Brevet FR2960095A1 — publié le 20111118

LD-RI GRB10-1140FR Procédé de fabrication des dispositifs semi-conducteurs et dispositif semi-conducteur comprenant une puce à vias traversants Société par actions simplifiée : STMICROELECTRONICS (GRENOBLE 2) SAS Invention de : SAUGIER Eric Procédé de fabrication des dispositifs semi-conducteurs et dispositif semi-conducteur comprenant une puce à vias traversants La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs. I1 est de plus en plus proposé d'utiliser des puces de circuits intégrés présentant des passages traversants pour réaliser des connexions électriques d'une face à l'autre et d'intégrer de telles puces dans des assemblages complexes de puces superposées. Pour cela, il a été proposé de réaliser, dans les faces actives des puces d'une plaque comprenant une pluralité de puces, des trous borgnes que l'on remplit d'une matière conductrice de l'électricité ; de monter cette plaque de puces sur une plaque de support épaisse en plaçant les faces actives des puces contre cette plaque de support ; de réduire l'épaisseur de la plaque de puces jusqu'à découvrir la matière conductrice qui forme alors des vias de connexion électrique ; d'assembler d'autres puces sur la face arrière de la plaque de puces réduite en épaisseur, éventuellement par l'intermédiaire d'une couche intégrant des réseaux de connexion électrique, en encapsulant ces autres puces ; d'enlever la plaque de support ; de réaliser une couche de connexion électrique sur la face avant de la plaque de puces ; et enfin de découper la plaque résultante pour singulariser des dispositifs semi-conducteurs. On s'aperçoit immédiatement qu'une telle manière de faire nécessite un grand nombre d'opérations et nécessite l'usage d'une plaque de support à titre d'outil sur lequel les dispositifs semi-conducteurs sont fabriqués. I1 est proposé de simplifier la réalisation d'assemblages notamment de puces de circuits intégrés comprenant au moins une puce présentant des vias traversants de connexion électrique. Selon un mode de réalisation, un procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs, qui comprend les étapes suivantes. On réalise une première plaque comprenant, en des emplacements, des premières puces de circuits intégrés et une première couche de support entourant ces premières puces et dont une face avant comprend une face avant de la première couche de support et les faces actives des premières puces. On réalise sur la face avant de la première plaque une première couche de connexion électrique comprenant, sur lesdits emplacements, des premiers réseaux de connexion électrique. On installe, sur lesdits emplacements, des secondes puces de circuits intégrés et former une seconde couche de support entourant ces secondes puces de façon à former une plaque intermédiaire, ces secondes puces présentant des faces actives du côté de la première couche de connexion électrique et des trous borgnes ouverts du côté de la première couche de connexion électrique et remplis d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique. On réduit l'épaisseur de la plaque intermédiaire de façon à construire une seconde plaque comprenant des secondes puces d'épaisseurs réduites et une seconde couche de support d'épaisseur réduite et dans laquelle les vias des secondes puces d'épaisseurs réduites présentent des parties avant découvertes, On réalise sur la seconde plaque une seconde couche de connexion électrique comprenant, sur lesdits emplacements, des seconds réseaux de connexion électrique. Ainsi, à chaque emplacement de la structure résultante est obtenu un dispositif semi-conducteur qui pourra être singularisé. On peut en outre réaliser, sur lesdits emplacements, des trous traversants dans la seconde couche de support d'épaisseur réduite et remplir ces trous d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique. On peut également mettre en place, sur lesdits emplacements, des moyens ponctuels de connexion électrique extérieure sur la seconde couche de connexion électrique. On peut aussi découper la plaque résultante de façon à singulariser chaque dispositif semi-conducteur obtenu. I1 est également proposé un dispositif semi-conducteur comprend une première plaquette comprenant au moins une première puce de circuits intégrés et une couche de support entourant cette première puce et dont une face avant comprend une face avant de la première couche de support et la face active de la première puce ; une première couche de connexion électrique placée sur la face avant de la première plaquette et comprenant un premier réseau de connexion électrique ; une seconde plaquette placée sur une face avant de la première couche de connexion électrique et comprenant au moins une seconde puce de circuits intégrés et une couche de support entourant cette seconde puce, la seconde puce présentant une face active du côté de la première couche de connexion électrique et présentant des passages traversants remplis d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique ; et une seconde couche de connexion électrique placée sur la seconde plaquette et comprenant un second réseau de connexion électrique. La première puce et la seconde puce peuvent être reliées par l'intermédiaire du premier réseau de connexion électrique. La première puce peut être reliée à des moyens avant de connexion électrique par l'intermédiaire du premier réseau de connexion électrique, d'au moins certains des