substrat 106, un ou plusieurs niveaux d'interconnexions électriques reliés 10 entre eux par des vias 111. L'accès électrique aux couches d'interconnexions électriques 108 depuis la face avant 102 est réalisé par des plots électriquement conducteur 113 formés dans les couches diélectriques 110 et au niveau de la face avant 102. Des premiers éléments de connexion électrique 112 sont disposés sur la face avant 102 et sont reliés électriquement aux couches 108 par l'intermédiaire des plots 15 113. Chaque élément 112 comporte une première membrane 114 formée d'au moins un matériau électriquement conducteur tel que du silicium dopé ou siliciure (par exemple du SiNi ou du SiPt), et/ou de métal (par exemple du cuivre, de l'aluminium, du tungstène ou du nickel) et/ou du graphite. La première membrane 114 peut également être formée d'au moins un matériau diélectrique tel que du Si02, la conductivité électrique de cette 20 membrane étant dans ce cas assurée par une couche électriquement conductrice supplémentaire de la membrane. Un élément électriquement conducteur 116, correspondant à une pointe de test dans ce premier mode de réalisation, est disposé sur chacune des membranes 114. Les éléments 116 comportent avantageusement du métal tel que du cuivre, du tungstène, de l'aluminium, du nickel ou encore du rhodium, ou bien 25 un semi-conducteur recouvert de métal. Ces éléments 116 sont destinés à être appliqués contre les plots de contact du dispositif testé avec une force permettant une pénétration mécanique des éléments 116 dans les plots de contact du dispositif testé. Le ou les matériaux des éléments 116 sont choisis notamment en fonction de la dureté désirée pour former le contact avec les plots de contact du dispositif testé, et donc en fonction 30 notamment de la fragilité de ces plots de contact.
3022697 12 Sur la figure 1, trois premiers éléments de connexion électrique 112 sont représentés. Toutefois, le dispositif 100 comporte généralement plusieurs centaines, ou plusieurs milliers ou plusieurs dizaines de milliers d'éléments 112. Afin d'obtenir une certaine souplesse mécanique en termes de 5 déplacement vertical des éléments 116 en dépit de leur faible pas et des éventuels défauts d'uniformité de hauteur des éléments 116 et/ou des plots de contact du dispositif testé, tout en ayant une pénétration des éléments 116 dans les plots de contact du dispositif testé qui soit assez profonde pour réaliser un bon contact ohmique entre les éléments 116 et les plots de contact, mais pas trop profonde pour éviter d'endommager 10 les plots de contact et permettre aux éléments 116 d'être détachés des plots de contact après le test, chaque élément 116 est disposé sur une partie de la membrane 114 formant, entre la face avant 102 et une face inférieure de la membrane 114 se trouvant du côté de la face avant 102, une cavité 118. Sur l'exemple de la figure 1, chacune des cavités 118 comporte une paroi de fond formée par la face avant 102, c'est-à-dire une 15 face supérieure des couches diélectriques 110. Les parois latérales et la paroi supérieure de chaque cavité 118 sont formées par la membrane 114 qui repose sur les couches diélectriques 110. Les parties des membranes 114 formant les parois des cavités 118 ont, par rapport à la face avant 102, une forme bombée convexe. Les cavités 118 sont ici fermées, et les parties des membranes 114 délimitant les cavités 118 sont ancrées à la 20 face avant 102 sur toute la périphérie des cavités 118. Ainsi, lorsque les éléments 116 sont appliqués contre les plots de contact du dispositif testé, les membranes 114 qui sont soumises à une force trop importante, dans la direction perpendiculaire à la face avant 102, peuvent se déformer selon cette direction et absorber ainsi une partie de cette force. Ces membranes 114 25 forment des supports des éléments 116 présentant une bonne souplesse mécanique (bon overdrive). La figure 2 représente une vue schématique de dessus d'un des premiers éléments de connexion 112. Les éléments 112 sont disposés les uns à côté des autres, par exemple sous la forme d'une matrice, avec un pas par exemple compris entre environ 20 um et 3022697 13 100 um, voire inférieur à 20 um. Les dimensions des côtés du dispositif 100 sont par exemple comprises entre 1 mm et 10 mm Le dispositif 100 