Brevet FR2861498A1 — publié le 20050429

Domaine de l'intervention La présente invention concerne un procédé de séparation de pastilles semiconductrices. Bien que le domaine de l'invention concerne des disposi- tifs quelconques à pastilles semi-conductrices, le problème à la base de l'invention concerne un dispositif micromécanique à pastille semi- conductrice. État de la technique Habituellement, on fabrique des pastilles semiconductrices combinées sur une plaquette. Ces plaquettes semiconductrices comportent suivant la taille de ces pastilles et des plaquettes, jusqu'à quelques milliers de composants. Après la fabrication des pastilles semi-conductrices à l'état combiné sur les plaquettes, il faut les séparer les unes des autres. Cela se fait habituellement à l'aide d'une scie à plaquettes. Une scie à plaquettes ou à pastilles comporte un disque de scie d'une largeur inférieure à 100 m, tournant avec une vitesse de rotation par exemple de 12.000 tours/minutes. La surface de la lame de scie est chargée de morceaux de diamant. On refroidit la surface de la plaquette et celle de la lame de scie pendant le sciage et pour enlever les particules résultant du sciage on rince la surface de la plaquette avec de l'eau. Ce procédé convient pour séparer des pastilles semi-conductrices insensibles à l'effet des particules et de l'eau à la fin de leur procédé de fabrication. Or de nombreuses pastilles de capteurs micromécaniques ont des structures qui risquent d'être détériorées pendant le sciage par l'action des particules et/ou de l'eau. Un procédé habituel pour protéger de telles structures sensibles consiste à fixer un encapsulage sur la puce du capteur avant de séparer les puces semi- conductrices. Un exemple d'une telle pastille de capteurs micromécaniques est celui des capteurs à inertie servant à mesurer des grandeurs ne nécessitant aucun fluide de mesure ou qui peuvent traverser l'encapsulage, comme par exemple un capteur d'accélération fonction- nant selon un principe de mesure capacitive. Un mode de réalisation habituel de la pastille de capteur présente une structure digitée en filigrane très poussé qui collerait sous l'action de l'eau. Comme la pastille de capteur doit également conserver son bon fonctionnement lorsqu'elle est fermée hermétiquement, on fixe une capsule sur la pastille de subs- trat avant de la scier. Un exemple d'une structure micromécanique que l'on peut fermer d'une manière non hermétique est celle du système de micro-analyse totale ( TAS) . Dans un tel système on intègre des unités de préparation ou de séparation et de détection de solutions chimiques ou biologiques sur une puce en technique microfluidique. Les canaux de fluide doivent avoir des accès pour pouvoir introduire l'analysat. Les particules engendrées pendant le procédé de sciage peuvent s'accumuler dans les arrivées et les boucher. Les forces capillaires peu-vent faire arriver de l'eau dans le système et perturber le bon fonction- nement d'un tel système TAS. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes: on utilise un substrat ayant un plan supérieur, un plan médian et un plan inférieur, dans le plan médian, il y a un ensemble de cavités entourées chacune par une zone de cadre de substrat, les cavités sont prévues sous une zone de pastille semi-conductrice du plan supérieur de substrat délimitée chaque fois par une zone périphérique de pastille semi-conductrice, et sont disposées de sorte qu'une zone respective de cadre de substrat est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique correspondante respective de la pastille semi-conductrice par un espace intermédiaire latéral, dans les cavités, on a prévu chaque fois au moins un élément d'appui de substrat pour relier le plan inférieur du substrat à la zone respective de la pastille semi-conductrice du plan supérieur du substrat, on sépare latéralement les zones de pastille semi-conductrice en séparant le plan supérieur du substrat au-dessus de l'espace intermé- diaire respectif le long de la zone périphérique respective de la pas- tille semi-conductrice, et on divise les zones de pastille semi- conductrice en pastilles semi-conductrices en séparant les éléments respectifs d'appui de substrat. L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes: on utilise un substrat ayant un plan supérieur, un plan médian et un plan inférieur, dans le plan médian, il y a un ensemble de zones poreuses entourées 10 chacune par une zone de cadre de substrat, les zones poreuses sont prévues sous une zone de pastille semi-conductrice du plan supérieur de substrat délimitée chaque fois par une zone périphérique de pastille semi-conductrice, et sont disposées de sorte qu'une zone respective de cadre de substrat