Brevet FR2821577A1 — publié le 20020906

PROCEDE D'ASSEMBLAGE D'ELEMENTS PAR CHAUFFAGE LOCALISE Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'éléments par chauffage localisé. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'au moins deux éléments sensiblement plans de faible épaisseur par chauffage localisé. Les éléments sensiblement plans de faible épaisseur peuvent être, par exemple, des plaques, des lames, des tranches, des films minces ou encore des couches minces. Les éléments peuvent être faits de matériaux tels que, par exemple, le silicium, le verre ou un métal. L'invention s'applique, par exemple, au scellement de cavités et de jonctions mécaniques ou électriques situées à l'interface de deux substrats. Selon l'art connu, l'assemblage d'éléments sensiblement plans s'effectue sans apport de matière ou avec apport de matière. L'assemblage sans apport de matière peut être réalisé en mettant en contact deux surfaces polies après préparation chimique des surfaces puis chauffage pour consolidation. Les matériaux mis en contact peuvent être Si/Si, Si/Si02, Si/métal, métal/métal. Ce type d'assemblage est connu de l'homme de l'art sous l'appellation"wafer bonding". Un autre type d'assemblage sans apport de matière est connu sous l'appellation d'assemblage de type anodique. Il s'agit alors d'établir la liaison entre deux matériaux réagissant à l'interface sous l'effet conjugué d'un champ électrique et de la température (par exemple, interface Si/verre Pyrex ou Al/verre Pyrex). L'assemblage avec apport de matière peut être un assemblage de type adhésif. Un intermédiaire adhésif, par exemple de la résine époxy, peut être localisé entre les- éléments à assembler. Il peut s'agir également d'un assemblage de type métallique : - apport d'un métal dont l'alliage avec les matériaux à assembler a un point de fusion moins élevé que celui du métal (ex. Si/métal/Si), - hybridation de puces élémentaires sur substrat, - fusion de métaux. Les méthodes d'assemblage selon l'art antérieur présentent de nombreux inconvénients. La préparation chimique des surfaces est ainsi prohibée pour l'assemblage de circuits déjà finalisés et donc fragiles. Il en est de même pour les méthodes qui nécessitent une montée en température des circuits. L'apport de matériaux intermédiaires est également un inconvénient. Exposé de l'invention L'invention ne présente pas ces inconvénients. En effet, l'invention concerne un procédé d'assemblage d'au moins deux éléments, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de mise en contact d'au moins une face sensiblement plane d'un premier élément avec une face sensiblement plane d'un deuxième élément de façon à constituer une interface entre les premier et deuxième éléments, le deuxième élément étant fait d'un matériau sensiblement non transparent pour une longueur d'onde ^ de rayonnement laser, - une étape de réalisation d'un chemin de fusion selon une fraction ou une totalité d'une épaisseur du deuxième élément à l'aide d'un rayonnement laser de longueur d'onde X, la trajectoire du chemin de fusion passant par l'interface. De façon préférentielle mais non limitative, le procédé selon l'invention comprend une étape pour faire le vide entre les deux faces qui constituent l'interface. Les surfaces en contact à sceller présentent une très faible rugosité et une bonne planéité. En dehors des surfaces à sceller, les surfaces en regard peuvent être ouvragées et, en conséquence, distantes l'une de l'autre. C'est le cas, par exemple, des circuits fabriqués, en micro-technologie, selon la technologie des circuits intégrés. Le scellement peut s'effectuer au travers de matériaux transparents au rayonnement de longueur d'onde X que traverse le faisceau avant d'atteindre les interfaces au niveau desquelles le scellement est effectif. Par exemple, un rayonnement laser infrarouge qui traverse sans dommage un substrat de verre permet la jonction locale de ce substrat de verre avec un substrat de silicium placé au-dessous de lui. Le procédé agit par soudure ou par recuit rapide du scellement direct déjà présent à l'interface du fait de la qualité du contact entre les surfaces. Il s'ensuit avantageusement la possibilité d'assembler des matériaux non soudables tels que le silicium. Dans le cas de matériaux à traverser non transparents à la longueur d'onde À, le faisceau interagit avec la matière traversée et fait fondre cette dernière jusqu'au-delà de l'interface, créant ainsi la jonction soit par soudure, soit par recuit du scellement déjà amorcé par le contact des surfaces. Avantageusement, les zones mises en contact selon le procédé de l'invention permettent de définir un chemin de clivage pour une découpe ultérieure. Il est également possible de prolonger le procédé selon l'invention lui-même jusqu'à la découpe des circuits. Dans la même opération, il est alors possible, par exemple, d'assembler certains éléments et d'en découper d'autres. Dans les deux cas, la découpe peut avantageusement s'effectuer sans les protections usuelles mises en oeuvre dans les procédés de découpe standard (projection d'eau, projection de particules, retournement du circuit, etc.). Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation de l'invention fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : - la figure 1 représente un montage pour assembler deux éléments plans de faible épaisseur selon l'invention ; - la figure 2 représente l'action d'un rayonnement laser de longueur d'onde sur un élément plan de faible épaisseur non transparent à une longueur d'onde À ; - la figure 3 représente un exemple de structure assemblée selon l'invention. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention La figure 1 représente un montage pour assembler deux éléments plans de faible épaisseur selon l'invention. Deux éléments plans de faible épaisseur 5 et 6, par exemple deux plaques en silicium ou un substrat supportant une couche mince en regard d'une autre plaque ou d'une autre couche mince supportée par un autre substrat, sont placés à l'intérieur d'une cavité C et mis en contact l'un avec l'autre. La cavité C est définie par l'espace formé entre un support 2 et un capot 1. Un orifice 0 relié à une pompe à vide (non représentée sur la figure) permet de faire le vide dans la cavité C et, partant, entre les deux faces à solidariser. Des joints 4 permettent d'isoler le volume compris entre les deux surfaces pour y faire le vide afin que les deux surfaces entrent parfaitement en contact. Dans le cas de substrats indéformables, les surfaces devront présenter une planéité quasi-parfaite. Dans le cas d'au moins un substrat mince, donc déformable, une planéité à courte distance sera suffisante. Un défaut de planéité à longue distance pourra être compensé par une déformation du substrat mince. Le capot 1 comprend une ouverture la plus large possible 3 pour un rayonnement R de longueur d'onde À issu d'un laser L. Le rayonnement R peut alors atteindre l'élément 5. Le laser L est, par exemple, un laser YAG de puissance à impulsions émettant dans l'infrarouge. A titre d'exemple non limitatif, pour deux plaques de silicium de 450 um d'épaisseur, la longueur d'onde À du rayonnement est égale à 1064nm, la puissance moyenne est égale à 12W et la fréquence des impulsions est égale à 3kHz. Le rayonnement laser peut être réglé, par exemple, pour obtenir un faisceau de diamètre compris entre 30 et 50Am La puissance moyenne en surface de l'élément 5 peut alors être égale à 8 ou 9 W. La puissance absorbée par le silicium aux fréquences de l'infrarouge est faible. Il en résulte une fusion du silicium avec très peu de matière éjectée là ou le faisceau laser traverse les éléments 5 et 6. Il y a alors amorphisation du silicium sur toute l'épaisseur traversée. La figure 2 représente l'action d'un rayonnement R de diamètre D sur une couche mince de silicium 7. De la matière est éjectée sur une très faible profondeur alors qu'un cordon de silicium amorphe 8 est formé sur le trajet du faisceau. La figure 3 représente un exemple de structure assemblée selon l'invention. La structure S comprend deux substrats de silicium 9 et 10 fixés l'un à l'autre par trois cordons 11,12, 13 de silicium amorphe. L'épaisseur el du substrat 9 est par exemple égale à 300po et l'épaisseur e2 du substrat 10 par exemple égale à 500m. Avantageusement, une partie seulement des cordons de silicium amorphe permet de fixer les substrats l'un à l'autre. La fixation des substrats peut en effet s'effectuer par les flancs du chemin de fusion restés intacts, après clivage, sur chacun des substrats. La structure S constitue, par exemple, un capteur sismique. Le substrat 10 comprend un ensemble de zones actives 15,17, 19. Des cavités 14,16, 18 sont formées au-dessus des capteurs respectifs 15,17, 19. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de mise en contact d'au moins une face sensiblement plane d'un premier élément (5) avec une face sensiblement plane d'un deuxième élément (6) de façon à constituer une interface entre les premier et deuxième éléments, le deuxième élément (6) étant fait d'un matériau sensiblement non transparent pour une longueur d'onde À de rayonnement laser (R), une étape de réalisation d'un chemin de fusion (8, 11,12, 13) selon une fraction ou une totalité d'une épaisseur (e2) du deuxième élément à l'aide d'un rayonnement laser (R) de longueur d'onde À, la trajectoire du chemin de fusion passant par l'interface. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour faire le vide entre les deux faces qui constituent l'interface. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier élément (5) est transparent à la longueur d'onde À. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier élément (5) est en verre et le deuxième élément est en silicium ou en métal. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier élément (5) est sensiblement non transparent à la longueur d'onde À de sorte que le rayonnement laser réalise un chemin de fusion selon l'épaisseur (el) du premier élément (5) avant de réaliser, dans la continuité, le chemin de fusion selon la fraction ou la totalité de l'épaisseur (e2) du deuxième élément (6). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier élément est en silicium ou en métal. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le deuxième élément est en silicium ou en métal. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayonnement laser (R) est un rayonnement infrarouge de longueur d'onde À sensiblement égale 1064 nm, de puissance moyenne sensiblement égale à 12 W et constitué d'impulsions dont la fréquence est sensiblement égale 3 kHz.