comporte, au niveau de sa face arrière 104, des deuxièmes éléments de connexion électrique 120 reliés électriquement aux couches 108 5 par l'intermédiaire de vias conducteurs 122 traversant le substrat 106 depuis sa face avant jusqu'à sa face arrière. Les vias conducteurs 122 traversent également une autre couche diélectrique 123 disposée sur la face arrière du substrat 106 et formant la face arrière 104 du dispositif 100. Les élément 120 comportent chacun une portion de matériau électriquement conducteur 121 disposée sur une partie d'une couche de 10 nucléation 125 et, au niveau de leur sommet, une autre portion de matériau électriquement conducteur 124, par exemple de forme bombée ou plate, comprenant par exemple un métal de fluage tel que du SnAg, du NiAu ou tout autre alliage adapté, et destinée à être en contact avec les plots de contact de l'interface de test. La portion 124 peut également comporter un métal plus dur tel que du tungstène. L'épaisseur de 15 l'ensemble formé du substrat 106 et des couches 110, 123 est par exemple comprise entre environ 200 um et 400 um. La compensation de la déformation en hauteur pouvant être réalisée par le dispositif 100, c'est-à-dire la différence de position en hauteur maximale entre deux éléments 112 du dispositif 100 peut être de quelques dizaines de microns, par exemple 20 entre environ 10 um et 200 um. Entre deux éléments 112 adjacents, cette différence peut être de l'ordre du micron voire moins, par exemple entre environ 0,5 um et 1 um. En variante de l'exemple décrit en liaison avec les figures 1 et 2, le dispositif 100 peut comporter, sur et/ou dans le substrat 106, des dispositifs passifs (capacités, inductances, résistances) permettant d'améliorer la qualité des signaux 25 mesurés par les éléments 116, et/ou des dispositifs actifs comprenant par exemple des transistors et pouvant former des dispositifs de protection du dispositif à tester, par exemple des dispositifs ESD (« Electro-Static Discharge »), et/ou des dispositifs de multiplexage et/ou de traitement numérique ou analogique des signaux mesurés. Dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, les membranes 114 30 sont en silicium dopé ou siliciure, ou plus généralement en un matériau électriquement 3022697 14 conducteur permettant aux membranes 114 de présenter une certaine flexibilité ou souplesse. En variante, les membranes 114 peuvent être formées par la superposition de plusieurs couches de matériau, par exemple un semi-conducteur recouvert d'une couche métallique.
5 La figure 3 représente schématiquement le dispositif 100 selon un deuxième mode de réalisation. Par rapport au premier mode de réalisation, chaque élément 112 comporte, à la place de l'élément 116 en forme de pointe, un élément 116 formant une multi-pointe, ici trois pointes (seules deux pointes sont visibles sur la figure 3 car la 10 troisième pointe se trouve en dehors du plan de coupe). Un tel élément 116 est bien adapté pour réaliser un contact avec des plots de contact du dispositif testé de forme bombée et durs, correspondant par exemple à des billes métalliques, car dans ce cas, de tels plots de contact peuvent aisément s'insérer entre les pointes de chacun des éléments 116. Les éléments 116 sont ainsi bien centrés par rapport aux plots de contact du 15 dispositif testé et évitent de dégrader de tels plots de contact arrondis et durs. La distance « a » entre les sommets de deux pointes d'un élément multi-pointes est par exemple inférieure à environ 15 um. La figure 4 représente schématiquement une partie du dispositif 100 selon un troisième mode de réalisation. Sur cette figure, bien que le dispositif 100 20 comporte plusieurs éléments 112, un seul de ces éléments 112 est représenté. Par rapport au premier mode de réalisation, chaque élément 112 comporte, à la place de l'élément 116 en forme de pointe, un élément 116 comportant une portion 128 de matériau électriquement conducteur surmontée d'une portion conductrice 130 (qui est bombée sur la figure 4, mais qui pourrait être plane), par 25 exemple similaire aux portions 121 et 124 des deuxièmes éléments 120 se trouvant sur la face arrière 104 du dispositif 100. La portion 130 forme une pointe dont le sommet est bombé. La portion conductrice 130 comporte par exemple un métal de fluage tel que