est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique correspondante respective de la pastille semi-conductrice par un espace intermédiaire latéral, on sépare latéralement les zones de pastille semi-conductrice en séparant le plan supérieur du substrat au-dessus de l'espace intermé- diaire respectif le long de la zone périphérique respective de la pastille semi-conductrice, et on divise les zones de pastille semi- conductrice en pastilles semi-conductrices en séparant les zones poreuses respectives. L'invention concerne également un dispositif à pastille 25 semiconductrice caractérisé en ce qu'il comprend: - un substrat ayant un plan supérieur, un plan médian et un plan inférieur, - avec dans le plan médian du substrat, un ensemble de cavités entourées chaque fois par une zone respective de cadre de substrat, - les cavités prévues sous une zone de pastille semi-conductrice délimitée par une zone périphérique de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur du substrat, étant disposées de sorte qu'une zone respective de cadre de substrat est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique respective de pastille semi-conductrice, par un espace intermédiaire latéral, et dans les cavités, on a chaque fois au moins un élément d'appui de substrat pour relier le plan inférieur à la zone respective de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur du substrat. L'invention concerne également un dispositif à pastille 5 semiconductrice caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat avec un plan supérieur, un plan médian et un plan inférieur, avec dans le plan médian un ensemble de zones poreuses entourées chaque fois par une zone de cadre de substrat, les zones poreuses prévues dans une zone de pastille semiconductrice délimitée respectivement par une zone périphérique de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur du substrat, étant disposées pour qu'une zone respective de cadre de substrat soit écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique respective correspondante de pastille semi-conductrice, par un espace latéral intermédiaire. Ces procédés et dispositifs ont l'avantage vis-à-vis des propositions de solutions connues de séparer la pastille semi-conductrice sans dégager de particules ou sans action de l'eau. Contrai- rement au sciage, les pastilles semi-conductrices ne sont pas séparées en série mais en parallèle. La durée de l'application ne dépend pas dans ces conditions du nombre de pastilles semi-conductrices par plaquette de substrat mais uniquement de l'épaisseur des pastilles semi-conductrices. Le procédé permet notamment de fabriquer des puces de substrat, d'épaisseur quelconque sous une forme quelconque par exemple des puces de substrat rond. Le procédé convient tout particulièrement à des structures en forme d'aiguille. L'idée de base de la présente invention consiste à prévoir dans le plan médian du substrat, un ensemble de cavités ou zones po- reuses à forte porosité entourées par une zone de cadre de substrat; les cavités prévues sous chaque zone de pastille semi-conductrice délimitée par une zone périphérique dans le plan supérieur du substrat sont dis- posées pour que chaque zone de cadre de substrat soit séparée d'un prolongement vertical de la zone périphérique correspondant à de la pastille semi-conductrice, par un intervalle intermédiaire latéral. Dans les cavités, on a chaque fois au moins un élément d'appui de substrat formé dans la matière du substrat ou encore d'une matière de substrat rendue poreuse pour relier le plan inférieur du substrat à la zone respective de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur du substrat. Dans le cas de zone poreuse, on peut même supprimer cette solution. La division se fait à l'aide d'une première étape de dé-coupe pour séparer les zones périphériques de pastille semi-conductrice; dans une seconde étape de séparation, on ouvre les zones d'appui de substrat. Selon un développement préférentiel, les éléments de support de substrat sont des colonnes dont le diamètre est beaucoup plus faible que celui de la zone de cadre du substrat. Selon un développement préférentiel, les zones poreuses sont partiellement ou totalement oxydées, ce qui facilite leur séparation. Selon un autre développement préférentiel, sur le plan supérieur du substrat, on applique un autre plan de substrat dans le-quel les pastilles semi-conductrices sont traitées avant la séparation latérale des zones de pastilles semi-conductrices. Cette solution a l'avantage de renforcer mécaniquement le plan supérieur du substrat. Selon un autre développement préférentiel, on réalise cet autre plan du substrat par développement épitaxial ou fixation substrat sur substrat. Selon