vias traversant la seconde puce et du second réseau de connexion électrique. La seconde puce peut être reliée à des moyens avant de connexion électrique par l'intermédiaire d'au moins certains des vias de connexion électrique traversant la seconde puce et du second réseau de connexion électrique. Des vias de connexion électrique traversant la couche de support de la seconde plaquette peuvent en outre être prévus, ces vias pouvant être reliés au premier réseau de connexion électrique et au second réseau de connexion électrique. La première couche de support, la couche de connexion électrique, la couche de support et de la couche de connexion électrique peuvent être en une même matière de base. Des procédés de fabrication de dispositifs semi-conducteurs et des dispositifs semi-conducteurs résultants vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe d'une structure semi-conductrice, selon une étape de fabrication, intégrant des premières puces de circuits intégrés ; - la figure 2 représente une coupe de la structure semi-conductrice issue de la figure ; - la figure 3 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, intégrant des premiers réseaux de connexion électrique ; - la figure 4 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, pour la mise en place de secondes puces de circuits intégrés munis de vias ; - la figure 5 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, pour la mise en place d'un remplissage ; - la figure 6 représente une coupe de la structure semi- conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, intégrant des secondes puces de circuits intégrés ; - la figure 7 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, montrant une réduction d'épaisseur ; - la figure 8 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, intégrant des vias complémentaires ; - la figure 9 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, intégrant des seconds réseaux de connexion électrique ; - la figure 10 représente une coupe de la structure semi-conductrice, selon une étape ultérieure de fabrication, intégrant des moyens de connexion électrique extérieur ; - la figure 11 représente une coupe d'un dispositif semi-conducteur obtenu ; - et la figure 12 représente une coupe d'une variante de réalisation d'un dispositif semi-conducteur obtenu. En référence aux figures 1 à 10, on va tout d'abord décrire les différentes étapes de fabrication de dispositifs semi-conducteurs 1 tels qu'illustrés sur la figure 11. Comme illustré sur la figure 1, ayant préalablement réalisé une plaque épaisse de premières puces 2 présentant du côté d'une face active 3 des circuits intégrés 4, on découpe cette plaque de façon à singulariser les premières puces 1. Puis, on place les faces actives 3 de ces premières puces 2, singularisées, sur une plaque de construction 5, les premières puces 2 étant espacées et disposées selon une matrice carrée définissant des emplacements adjacents 6. Les premières puces 2 peuvent être maintenues par un moyen de collage non permanent. Puis, on dépose une première couche de support 7 autour de la pluralité de premières puces 1, cette couche de support 7 étant par exemple une résine durcissable et présentant une épaisseur par exemple égale à celle des premières puces 2. Après durcissement de la première couche de support 7 et séparation de la plaque de construction 5, on obtient, comme illustré sur la figure 2, une première plaque 8 qui présente une face avant 9 qui comprend une face avant 10 de la première couche de support 7 et les faces actives 3 des premières puces 2. La première plaque 8 constitue avantageusement un support sur lequel sont réalisées les opérations qui vont maintenant être décrites et sera une partie constitutive des dispositifs semi-conducteurs qui seront obtenus. Comme illustré sur la figure 3, on réalise sur la face avant 9 de la première plaque 8 une première couche de connexion électrique 11 qui comprend ou intègre des réseaux 12 en vue de connexions électriques d'une face à l'autre, respectivement placés dans les emplacements 6, cette première couche de connexion électrique 11 présentant une face avant 13. Les réseaux de connexion électrique 12 peuvent présenter un ou plusieurs niveaux de connexion électrique. Comme illustré sur la figure 4, ayant préalablement réalisé une plaque épaisse de secondes puces 14 présentant du côté d'une face active 15 des circuits intégrés 16 et présentant, à partir de cette face active 15 des trous borgnes 17 remplis d'une matière conductrice de l'électricité destinée à la réalisation de vias de connexion électrique 18, on découpe cette plaque de façon à singulariser les secondes puces 14. Puis, on monte les secondes puces 14 sur la face avant 13 de la première couche connexion électrique 11, respectivement dans les emplacements 6, en plaçant les faces actives 15 des secondes puces 14 du côté de la première couche de connexion électrique 11, en interposant des billes fines de connexion électrique 19. Puis, comme illustré sur la figure 5, on injecte une matière de remplissage 20, par exemple une résine très fluide, dans l'espace entre la face avant 13 de la couche de connexion électrique 11 et les faces actives 15 des secondes puces 14, cette résine se répandant autour de billes 19. Ensuite, comme illustré sur la figure 6, on dépose une seconde couche de support 21 autour de et éventuellement sur la pluralité de secondes puces 14, cette couche de support 7 étant par