du SnAg ou du NiAu, dont la dureté est inférieure au métal formant les éléments 116 en forme de pointe ou de multi-pointes comme dans les premier et deuxième modes de 30 réalisation, ou bien un métal plus dur tel que du tungstène. De tels éléments 112 sont 3022697 15 bien adaptés pour réaliser un contact électrique avec des plots de contact du dispositif testé qui ne sont pas adaptés à un contact par des pointes, comme par exemple des plots en cuivre entourés d'isolant en formant une surface plane par exemple destinée à être reportée sur une puce par collage direct. De tels éléments 116 permettent de conserver 5 l'intégrité des plots de contact du dispositif testé. Dans ce troisième mode de réalisation, le facteur de forme, ou ratio d'aspect, de la pointe 116 peut être supérieur à 1 voire supérieur à 10 ou 30. Un tel facteur de forme élevé est avantageux lorsqu'une grande souplesse mécanique est requise, ou lorsque l'espacement entre la pointe de test et le plot de contact à tester est 10 variable ou élevé. Le facteur de forme, appelé AR, de la pointe 116 est défini par la formule suivante : AR = H / (4nA)1n avec H correspondant à la hauteur de la pointe 116 (dimension selon l'axe Z), et A correspondant à la surface de sa projection dans le plan du substrat 15 (parallèle au plan (X,Y)). La figure 5 représente schématiquement une partie du dispositif 100 selon un quatrième mode de réalisation. Sur cette figure, bien que le dispositif 100 comporte plusieurs éléments 112, un seul de ces éléments 112 est représenté. Par rapport au premier mode de réalisation dans lequel les membranes 20 114 forment des cavités 118 de forme bombée, les membranes 114 selon ce quatrième mode de réalisation délimitent des cavités 118 planes, dont la vue en coupe (telle que représentée sur la figure 5) est de forme rectangulaire ou carrée, c'est-à-dire des cavités 118 de forme sensiblement parallélépipédique, et avantageusement parallélépipédique rectangle. La forme de la zone d'ancrage à la base de la cavité est avantageusement 25 sensiblement rectangulaire (telle qu'un rectangle ou un carré ou un losange) mais peut également avoir une forme différente, par exemple polygonale ou autre. Une telle configuration avantageuse permet de conférer plus de souplesse aux membranes 114 lorsqu'elles sont soumises à une force de pression depuis les éléments 116 en contact avec les plots de contact du dispositif testé.
3022697 16 En variante de ce quatrième mode de réalisation, les cavités 118 peuvent avoir une forme autre que rectangulaire. En outre, l'élément 116 en forme de pointe de chaque élément 112 du dispositif 100 selon le quatrième mode de réalisation peut être remplacé par un élément 116 de type multi-pointes comme précédemment 5 décrit pour le deuxième mode de réalisation, ou par un élément 116 comportant les portions 128 et 130 comme précédemment décrit pour le troisième mode de réalisation. La figure 6 représente schématiquement le dispositif de connexion 100 selon un cinquième mode de réalisation. Par rapport au premier mode de réalisation, une ou plusieurs deuxièmes 10 cavités 132 sont réalisées au niveau de la face arrière 104 du dispositif 100, à travers le substrat 106 et la couche diélectrique 123. Les parties des couches diélectriques 110 et des couches d'interconnexions électriques 108 disposées au niveau de cette ou ces cavités 132 forment des deuxièmes membranes apportant une plus grande souplesse au dispositif 100. Une telle cavité 132 peut être réalisée telle que plusieurs éléments 112 15 soient présents sur la deuxième membrane formée par cette cavité 132, par exemple en regard du centre de la matrice formée des éléments 112. Dans ce cinquième mode de réalisation, la ou les couches diélectriques 110 comportent avantageusement un matériau élastique tel qu'un polymère, afin que la souplesse apportée par la présence de la ou des cavités 132 soit couplée à une deuxième 20 membrane moins rigide que dans le cas de couches diélectriques 110 comportant du Si02 ou du SiN. Les couches diélectriques 110 peuvent également être formées à la fois par une ou plusieurs couches de matériau minéral, et une ou plusieurs couches de matériau polymère. En variante, plusieurs cavités 132 peuvent être réalisées dans le 25 dispositif 100 telles qu'un seul élément de