un autre développement préférentiel, la séparation latérale des zones de pastille semi-conductrice est effectuée à l'aide d'un masque de gravure par un procédé de gravure. Cette solution a l'avantage de ne pas limiter la forme de la pastille à des carrés mais de pouvoir utiliser n'importe quelle forme géométrique. Selon un autre développement préférentiel, le procédé de gravure est un procédé de gravure anisotrope à sec. Cette solution a l'avantage de réduire l'encombrement par comparaison à un procédé en voie humide. Selon un autre développement préférentiel, la séparation des éléments d'appui de substrat respectifs se fait par un procédé de prise mécanique. Cette solution a l'avantage de pouvoir monter immé- diatement la pastille semi-conductrice dans la même étape sur un substrat de circuit ou dans un boîtier de composant. Selon un autre développement préférentiel, le substrat est un substrat de pastille. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation du procédé selon l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels: les figures 1 à 4 montrent schématiquement un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention pour séparer des pastilles semi-conductrices ainsi qu'une pastille semi-conductrice ainsi obte- nue, la figure 1 est une section selon la ligne I-I' d'un mode de réalisation d'un dispositif à pastilles semi-conductrices selon l'invention, la figure 2 est une section suivant le plan médian 1B du substrat correspondant à la ligne I-I' de la figure 1. Description des modes de réalisation Pour la description des figures, on utilisera les mêmes références pour désigner des moyens identiques ou de même fonction. Selon la figure 1, la référence 1 désigne un substrat à pastilles de silicium ayant un plan supérieur 1A, un plan médian 1B et un plan inférieur 1C. Le plan médian 1B du substrat comporte plusieurs cavités HO-H7 entourées chaque fois par une zone formant le cadre du substrat RO-R7. Selon la figure 2 qui représente comme déjà indiqué ci-dessus une section selon la ligne I-I' de la figure 1, les cavités sont si-tuées sous une zone BO-B7 respective d'une zone périphérique de substrat semi-conducteur CO-C7 dans le plan lA du substrat pour que chaque zone de cadre de substrat RO-R7 respective soit écartée d'un intervalle latéral ZO-Z7 dans le prolongement vertical de la zone péri- phérique de pastille semi-conductrice CO-C7 correspondantes. Dans chacune des cavités HO-H7, un élément d'appui du substrat SO-S7 relie le plan inférieur 1C du substrat à la zone de pas-tille semi- conductrice BO-B7 respective du plan supérieur lA du subs- trat; les éléments d'appui SO-S7 ont une forme de colonne. Le diamètre des éléments d'appui du substrat SO-S7 est beaucoup plus faible que le diamètre des zones de cadre de substrat R0-R7. Il existe différents procédés connus pour réaliser les cavités H0-H7 selon les figures 1 et 2. La réalisation d'une cavité conforme à une membrane poreuse de silicium est décrite dans le document WO 02/02 458. On effectue la gravure d'une zone structurée par un masque pour la rendre poreuse par voie électrochimique avec une solution d'acide fluorhydrique. On obtient ainsi une membrane poreuse. Après un certain temps, on augmente la densité de courant pour per- mettre de dégager presque complètement la zone sous-jacente et d'obtenir une zone fortement poreuse. Ensuite par une étape de trempe, on transfère le silicium; on ferme la membrane poreuse et on obtient la structure de cavité de la figure 1. Un autre procédé connu selon le document: Y. Tsu- nashima, T. Sato, I. Mizushima, A new substrate engineering technique to realise silicon on nothing (SON) structure utilizing transformation of sub-micron trenches to empty space in silicin (ESS) by surface migration , Electrochemical Society Proceedings Vol 2000-17, pages 432-545, effectue une gravure en amisotrope avec de l'hexafluorure de soufre et un masque, pour former des canaux étroits sur dans pastille de substrat. Par une étape de trempe suivante, on transfère le silicium pour obtenir une cavité avec une membrane selon la figure 1. Selon un autre procédé donné à titre d'exemple, on réa- lise une couche poreuse dans une pastille de substrat que l'on oxyde partiellement. Avant d'effectuer le développement épitaxial, on enlève la couche d'oxyde à la surface par une gravure brève. Cela permet un développement épitaxial d'un silicium monocristallin. Le réseau d'oxyde évite le transfert du silicium poreux oxydé. Après une étape de trempe, il subsiste une couche d'oxyde, poreuse et enfouie. Les structures de support peuvent être remplacées par une couche poreuse en surface. On règle la porosité pour que les puces ne puissent être détachées qu'après