exemple une résine durcissable. Après durcissement de la seconde couche de support 21, on obtient une plaque intermédiaire 22 qui présente une face avant 23. Après quoi, on réalise une réduction de l'épaisseur de la plaque intermédiaire 22, par exemple par un polissage mécanique de sa face avant 23, jusqu'à l'obtention, comme illustré sur la figure 7, d'une seconde plaque 22a comprenant une pluralité de secondes puces d'épaisseurs réduites 14a et une seconde couche de support d'épaisseur réduite 21a, la seconde plaque 22a présentant une face avant 23a. On découvre ainsi les parties avant des vias de connexion électrique 18 des secondes puces 14 en vue de connexions électriques d'une face à l'autre. Comme illustré sur la figure 8, on peut optionnellement réaliser ensuite, dans les emplacements 6, des trous traversants 24 dans la seconde couche de support d'épaisseur réduite 21a, en des endroits autour des secondes puces d'épaisseurs réduites 14a, puis remplir ces trous 24 d'une matière conductrice de l'électricité de façon à former des vias de connexion électrique 25. Puis, comme illustré sur la figure 9, on réalise sur la face avant 23a de la seconde plaque 22a une seconde couche de connexion électrique 26 qui comprend ou intègre des réseaux 27 en vue de connexions électriques d'une face à l'autre, respectivement placés dans les emplacements 6, cette seconde couche de connexion électrique 26 présentant une face avant 28. Les réseaux de connexion électrique 27 peuvent présenter un ou plusieurs niveaux de connexion électrique. Ensuite, comme illustré sur la figure 10, on peut déposer sur la face avant 28 de la seconde couche de connexion électrique 26 des billes de connexion électrique 29. On obtient ainsi une structure résultante 30 présentant, dans les emplacements 6, des dispositifs semi-conducteurs 1 adjacents. Enfin, on procède au découpage, par exemple par sciage, de la plaque résultante 30 entre ou le long des emplacements 6, de façon à singulariser autant de dispositifs semi-conducteurs 1 qu'il y avait d'emplacements 6. Comme illustré sur la figure 11, chaque dispositif semi- conducteur 1 comprend, de façon empilée : une première plaquette 32 correspondant à une portion de la première plaque 8 et munie d'une première puce 2 entourée d'une couche de support 7 ; une première couche de connexion électrique 33 correspondant à une portion de la première couche de connexion électrique 11 et munie d'un premier réseau de connexion électrique 12 ; une seconde plaquette 34 correspondant à une portion de la seconde plaque 8 et munie d'une seconde puce 14a d'épaisseur réduite et d'une couche de support 21a d'épaisseur réduite ; une seconde couche de connexion électrique 35 correspondant à une portion de la seconde couche de connexion électrique 26 et munie d'un second réseau de connexion électrique 27 ; et une pluralité de billes de connexion électrique extérieure 29. En distribuant et en répartissant les réseaux de connexion électrique 12 et 27, les vias de connexion électrique 18 traversant la seconde puce 14a d'épaisseur réduite et les vias de connexion électrique complémentaires 25 traversant la couche de support 22a d'épaisseur réduite lors de la fabrication des dispositifs semi-conducteurs 1, telle que décrite plus haut, il est possible d'établir, sélectivement et à volonté, des liaisons électriques entre les circuits intégrés 4 et de la première puce 2 et les circuits intégrés 16 de la seconde puce 14a, des liaisons électriques entre les circuits intégrés 4 et de la première puce 2 et les billes de connexion électrique extérieure 29 et des liaisons électriques entre les circuits intégrés 16 de la seconde puce 14a et les billes de connexion électrique extérieure 29. Les vias de connexion électrique 18 traversant la seconde puce 14a d'épaisseur réduite peuvent être sélectivement reliés, latéralement, aux circuits intégrés 18 ou reliés à ces derniers par l'intermédiaire du réseau de connexion électrique 12 ou établir des liaisons directes entre les réseaux de connexion électrique 12 et 27. Les réseaux de connexion électrique 12 et 27 des couches d'interconnexion 11 et 26, ainsi que les éventuels vias de connexion électrique 25 peuvent permettre de s'affranchir des pas de connexion électrique des faces actives 3 et 15 des puces de circuits intégrés 2 et 14 (14a). I1 peut être avantageux d'utiliser la même matière de base pour la réalisation de la première couche de support 7, de la couche de connexion électrique 11, de la couche de support 21 et de la couche de connexion électrique 26, par exemple une résine. Comme illustré sur la figure 12, des dispositifs semi-conducteurs 36, obtenus par le procédé décrit plus haut, peuvent comprendre, dans la plaquette 32, plusieurs premières puces 2n, éventuellement différentes, et éventuellement un ou plusieurs autres composants discrets 2m, présentant des faces adjacentes à la couche de connexion électrique 11 et reliés au premier réseau de connexion électrique 12. L'épaisseur de la première plaque 8 initiale peut être adaptée à la première puce ou au composant discret le plus épais. De même, plusieurs secondes puces 14a, présentant au moins pour certaines des vias traversants de connexion électrique 18, pourraient être prévues dans la seconde plaquette 33. De plus, à la suite de l'étape illustrée sur la figure 9 et avant de mettre en place des billes de connexion électrique 29, on pourrait poursuivre la construction de dispositifs semi-conducteurs (non représentés) en reproduisant, une ou plusieurs fois, les opérations décrites en référence aux figures 6 à 8 sur la face avant 28 de la couche de connexion électrique, de façon à adjoindre au moins une nouvelle seconde puce de circuits intégrés, éventuellement pourvue de vias traversant de connexion électrique. Bien entendu, les différentes opérations de fabrication décrites plus haut peuvent être réalisées en mettant en oeuvre les moyens habituellement utilisés dans le domaine de la microélectronique. