Brevet FR2805709A1 — publié le 20010831

CONNEXION ELECTRIQUE ENTRE DEUX FACES D'UN SUBSTRAT ET PROCEDE DE REALISATION DESCRIPTION Domaine technique présente invention a pour obj une connexion électrique entre deux faces d'un substrat et un procédé de realisation de cette connexion. Elle trouve une application dans la réalisation de composants ou de circuits électroniques ou encore dispositifs nécessitant des connexions électriques comme des têtes magnétiques ou des capteurs. Etat de la technique antérieure Le document FR-A-2 637 151 décrit un procédé de réalisation de connexions électriques à travers un substrat. Ce procédé est illustré par les figures 1A, lBi annexées. Sur un substrat 10, on dépose une couche isolante 12 et on balaie, avec un pas défini, la face arrière du substrat par un faisceau laser de longueur d'onde appropriée. Le rayonnement laser est absorbe par le substrat et provoque localement l'abrasion de celui-ci. Quand toute l'épaisseur du substrat a été abrasée, le rayonnement atteint la couche isolante 12 qui, elle, est transparente au rayonnement choisi. Elle demeure intacte et constitue donc un fond pour les trous percés dans le substrat qui, de ce fait, sont borgnes. on réalise ensuite une oxydation thermique créant notamment une couche isolante 14 sur la paroi des trous et sur la face arrière du substrat (Fig. 1A). On dépose ensuite une couche conductrice 16 qui vient revêtir parois et le fond des trous. Par une technique de gravure, on vient enlever une partie de la couche isolante 12 recouvrant la couche conductrice face avant pour créer une ouverture 18 (Fig. 1B). On prend ensuite un contact électrique sur la couche métallique 16 par un plot conducteur 18 (Fig. 1C). La connexion électrique entre la face avant et la face arrière substrat est ainsi assurée par le matériau métallique du plot 18 et la couche métallique 16. On peut procéder ensuite, par des moyens traditionnels, a la réalisation du circuit électrique sur la face avant du substrat. Pareil procédé présente au moins deux inconvénients : - comme implique la présence de trous dans le substrat, il nécessite des précautions particulières lors de certaines opérations liées a la réalisation du circuit, comme par exemple l'étalement d'une résine, le nettoyage des pièces, etc ... ; - la présence, dans les trous, d'un matériau métallique différent du substrat entraÎne des contraintes et déformations lors des étapes mettant en jeu des températures supérieures à la température ambiante ; ces mêmes contraintes et déformations seront très gênantes lors du fonctionnement du composant à température élevée. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients en évitant la présence de trous en réduisant les différences de nature entre matériaux. Exposé l'invention A cette fin, l'invention propose une connexion électrique (appelée encore "via" conducteur), dans laquelle le substrat est conducteur semi- conducteur), cette propriété de conduction étant justement mise à profit pour réaliser la connexion. on observera que, dans la technique antérieure vient d'être décrite, si l'on utilisait un substrat conducteur, cette conductivité ne constituerait pas un avantage puisque la connexion s'effectuerait toujours par un matériau rapporté (la couche 16) différent du substrat. Selon l'invention, c'est le substrat même qui va servir de moyen de connexion électrique entre les deux faces. La partie du substrat réalisant cette connexion devra naturellement être électriquement isolée reste du substrat. Cette fonction d'isolement est réalisée par au moins une tranchée 'on peut appeler aussi cloison ou mur), s'étendant sur toute l'épaisseur du substrat et entourant complètement la partie du substrat constituant la connexion. Cette ou ces tranchée(s) doit (doivent) être au moins en partie comblée(s) pour assurer la tenue mécanique de l'ensemble du substrat. De façon précise, la présente invention a pour objet une connexion électrique entre deux faces d'un substrat, caractérisée en ce que le substrat est conducteur ou semi-conducteur et en ce que la connexion comprend au moins une tranchée électriquement isolante s'étendant sur toute l'épaisseur du substrat et entourant complètement une partie du substrat, cette tranchée étant comblée sur au moins une partie de sa hauteur. La tranchee peut être formée de deux gorges disposées en