dissolution. Toujours en se référant à la figure 3 qui correspond à la 35 section de la figure 1, on réalise sur le plan supérieur lA du substrat un autre plan de substrat 1B par développement épitaxial par exemple sous la forme d'une couche de silicium monocristallin. Une autre possibilité consiste à fixer une autre plaquette de substrat d'épaisseur quel-conque. Ainsi pour la plaquette semi-conductrice définitive, on pourra régler une épaisseur quelconque au-dessus du plan supérieur 1A. Le substrat ainsi réalisé permet ensuite d'effectuer n'importe quel procédé classique de micromécanique ou de micro-électronique pour développer la plaquette semiconductrice dans les zones de plaquette semi-conductrice BO-B7, de manière fonctionnelle. Comme cela apparaît à la figure 3, entre les zones de plaquettes semi-conductrices entourées par-les zones périphériques de plaquettes semi-conductrices, on a les zones de cadre résiduel RR. Enfin, selon la figure 4 qui est une section correspondant aux figures 1 et 3, sur la surface de la plaquette semi-conductrice dont le traitement est terminé, dans le plan 1D du substrat, on forme un masque M de préférence en photolaque. Ce masque comporte des ouvertures dans lesquelles on grave des zones de sillons RLO, RL1 et RL2 assurant une séparation latérale des zones de la pastille semi-conductrice BO-B7 dans les plans de substrat supérieur lA et 1D au- dessus de l'espace intermédiaire respectif ZO-Z7 le long de la zone périphérique respective CO-C7 de la plaquette semi-conductrice. Un procédé de gravure particulièrement approprié avec des ions réactifs et de l'hexafluorure de soufre est décrit dans le document DE 198 26 382. Les éléments d'appui de substrat SO-S7 maintiennent tout d'abord les pastilles semi-conductrices sur le plan inférieur 1C du substrat. Au cours d'une étape suivante, on sépare les différentes zones de plaquettes semi-conductrices BO-B7 en pastilles par séparation des différents éléments d'appui de substrat SO-S7 au cours d'une étape de prélèvement mécanique (procédé de prélèvement et de dépla- cernent) et permettant la poursuite du traitement par exemple pour le montage sur un substrat circuit ou dans un boîtier de composants au cours de la même étape opératoire. Les arêtes de rupture ou reste d'éléments d'appui de substrat SO-S7 qui subsistent au dos de la plaquette semi-conductrice ne sont pas gênantes car pour un réglage approprié de la hauteur des cavités, leur épaisseur se limite à quelques microns. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus dans le cas d'un exemple de réalisation préférentiel, elle n'est pas limi- tée à cet exemple mais permet une grande diversité d'applications. En particulier, le substrat peut être un substrat à plu-sieurs couches et il n'est pas limité à un substrat de pastilles. On peut également traiter les pastilles semi-conductrices directement dans le plan supérieur du substrat. lo A la place des cavités, on peut également prévoir des zones fortement poreuses faciles à séparer que l'on peut oxyder totale-ment ou en partie. Cela augmente la stabilité au stockage des pastilles semi-conductrices après l'opération de séparation latérale. NOMENCLATURE 1A, 1B, 1C, 1D CO-C7 BO-B7 SO-S7 ZO-Z7 RO-R7 RR RLO-RL7 substrat Plans du substrat zones périphériques de pastille semi-conductrice zones de pastille semi-conductrice zones d'appui du substrat espaces intermédiaires zones de cadre de substrat zones résiduelles de cadre zones de sillons REVENDICATIONS 1 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices, caractérisé par les étapes suivantes: on utilise un substrat ayant un plan supérieur (1A), un plan médian 5 (1B) et un plan inférieur (1C), dans le plan médian (1B) , il y a un ensemble de cavités (HO-H7) entourées chacune par une zone de cadre de substrat (RO-R7), - les cavités (HO-H7) sont prévues sous une zone de pastille semi- conductrice (BO-B7) du plan supérieur (1A) de substrat délimitée chaque fois par une zone périphérique de pastille semi-conductrice (CO-C7), et sont disposées de sorte qu'une zone respective de cadre de substrat (RO- R7) est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique correspondante (CO-C7) respective de la pastille semi-conductrice par un espace intermédiaire latéral (ZO-Z7), dans les cavités (HO-H7), on a prévu chaque fois au moins un élément d'appui de substrat (SO-S7) pour relier le plan inférieur (1C) du substrat à la zone respective (BO-B7) de la pastille semi-conductrice du plan supérieur (1A) du substrat, on sépare latéralement les zones (BO-B7) de pastille semi- conductrice en séparant le plan supérieur (1A) du substrat au-dessus de l'espace intermédiaire respectif (ZO-Z7) le long de la zone périphérique respective (CO-C7) de la pastille semi-conductrice, et on divise les zones (BO-B7) de pastille semi-conductrice en pastilles semi-conductrices en séparant les éléments respectifs d'appui de substrat (SO-S7). 