connexion soit présent sur la deuxième membrane formée par cette cavité 132, comme sur l'exemple de la figure 7. La réalisation d'une ou plusieurs cavités 132 peut également s'appliquer aux dispositifs de connexion 100 précédemment décrits en liaison avec les figures 1 à 5. La figure 8 représente un circuit électronique de test 1000 comportant 30 un dispositif de connexion électrique 100 selon l'un des modes de réalisation 3022697 17 précédemment décrits. Le circuit 1000 est disposé en regard d'un dispositif électronique 1002 destiné à être testé par le circuit électronique de test 1000. Le dispositif 1002 comporte des plots de contact 1004 dans lesquels les éléments 116 en forme de pointes sont destinés à être insérés. Le circuit 1000 est destiné à être hybridé temporairement au 5 dispositif 1002 durant le test du dispositif 1002. La face arrière 104 du dispositif 100 est hybridée à une interface électronique de test 1006 par l'intermédiaire des deuxièmes éléments de connexion électrique 120. Ainsi, différents tests électriques du dispositif 1002 peuvent être réalisés par l'interface électronique de test 1006 via les connexions électriques réalisées entre le dispositif 1002 et l'interface 1006 par l'intermédiaire des 10 plots de contact 1004, et du dispositif 100. La figure 9 représente un circuit électronique 1100 formé par un assemblage « 3D » entre le dispositif de connexion électrique 100 et un dispositif électronique 1102. Le dispositif 100 est hybridé de manière permanente au dispositif 1102 grâce aux éléments 112 insérés dans des plots de contact 1104 du dispositif 1102, 15 formant ainsi les liaisons électriques entre le dispositif 100 et le dispositif 1102. En variante, le dispositif 100 pourrait être couplé, au niveau de sa face arrière, à un autre dispositif électronique et/ou le dispositif 1102 pourrait être couplé à un autre dispositif électronique. On décrit maintenant, en liaison avec les figures 10A à 10K, un procédé 20 de réalisation du dispositif de connexion électrique 100 selon le premier mode de réalisation, correspondant à celui représenté sur la figure 1. Sur ces figures, la réalisation d'un seul premier élément de connexion électrique 112 est représentée. Le procédé est mis en oeuvre à partir du substrat 106 comportant sur sa face avant une première des couches diélectriques 110, par exemple en Si02 ou SiN 25 (figure 10A). Les vias conducteurs 122 sont ensuite réalisés à travers au moins une partie de l'épaisseur du substrat 106, au niveau de sa face avant (figure 10B). Pour cela, une gravure profonde est mise en oeuvre à travers la face avant du substrat 106, formant des trous à travers la partie de l'épaisseur du substrat 106 et au niveau desquels vont être 30 formés les vias 122. Une couche diélectrique d'isolation, par exemple une couche de Si02, 3022697 18 est ensuite déposée sur les parois des trous, puis une couche d'adhésion et de nucléation est déposée sur la couche diélectrique d'isolation par exemple via un dépôt électrolytique (couches non représentées sur la figure 10B). Le matériau conducteur des vias 122, par exemple du cuivre, est ensuite déposé en remplissant les trous. Le substrat 106 peut par 5 exemple avoir une épaisseur égale à 500 um ou 750 um, et les vias 122 peuvent être réalisés sur une hauteur égale à environ 100 um. Les couches d'interconnexion 108, les vias 111, les couches diélectriques 110 et les plots 113 sont ensuite réalisés sur la couche diélectrique disposée sur la face avant du substrat 106, par exemple via des dépôts de type damascène. Ces étapes 10 forment en outre la face avant 102 du dispositif 100 (figure 10C). Une couche sacrificielle, comportant par exemple du polymère ou une résine, est ensuite déposée sur la face avant 102. Cette couche sacrificielle est ensuite structurée par gravure afin que des portions restantes 134 de cette couche correspondent aux volumes des cavités 118 destinées à être réalisées (figure 10D). Dans 15 le cas d'une couche sacrificielle en polymère, une gravure de type plasma 02 peut être mise en oeuvre pour former des portions de polymère de forme bombée pour la réalisation de cavités 118 telles que représentées sur la figure 1. La forme bombée des portions de matériau sacrificiel peut également être obtenue par la mise en oeuvre d'un reflux.