regard l'une de l'autre et formées à partir de chacune des deux faces du substrat. L'une ou l'autre des gorges est comblée, ou éventuellement les deux. Selon un mode de réalisation, la partie comblée de la tranchée comprend une première gorge gravée dans le substrat à partir d'une première face de celui-ci, un matériau électriquement isolant comblant cette première gorge. Selon un autre mode de réalisation, la paroi de la première gorge recouverte d'une couche isolante et la gorge est comblée par un autre matériau. Cet autre matériau peut etre électriquement conducteur ou semi- conducteur de préférence, ce matériau présente un coefficient de dilatation proche de celui du substrat. Selon encore un autre mode de réalisation, la tranchée comprend une seconde gorge gravée dans le substrat à partir d'une seconde face de celui-ci, cette seconde gorge ayant un fond débouchant dans la partie comblée de la tranchée. Selon encore un autre mode de réalisation, la seconde gorge est également comblée. Selon une autre variante, la tranchée comporte une seule gorge partiellement ou totalement comblée. La présente invention a également pour obj un procédé de réalisation de la connexion électrique qui vient d'être définie et qui est caractérisé en ce il comprend les opérations suivantes : - on part d'un substrat conducteur' ou semi- conducteur, on réalise sur toute l'épaisseur du substrat au moins une tranchée électriquement isolante entourant complètement une partie du substrat, cette tranchée étant comblée sur au moins une partie de sa hauteur. Pour réaliser la tranchée, on peut graver deux gorges communiquantes à partir des deux faces du substrat et en combler au moins une ou réaliser une seule gorge et amincir l'autre face du substrat jusqu'à ladite gorge. peut aussi réaliser plusieurs tranchées, concentriques ou non, et par exemple deux, l'une à l'intérieur l'autre à l'extérieur. Dans les définitions qui précèdent, la "première" et la "seconde" faces peuvent être les faces "avant" et "arrière" du substrat ou les faces "arrière" et "avant", ces désignations étant conventionnelles et n'ayant aucun caractère limitatif. Brève description des dessins - les figures 1A, 1B, ic, à décrites, illustrent un procédé de réalisation d'une connexion selon l'art antérieur - - les figures 2A et 2B illustrent, en vue de dessus et en coupe, une premiere étape d'un procédé selon l'invention ; - la figure 3 illustre la formation d'une première gorge ; - la figure 4 illustre une variante dans laquelle on comble cette première gorge par un matériau isolant ; - la figure 5 illustre une autre variante dans laquelle on recouvre la paroi de la première gorge par une couche isolante ; - la figure 6 illustre le comblement de cette gorge ainsi recouverte ; la figure 7 illustre une étape supplémentaire de formation de couches apte à réaliser des circuits ou interconnexions sur la face avant du substrat ; la figure 8 illustre une opération d'amincissement du substrat par la face arrière ; - la figure 9 illustre la formation d'un plot de contact sur la face arrière du substrat ; - la figure 10 illustre la formation d'une seconde gorge dans le substrat aminci, et montre la connexion électrique achevée dans un mode de réalisation oÙ cette seconde gorge n'est pas comblée ; - la figure 11 illustre une autre variante oÙ les deux gorges sont comblées par des matériaux isolants ; - les figures 12A, 12B, 12C montrent diverses formes de motifs de tranchées et illustrent variante à deux gorges triangulaires. Description de modes particuliers de réalisation Les fi gures 2A et 2B montrent un substrat présentant par exemple la forme d'une tranche ilicium de 500 pm d'épaisseur et de 2 ntÇ2xcm de résistivité. Ce substrat présente une première face 21 sera dite "avant" et une seconde face 22 qui sera dite "arrière". La face avant 21 est recouverte d'une resine photosensible 24 que l'on insole à travers un masque pour définir un motif fermé qui va correspondre à la future tranchée. Dans le mode de réalisation illustré, ce motif fermé est un anneau circulaire 26 dont le diamètre intérieur peut être, par exemple, 180 pm et dont la largeur peut être de 6 pm. En développant la résine, on met à nu la face avant 21 substrat le long de l'anneau 26. On grave, par exemple par gravure sèche, substrat dans la zone dénudée pour obtenir une gorge comme illustré