Brevet FR2699329A1 — publié le 19940617

Procédé de positionnement l'une par rapport à l'autre de plaquettes de semi-conducteurs. L'invention concerne un procédé pour le positionnement pré- cis, l'une par rapport à l'autre, de deux plaquettes de semi-conduc- teurs. Le problème qui se pose lors de la fabrication de détecteurs, en particulier lors de la fabrication de détecteurs micro-mécaniques, est qu'il faut d'abord positionner l'une par rapport à l'autre deux pla- quettes de semi-conducteurs ou plus puis les relier par des procédés techniques adaptés (par exemple liaison anodique, liaison autre de pla- quettes) On connaît divers procédé permettant d'effectuer ce position- nement. Dans le procédé à lumière infrarouge transmise, on éclaire les deux plaquettes de semi-conducteurs avec de la lumière de grande lon- gueur d'onde A l'aide d'un microscope, d'une caméra à infrarouges et d'un dispositif de positionnement on repère des structures particulières situées entre les plaquettes de semi-conducteurs et on les positionner les unes par rapport aux autres L'inconvénient de ce procédé est que la lumière infrarouge de grande longueur d'onde ne permet pas d'obte- nir une précision de positionnement suffisante et que les zones forte- ment dopées ou métallisées ne peuvent pas être éclairées avec de la lu- mière infrarouge. Le procédé de positionnement bilatéral fait appel à deux mi- croscopes; le premier microscope est dirigé sur la face supérieure de la première plaquette de semi-conducteur et le deuxième microscope est dirigé sur la face inférieure de la deuxième plaquette Dans un premier temps on positionne les deux microscopes l'un par rapport à l'autre en utilisant un masque transparent On place ensuite les deux plaquettes de semi-conducteurs dans l'appareil et, au moyen d'un dispositif de po- sitionnement, on règle la position de la plaquette supérieure avec ses repères par rapport au réticule du microscope supérieur On procède de la même manière pour la plaquette inférieure L'inconvénient de ce procédé est entre autre la dépense élevée en appareillage. Par ailleurs l'inconvénient de ces deux procédés est que la liaison (communément appelée bonding) doit être réalisée immédiate- ment après le positionnement, laquelle liaison se déroule à des tempé- ratures de quelques centaines de degrés C Sur le plan de l'appareillage la combinaison de dispositifs de chauffage et de dispositifs mécani- ques et optiques de haute précision est très délicate et très onéreuse. Par la demande publiée de brevet japonais 3-106012 du 02.05 1991, on connaît un procédé pour positionner et ajuster optique- ment des substrats de semi-conducteurs, lequel procédé nécessite l'ap- plication sur les substrats de couches présentant une perméabilité pré- déterminée à la lumière. L'objet de la présente invention est de proposer un moyen simple qui permette de positionneet d'ajuster avec précision l'une par rapport à l'autre deux plaquettes de semi-conducteurs. Le problème est résolu conformément à l'invention par le fait que l'on introduit une bille de diamètre connu dans une cavité dans la première plaquette de semi-conducteur de telle sorte que la bille pénè- tre jusqu'à sa ligne équatoriale dans ladite cavité et que l'on amène une cavité correspondante de la deuxième plaquette de semi-conduc- teur en relation avec l'autre moitié du diamètre de la bille, de telle sorte que la bille assure un positionnement exact des deux plaquettes de semi-conducteurs l'une par rapport à l'autre. Conformément à une caractéristique de l'invention, les cavi- tés dans les plaquettes de semi-conducteurs sont réalisées par des pro- cédés chimiques ou physiques anisotropes ou isotropes Les cavités ont des dimensions définies et sont disposées en des points situés en vis-à- vis sur les plaquettes de semi-conducteurs La bille pénètre dans une proportion techniquement adaptée de son diamètre dans la cavité correspondante des plaquettes de semi-conducteurs à positionner. Conformément à une caractéristique de l'invention, chacune des plaquettes de semi-conducteurs à positionner comporte plusieurs cavités et une bille est associée chaque fois à deux cavités