20 Les membranes 114 sont ensuite réalisées via un dépôt d'une couche électriquement conductrice, par exemple en métal tel que Cu, de l'AI, du W, du Rh, du Rt, etc., et/ou du silicium dopé ou siliciure, recouvrant les portions restantes de la couche sacrificielle. Cette ou ces couches électriquement conductrices sont ensuite gravées afin que les portions restantes de cette ou des couches forment les premières membranes 25 114, et forment les capots des futures cavités 118 (figure 10E). Des trous de libération sont ensuite réalisés à travers ces capots, puis le matériau sacrificiel recouvert par les membranes 114 est ensuite gravé à travers ces trous de libération, par exemple via une gravure sèche et/ou humique, formant les cavités 118 (figure 10F).
3022697 19 Le ou les matériaux, par exemple un métal, destinés à former les éléments 116 sont ensuite déposés sur les membranes 114 et structurés par gravure humide pour former les éléments 116 (figure 10G). Il est possible que les éléments 116 bouchent les trous de libération précédemment réalisés à travers les membranes 114.
5 Ces trous peuvent être bouchés ou non, avec le ou les matériaux des éléments 116 voir avec d'autres matériaux (polymère par exemple). La structure obtenue est ensuite collée temporairement, au niveau de sa face avant 102, à un support formant une poignée mécanique (non visible sur les figures 10H à 10K). La face arrière de la structure, c'est-à-dire la face arrière du substrat 10 106, est ensuite amincie jusqu'à obtenir l'épaisseur souhaitée et atteindre notamment les vias 122. Une passivation de la face arrière peut ensuite être réalisée via le dépôt d'une couche de passivation 123, puis des ouvertures sont réalisées à travers la couche 123 pour réaliser des reprises de contact des vias 122 (figure 10H). Un dépôt électrochimique ECD, par exemple par électrolyse, de la 15 couche de nucléation 125 est ensuite réalisé au niveau de la face arrière 104. Une croissance électrolytique forme ensuite les portions 121. Les portions 124 sont ensuite réalisées par dépôt sur les portions 121 (figure 101). La couche de nucléation est ensuite gravée afin de ne conserver que certaines portions faisant partie des éléments de connexion 120 (figure 10J). Un éventuel reflux peut être mis en oeuvre lorsque le 20 matériau des portions 124 est un matériau de fluage tel que du SnAg, comme représenté sur la figure 10K. Enfin, le dispositif 100 obtenu est séparé de la poignée temporaire solidarisée à la face avant 102 du dispositif 100. Pour la réalisation du dispositif 100 comportant une ou plusieurs cavités 25 132 telles que précédemment décrites en liaison avec les figures 6 et 7, des étapes similaires à celles précédemment décrites pour la réalisation du dispositif 100 selon le premier mode de réalisation sont mises en oeuvre. La ou les cavités 132 sont toutefois réalisées par gravure à travers la face arrière de la structure, juste après l'étape de solidarisation de la structure avec la poignée mécanique temporaire.