sur la figure 3. Cette gorge peut avoir par exemple, une profondeur de 60 pm. Après retrait de la résine, on peut, dans une première variante illustrée sur la figure 4, remplir cette gorge de matériau isolant référencé 30. Dans une autre variante illustrée la figure 5, on soumet tout le substrat à une oxydation thermique pour qu'une mince couche isolante 32, l'occurrence une couche de silice si le substrat est en silicium) vienne recouvrir la paroi intérieure de la gorge. Une couche 33 isolante se trouve également déposée sur la face arrière. On dépose ensuite, par exemple par vaporisation chimique (CVD ou "Chemical Vapour Déposition") un matériau présentant de préférence un coefficient de dilatation thermique proche de celui du substrat. Il peut s'agir, par exemple de silicium polycristallin si le substrat est en silicium. Ce matériau porte la référence 36 sur la figure 6. Une couche 37 se trouve être également déposée sur la face arrière. on polit ensuite la face avant, par exemple par procédé mécano-chimique, pour ne laisser subsister le matériau 36 que dans les gorges. figure 7 illustre une étape suivante où l'on réalise diverses pistes conductrices 38 sur la face avant substrat, par des procédés connus en micro- électronique. Ces pistes sont en contact électrique avec substrat dans la zone située ' l'intérieur de la première gorge. Une couche de protection 39 peut venir recouvrir le tout. On peut amincir ensuite le substrat, c omme illustré sur la figure 8, par exemple par un procédé mécanique, mécano-chimique ou chimique, jusqu'à obtenir une épaisseur voulue, par exemple 250 La nouvelle face arrière est référencée 40. La figure 9 montre, sur cette face arrière, un plot de contact , par exemple en métal. Sur ce plot, on pourra venir souder des fils métalliques ou déposer billes de soudure (selon l'application). L'emplacement du plot 42 correspond à l'intérieur de l'anneau defini par la première gorge réalisée face avant. Comme illustré sur figure 10, on forme alors une seconde gorge 44, à partir de la face arrière 40, avec les mêmes procédés photolithographie et de gravure que pour la première gorge. La gravure est poursuivie jusqu'à ce qu'elle débouche sur le matériau de remplissage de la première gorge. on a ainsi complètement isolé la partie 46 du substrat. Cette partie 46 constitue une connexion électrique reliant électriquement les pistes 38 réalisées sur la face avant et le plot de contact 42 de la face arrière. Dans l'exemple pris, avec les dimensions données et le silicium comme substrat, on obtient une connexion dont la résistance est de l'ordre de l'Ohm. Il va de soi qu'il ne s'agit là d'un exemple ne limitant en rien l'invention. Pour obtenir une autre valeur, on modifiera l'épaisseur substrat et/ou le diamètre intérieur de l'anneau et/ou la résistivité du substrat. La figure 11 illustre un autre mode de réalisation dans lequel la première gorge pratiquée face avant est comblée par un matériau isolant 48 (par exemple du verre, de la silice, etc ... ), la seconde gorge pratiquée face arrière étant également comblée par un matériau isolant 50 (verre, silice, etc...). Selon un autre mode de réalisation, la tranchée ne comporte qu'une gorge comblée, le substrat étant ensuite aminci jusqu'à mise à jour du matériau de remplissage de la gorge. Pour finir, les figures 12A, 12B et 12C montrent trois profils fermés 60 autres que circulaires, à savoir respectivement carré, triangulaire et hexagonal. Toutes formes ne sont données qu à titre d'exemples. Sur la figure 12B, on a représenté le cas où l'on réalisé deux tranchées 61 et 62. pourrait en réaliser davantage, et ce, quelle que soit la forme du profil. Par ailleurs, les tranchées ne sont pas nécessairement réalisées avec deux parois latérales verticales, mais pourraient être réalisées avec d'autres formes, par exemple obliques. REVENDICATIONS 1. Connexion électrique entre deux faces d'un substrat, caractérisée en ce que le substrat (20 est conducteur ou semi-conducteur et en ce que la connexion comprend au moins une tranchée électriquement isolante (36, 44) (48, 50) s'étendant sur toute l'épaisseur du substrat (20) et entourant complètement une partie (46) du substrat, cette tranchée étant comblée sur au moins une partie de sa hauteur. 