qui coinci- dent. Le procédé selon l'invention est décrit ci-après à partir de l'exemple d'un détecteur d'écoulement représenté sur la figure 1. Le détecteur d'écoulement est constitué des plaquettes de se- mi-conducteurs 1 et 2 entre lesquelles sont disposés le canal d'écoule- ment 3 et le capteur 4. Par un procédé photolithographique on réalise au moins deux ouvertures sur chacune des surfaces à assembler Puis, par un procédé chimique ou physique, on réalise des cavités 5 dans les plaquettes de semi-conducteurs 1 et 2, à l'endroit des ouvertures (figure 2) La for- me de la cavité ainsi obtenue doit être connue; elle doit être telle qu'une bille 6 de diamètre parfaitement défini puisse être placée dans la dite cavité et pénètre dans celle-ci précisément jusqu'à sa ligne équatoriale ou jusqu'à la moitié de son diamètre Si maintenant on dis- pose la première plaquette de semi-conducteur 1 de telle sorte que ses cavités soient tournées vers le haut et on place des billes 6 dans les cavités, on peut amener la deuxième plaquette de semi-conducteur 2 pourvue de cavités 5 semblables sur la première, seul un positionne- ment grossier étant nécessaire dans ce cas Par l'action du poids de la plaquette supérieure, les cavités se positionnent sur les moitiés saillantes des billes de telle sorte que l'on obtient un positionnement précis des plaquettes les unes par rapport aux autres Le capteur déli- vre des signaux électriques en direction de l'extérieur pour l'intermé- diaire de contacts 7. Ce procédé présente un certain nombre d'autres avantages: les étapes du procédé photolithographique, les étapes des procédés d'attaque chimique et physique font partie des étapes de pro- cédé standard de fabrication de semi-conducteurs et par conséquent, les cavités peuvent être réalisées de manière simple au cours d'une sé- quence d'un procédé standard. le positionnement automatique des plaquettes de semi- conducteurs par leur propre poids s'effectue avec une précision de l'or- dre du micromètre. les plaquettes de semi-conducteurs peuvent être transpor- tées sans difficulté à l'état de positionnement avec une faible pression d'application. aucune installation coûteuse, telle que microscopes à infra- rouges, dispositifs bilatéraux et autres manipulateurs, n'est nécessaire. le positionnement des plaquettes peut être effectué directe- ment sur le dispositif d'exécution des liaisons avec peu moyens addi- tionnels. Le procédé peut être appliqué non seulement à la fabrication de détecteurs micro-mécaniques au silicium mais encore dans tous les domaines de la micro-électronique et de la micro-mécanique o un po- sitionnement extrêmement précis est nécessaire et o il n'est possible d'utiliser des butées mécaniques disposées au niveau des bords exté- rieurs des substrats. REVENDICATIONS 1 Procédé pour le positionnement et l'ajustement l'une par rapport à l'autre de deux plaquettes de semi-conducteurs, caractérisé par le fait que l'on introduit une bille de diamètre connu dans une ca- vité de la première plaquette de semi-conducteur de manière telle que celle-ci pénètre jusqu'à sa ligne équatoriale dans ladite cavité et que l'on amène l'autre moitié de la bille en relation avec une cavité corres- pondante de la deuxième plaquette de semi-conducteur de manière à obtenir à l'aide de la bille un positionnement des deux plaquettes de semi-conducteurs l'une par rapport à l'autre. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les cavités ( 5) sont réalisées par des procédés chimiques ou physiques anisotropes ou isotropes. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que les cavités ont des dimensions défi- nies et sont disposées en des points situés en vis-à-vis sur les plaquet- tes de semi-conducteurs. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que la bille pénètre dans un rapport tech- niquement adapté de son diamètre dans les cavités correspondantes des plaquettes de semi-conducteurs à positionner. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que chacune des plaquettes de semi- conducteurs à positionner comporte plusieurs cavités et qu'une bille est associée chaque fois à deux cavités qui coïncident.