3022697 20 Dans tous les modes de réalisation et exemples précédemment décrits, les premières membranes 114 sont disposées directement sur la première face 102 et les premières cavités 118 sont délimitées par les premières membranes 114 et la face avant 102. En variante, les premières membranes 114 peuvent être réalisées non pas 5 directement sur la première face 102 mais sur des supports qui sont disposés sur la face avant 102. Ainsi, les cavités 118 sont dans ce cas formées entre les premières membranes 114 et ces supports. De tels supports peuvent correspondre à de simples supports mécaniques, ou peuvent comporter d'autres éléments comme par exemple un matériau piézoélectrique disposé entre deux électrodes, ce qui permet de commander 10 électriquement la position du support en appliquant une tension électrique appropriée aux bornes des électrodes.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de connexion électrique (100) destiné à être hybridé à un dispositif électronique (1002, 1102), comportant un ou plusieurs premiers éléments de connexion électrique (112) disposés sur une face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) tels que chaque premier élément de connexion électrique (112) comporte : - au moins une première membrane (114) électriquement conductrice délimitant, avec la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100), au moins une première cavité (118), la première membrane (114) étant solidarisée à la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) au moins au niveau de la périphérie de la première cavité (118), - au moins un élément électriquement conducteur (116) disposé sur la première membrane (114) dudit premier élément de connexion électrique (112) et destiné à être en contact avec au moins un plot de contact (1004, 1104) du dispositif électronique (1002, 1102).
  2. 2. Dispositif de connexion électrique (100) selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque premier élément de connexion électrique (112), la première 2 0 membrane (114) est solidarisée à la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) au niveau de toute la périphérie de la première cavité (118).
  3. 3. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premiers éléments de connexion électrique 25 (112) sont disposés en matrice avec un pas inférieur à environ 100 um.
  4. 4. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque élément électriquement conducteur (116) comporte au moins une portion de matériau électriquement conducteur dont une 3022697 22 extrémité forme une ou plusieurs pointes, chaque pointe étant de forme sensiblement bombée ou plane ou pointue.
  5. 5. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des 5 revendications précédentes, dans lequel chaque première membrane (114) forme un capot de la première cavité (118) qui est délimitée par ladite première membrane (114), le capot étant de forme sensiblement plane ou bombée.
  6. 6. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des 10 revendications précédentes, dans lequel chaque première membrane (114) est reliée à au moins un plot électriquement conducteur (113) formé dans le dispositif de connexion électrique (100) et lui-même relié à au moins un deuxième élément de connexion électrique (120) disposé sur une face arrière (104) du dispositif de connexion électrique (100). 15
  7. 7. Dispositif de connexion électrique (100) selon la revendication 6, dans lequel chaque deuxième élément de connexion électrique (120) comporte au moins une portion de matériau électriquement conducteur (121, 124) dont un sommet est de forme sensiblement bombée ou plane ou pointue.
  8. 8. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications 6 ou 7, comportant en outre au moins : - un substrat (106), - une ou plusieurs couches diélectriques (110) superposées et disposées sur le substrat (106) et formant la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100), - au moins une couche d'interconnexion électrique (108) disposée sous la couche diélectrique (110) ou entre les couches diélectriques (110), chaque plot électriquement conducteur (113) étant relié à la couche d'interconnexion électrique (108), 3022697 23 - un ou plusieurs vias électriquement conducteurs (122) traversant au moins le substrat (106) et reliant électriquement chaque deuxième élément de connexion électrique (120) à la couche d'interconnexion électrique (108). 5
  9. 9. Dispositif de connexion électrique (100) selon la revendication 8, dans lequel la ou les couches diélectriques (110) comportent au moins un matériau diélectrique minéral ou polymère.