2. Connexion électrique selon la revendication 1, dans laquelle la partie comblée de la tranchée comprend une première gorge (28) gravée dans le substrat à partir d'une première face (21) de celui un matériau électriquement isolant (30) comblant cette première gorge. 3. Connexion électrique selon la revendication 1, dans laquelle la partie comblée de la tranchée comprend une première gorge gravée (28) dans le substrat (20) à partir d'une première face (21) de celui-ci, une couche électriquement isolante (32) recouvrant la paroi de cette première gorge (28), un autre matériau (36) comblant cette première gorge. 4. Connexion électrique selon la revendication 3, dans lequel le matériau (36) comblant la première gorge (28 présente un coefficient de dilatation proche de celui du substrat (20). . Connexion électrique selon la revendications 1, dans laquelle la tranchée comprend une partie comblee formée par une seconde gorge (44) gravée dans le substrat (20) à partir d'une seconde face (40) celui-ci, cette seconde gorge (44) ayant un fond débouchant dans la partie comblée de la tranchée. 6. Connexion selon la revendication 1, dans laquelle la tranchée est comblée sur toute sa hauteur et comprend une première gorge gravée dans le substrat à partir de la première face, cette première gorge étant comblée (48), et une seconde gorge gravée dans le substrat à partir de la seconde face et rejoignant la première gorge, cette seconde gorge étant également comblée (50). 7. Connexion selon la revendication 1, dans laquelle la tranchée comprend une seule gorge partiellement ou totalement comblée. 8. Connexion électrique selon la revendication 1, comprenant en outre un plot de contact électrique (42) disposé sur l'une des faces du substrat, dans la partie (46) est complètement entourée par la tranchée. Procédé de réalisation d'une connexion électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - on part d'un substrat conducteur ou semi- conducteur (20), - on réalise sur toute l'épaisseur du substrat moins une tranchée électriquement isolante entourant complètement une partie (46) substrat (20), cette tranchée étant comblée sur au moins une partie de sa hauteur (36) (48, 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel, pour réaliser la partie comblée de la tranchée, on forme, a partir d'une première face (21) du substrat (20), une première gorge (28) et on comble cette première gorge (28) par au moins un matériau isolant (30). 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel, pour réaliser la partie comblée de la tranchée, on forme, à partir d'une première face (21) du substrat (20), une première gorge (28), on dépose une couche de matériau electriquement isolant (32) sur les parois de cette première gorge et on comble cette gorge par autre materiau (36). 12. Procédé selon les revendication 9 ou 11, dans lequel on forme, à partir d'une seconde face (40) substrat (20), une seconde gorge (44) disposée en regard de la première et débouchant sur le matériau comblant la première gorge. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on comble la seconde gorge (50). 14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel avant la formation de la seconde gorge ), on amincit le substrat (20) pour l'amener à une épaisseur voulue et l'on forme la seconde gorge dans le substrat ainsi aminci. . Procédé selon la revendication 9, dans lequel pour réaliser la tranchée, on forme à partir d'une première face du substrat, une gorge que l' comble totalement ou partiellement et on amincit le substrat à partir d'une deuxième face jusqu'à atteindre au moins la gorge. 16. Procédé selon la revendication 12, dans lequel, avant de former la seconde gorge (44), on réalise un plot de contact électrique (42) sur la seconde face (40) du substrat (20), en regard de la partie du substrat (46) qui est complètement entourée par la première gorge. 17. Procédé selon la revendication 15, dans lequel on réalise un plot de contact électrique sur la face amincie en regard du substrat qui est complètement entourée par la gorge. 18. Procédé selon les revendications 10, 11, 12 ou 15, dans lequel, pour former une gorge à partir d'une face (21) du substrat (20), on dépose sur cette face une couche de résine (24), on insole cette résine à travers un masque définissant un motif fermé, on développe la résine ce qui dégage le substrat suivant ledit motif fermé (26), et on grave le substrat (20) à travers ce motif (26).