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien d'autres variantes de réalisation sont possibles, sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de dispositifs semi-conducteurs, comprenant : réaliser une première plaque (8) comprenant, en des emplacements (6), des premières puces de circuits intégrés (2) et une première couche de support (7) entourant ces premières puces et dont une face avant comprend une face avant de la première couche de support et les faces actives des premières puces ; réaliser sur la face avant de la première plaque (8) une première couche de connexion électrique (11) comprenant, sur lesdits emplacements (6), des premiers réseaux de connexion électrique (12) ; installer, sur lesdits emplacements (6), des secondes puces de circuits intégrés (14) et former une seconde couche de support (21) entourant ces secondes puces de façon à former une plaque intermédiaire (22), ces secondes puces présentant des faces actives du côté de la première couche de connexion électrique et des trous borgnes (17) ouverts du côté de la première couche de connexion électrique et remplis d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique (18) ; réduire l'épaisseur de la plaque intermédiaire (22) de façon à construire une seconde plaque (22a) comprenant des secondes puces d'épaisseurs réduites (14a) et une seconde couche de support d'épaisseur réduite (21a) et dans laquelle les vias (18) des secondes puces d'épaisseurs réduites présentent des parties avant découvertes, réaliser sur la seconde plaque (22a) une seconde couche de connexion électrique 26) comprenant, sur lesdits emplacements (6), des seconds réseaux de connexion électrique (27) ; de telle sorte qu'à chaque emplacement de la structure résultante est obtenu un dispositif semi-conducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant, avant de construire la seconde couche de connexion électrique : réaliser, sur lesdits emplacements (6), des trous traversants (24) dans la seconde couche de support d'épaisseur réduite (22a) et remplir ces trous d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique (25). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant : mettre en place, sur lesdits emplacements (6), des moyens ponctuels de connexion électrique extérieure (29) sur la seconde couche de connexion électrique (26). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : découper la plaque résultante de façon à singulariser chaque dispositif semi-conducteur obtenu (1). 5. Dispositif semi-conducteur comprenant : une première plaquette (32) comprenant au moins une première puce de circuits intégrés (2) et une couche de support (7) entourant cette première puce et dont une face avant comprend une face avant de la première couche de support et la face active de la première puce ; une première couche de connexion électrique (33) placée sur la face avant de la première plaquette et comprenant un premier réseau de connexion électrique (12) ; une seconde plaquette (34) placée sur une face avant de la première couche de connexion électrique et comprenant au moins une seconde puce de circuits intégrés (14a) et une couche de support (21a) entourant cette seconde puce, la seconde puce présentant une face active du côté de la première couche de connexion électrique et présentant des passages traversants (24) remplis d'une matière conductrice constituant des vias de connexion électrique (25) ; et une seconde couche de connexion électrique (35) placée sur la seconde plaquette et comprenant un second réseau de connexion électrique (27). 6. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 5, dans lequel la première puce (2) et la seconde puce (14a) sont reliées par l'intermédiaire du premier réseau de connexion électrique (12). 7. Dispositif semi-conducteur selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel la première puce (2) est reliée à des moyens avant de connexion électrique (29) par l'intermédiaire du premier réseau de connexion électrique (12), d'au moins certains des vias (18) traversant la seconde puce et du second réseau de connexion électrique (27). 8. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la seconde puce (14a) est reliée à des moyens avant de connexion électrique par l'intermédiaire d'au moins certains des vias (18) traversant la seconde puce et du second réseau de connexion électrique (27). 9. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, comprenant des vias de connexion électrique (25) traversant la couche de support (21a) de la seconde plaquette, ces vias étant reliés au premier réseau de connexion électrique (12) et au second réseau de connexion électrique (27). 10. Dispositif semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel la première couche de support (7), la couche de connexion électrique (11), la couche de support (21) et la couche de connexion électrique (26) sont en une même matière de base.