  10. 10. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des 10 revendications 8 ou 9, comportant en outre au moins une deuxième cavité (132) formée à travers le substrat (106) et telle qu'au moins une partie de la ou des couches diélectriques (110) sur lesquelles est disposé au moins un premier élément de connexion électrique (112) forme au moins une deuxième membrane au niveau de la deuxième cavité (132). 15
  11. 11. Dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications 8 ou 9, comportant en outre plusieurs deuxièmes cavités (132) formées à travers le substrat (106) et telles que des parties de la ou des couches diélectriques (110) sur chacune desquelles est disposé un premier élément de connexion électrique (112) forment des deuxièmes membranes au niveau des deuxièmes cavités (132). 20
  12. 12. Circuit électronique de test (1000) comportant au moins un dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications 6 à 11, dans lequel le dispositif électronique (1002) est destiné à être testé par le circuit électronique de test 25 (1000), et dans lequel la face arrière (104) du dispositif de connexion (100) est hybridée à une interface électronique de test (1006) par l'intermédiaire des deuxièmes éléments de connexion électrique (120). 3022697 24
  13. 13. Circuit électronique (1100) comportant au moins un dispositif de connexion électrique (100) selon l'une des revendications 1 à 11 hybridé au dispositif électronique (1102) tel que les éléments électriquement conducteurs (116) du dispositif de connexion électrique (100) sont ancrés dans les plots de contact (1104) du dispositif 5 électronique (1102).
  14. 14. Procédé de réalisation d'un dispositif de connexion électrique (100) destiné à être hybridé à un dispositif électronique (1002, 1102), comportant la réalisation d'un ou plusieurs premiers éléments de connexion électrique (112) sur une face avant 10 (102) du dispositif de connexion électrique (100) au moins par la mise en oeuvre, pour chaque premier élément de connexion électrique (112), des étapes de : - réalisation d'au moins une portion de matériau sacrificiel (134) sur la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) ; - réalisation d'au moins une première membrane (114) électriquement 15 conductrice telle qu'elle recouvre au moins la portion de matériau sacrificiel (134) et est solidarisée à la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) au moins au niveau de la périphérie de la portion de matériau sacrificiel (134) ; - réalisation d'au moins un trou de libération à travers la première membrane (114) ; 20 - élimination de la portion de matériau sacrificiel (134) à travers le trou de libération, formant au moins une première cavité (118) délimitée par la première membrane (114) et la face avant (102) du dispositif de connexion électrique (100) ; - réalisation d'au moins un élément électriquement conducteur (116) sur la première membrane (114) tel qu'il soit destiné à être en contact avec au moins un 25 plot de contact (1004, 1104) du dispositif électronique (1002, 1102).
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, comportant en outre, préalablement à la réalisation du ou des premiers éléments de connexion électrique (112), la mise en oeuvre des étapes suivantes : 3022697 25 - réalisation, à travers au moins une partie de l'épaisseur d'un substrat (106), d'un ou plusieurs vias électriquement conducteurs (122) ; - réalisation d'au moins une couche d'interconnexion électrique (108) entre le substrat (106) et une couche diélectrique (110) ou entre plusieurs couches 5 diélectriques (110), - réalisation d'un ou plusieurs plots électriquement conducteurs (113) dans le dispositif de connexion électrique (100) et auxquels la ou les premières membranes (114) sont destinées à être reliées ; et comportant en outre, après la réalisation du ou des premiers 10 éléments de connexion électrique (112), la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'un ou plusieurs deuxièmes éléments de connexion électrique (120) sur une face arrière (104) du dispositif de connexion électrique (100) tels que chaque première membrane (114) est reliée à au moins un des deuxièmes éléments de connexion électrique (120) par l'intermédiaire du ou d'un des plots électriquement 15 conducteurs (113), de la couche d'interconnexion électrique (108) et du ou d'un des vias électriquement conducteurs (122).
  16. 16. Procédé selon la revendication 15, comportant en outre, entre la réalisation du ou des premiers éléments de connexion électrique (112) et la réalisation du 20 ou des deuxièmes éléments de connexion électrique (120), la réalisation d'au moins une deuxième cavité (132) à travers le substrat (106) et telle qu'au moins une partie de la ou des couches diélectriques (110) sur lesquelles est disposé au moins un premier élément de connexion électrique (112) forme au moins une deuxième membrane au niveau de la deuxième cavité (132). 25
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