2 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices caractérisé par les étapes suivantes: - on utilise un substrat ayant un plan supérieur (1A), un plan médian 30 (1B) et un plan inférieur (1C), - dans le plan médian (1B), il y a un ensemble de zones poreuses en- tourées chacune par une zone de cadre de substrat (RO-R7), - les zones poreuses sont prévues sous une zone de pastille semi- conductrice (BO-B7) du plan supérieur (lA) de substrat délimitée chaque fois par une zone périphérique de pastille semi-conductrice (CO-C7), et sont disposées de sorte qu'une zone respective de cadre de substrat (RO-R7) est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique correspondante (CO-C7) respective de la pastille semi- conductrice par un espace intermédiaire latéral (ZO-Z7), on sépare latéralement les zones (BO-B7) de pastille semi-conductrice en séparant le plan supérieur (1A) du substrat au-dessus de l'espace intermédiaire respectif (ZO-Z7) le long de la zone périphérique respective (CO-C7) de la pastille semi-conductrice, et on divise les zones de pastille semi- conductrice (BO-B7) en pastilles semi-conductrices en séparant les zones poreuses respectives. 3 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'appui de substrat (SO-S7) sont des colonnes dont le dia-mètre est beaucoup plus faible que le diamètre de la zone de cadre de substrat (RO-R7). 4 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on oxyde partiellement ou totalement les zones poreuses. 5 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sur le plan supérieur (1A) du substrat, on applique un autre plan de substrat (1D) dans lequel on traite les pastilles semiconductrices avant la séparation latérale des zones (BO-B7) de pastille semi-conductrice. 6 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on applique l'autre plan de substrat (1 D) par développement épitaxial ou par fixation substrat sur substrat. 7 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu' on exécute la séparation latérale des zones (B0-B7) de pastille semi-5 conductrice par un procédé de gravure en utilisant un masque de gravure (M) approprié. 8 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon la revendication 7, caractérisé en ce que le procédé de gravure est un procédé de gravure anisotrope à sec. 9 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon au moins l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu' on effectue la séparation des éléments d'appui respectifs de substrat (S0-S7) ou des zones poreuses par un procédé de séparation mécanique. 10 ) Procédé de séparation de pastilles semi-conductrices selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le substrat (1) est un substrat de pastilles. 11 ) Dispositif à pastilles semi-conductrices applicable à un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend: - un substrat (1) ayant un plan supérieur (1A), un plan médian (1B) et 30 un plan inférieur (1C), avec dans le plan médian (1B) du substrat, un ensemble de cavités (H0-H7) entourées chaque fois par une zone respective de cadre de substrat (R0-R7), les cavités (H0-H7) prévues sous une zone (B0-B7) de pastille semi- 35 conductrice délimitée par une zone périphérique de pastille semi- conductrice (CO-C7) dans le plan supérieur (1A) du substrat, étant disposées de sorte qu'une zone respective (RO-R7) de cadre de substrat est écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique (CO-C7) respective de pastille semi-conductrice, par un espace inter- ( médiaire latéral (ZO-Z7) et dans les cavités (HO-H7), on a chaque fois au moins un élément d'appui de substrat (SO-S7) pour relier le plan inférieur (1C) à la zone respective (BO-B7) de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur (1A) du substrat. 12 ) Dispositif à pastilles semi-conductrices pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comprend: - un substrat (1) avec un plan supérieur (1A), un plan médian (1B) et un plan inférieur (1C), avec dans le plan médian (1B) un ensemble de zones poreuses entourées chaque fois par une zone de cadre de substrat (RO-R7), les zones poreuses prévues dans une zone de pastille semi- conductrice (BO-B7) délimitée respectivement par une zone périphérique (CO-C7) de pastille semi-conductrice dans le plan supérieur (1A) du substrat, étant disposées pour qu'une zone respective (RO-R7) de cadre de substrat soit écartée d'un prolongement vertical de la zone périphérique respective correspondante (CO-C7) de pastille semi-conductrice, par un espace latéral intermédiaire (ZO-Z7).