Brevet FR2974665A1 — publié le 20121102

-1- PUCE MICROELECTRONIQUE, COMPOSANT INCLUANT UNE TELLE PUCE ET PROCEDE DE FABRICATION Domaine technique L'invention concerne le domaine de la microélectronique, et plus particulièrement des agencements destinés à la diminution des risques liés aux décharges électrostatiques dans les composants électroniques. Arrière plan de l'invention De façon générale, les composants électroniques comportent une puce électronique, fabriquée à base de matériau semi-conducteur et incluant les zones fonctionnelles. Cette puce est montée à l'intérieur d'un cadre dont une des fonctions est de permettre la manipulation du composant. Ce cadre formant la portion apparente du composant, il est nécessaire de prévoir des dispositions pour évacuer les charges électriques qui apparaissent lors de décharges électrostatiques, et éviter que la puce et en particulier ses zones fonctionnelles ne risquent d'être dégradées. Pour ce faire, une solution connue consiste à relier électriquement le cadre du composant à la puce, par une ou plusieurs régions spécifiques couramment dénommée « ESD pad ». Ces régions spécifiques sont elles-mêmes reliées à des zones de connexion de la puce qui sont à leur tour reliées à un potentiel fixe extérieur par lequel les charges électrostatiques peuvent s'écouler. Ces zones de connexion accueillent des organes de connexion qui peuvent être de divers types tels que des billes conductrices (généralement dénommées « bumps »), ou bien encore des piliers de forme approximativement cylindrique ou bien encore par des fils de liaison soudés à la zone de connexion d'une part, et à une patte du composant, d'autre part. 2974665 -2- Dans certaines configurations, les organes de connexion sont directement mis en place sur une couche de cuivre, sans que ce dernier ne soit recouvert de couches de protection spécifique. 5 La liaison électrique entre le cadre et la puce peut se faire de différentes manières et en particulier au moyen d'une colle conductrice, interposée entre le cadre métallique et les régions spécifiques formant les ESD pads. Ces régions spécifiques sont réalisées de la même manière que le sont les 10 zones de connexion, par un dépôt d'un matériau conducteur, à savoir plus généralement du cuivre. Résumé de l'invention Or, le Demandeur a constaté que la qualité du contact électrique entre le 15 cadre et la puce pouvait se dégrader dans le temps, du fait de l'oxydation qui peut intervenir sur les couches de cuivre qui forment les régions spécifiques ou ESD pads. Ces phénomènes peuvent être d'autant plus préjudiciables que l'assemblage de la puce sur le cadre peut se faire après un laps de temps important, pouvant dépasser plusieurs mois. 20 Ces phénomènes d'oxydation sont par ailleurs difficilement prévisibles avec précision puisqu'ils dépendent en particulier des conditions atmosphériques de stockage. 25 Le besoin se fait donc sentir de réaliser des composants dans lesquels la résistance mesurée entre le cadre et la patte d'écoulement des décharges électrostatiques soit la plus faible et la plus maîtrisée possible. Ainsi, conformément à l'aspect de l'invention, il est prévu une puce 30 microélectronique qui comporte ^ un substrat semi-conducteur ; 2974665 -3- ^ au moins une région de sa surface adaptée pour être connectée électriquement à un cadre métallique agencé pour recevoir ladite puce ; ^ au moins une zone de connexion comportant une couche conductrice à base de cuivre, et un organe de connexion, ladite zone de connexion étant reliée à 5 ladite région par une piste conductrice, dans laquelle la face apparente de ladite région comporte une couche adaptée pour former une barrière à la diffusion du cuivre, interposée entre la zone de connexion et le substrat. 10 Ainsi, les phénomènes d'oxydation de la région spécifique sont diminués, du fait de l'absence de cuivre dans la zone de connexion électrique entre la puce et le cadre. Une telle puce est adaptée pour recevoir divers types d'organe de connexion, 15 tels que des billes conductrices ou des fils soudés à la zone de connexion. En pratique, la région formant l'ESD pad peut par exemple être disposée en périphérie de la puce. 20 Selon un autre aspect de l'invention, la couche barrière à la diffusion du cuivre peut être à base d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le nitrure de tantale, le titane/tungstène. L'invention concerne également un composant électronique incluant une telle 25 puce, un cadre qui accueille la puce, et un matériau conducteur déformable interposé entre la région spécifique de la puce et le cadre métallique. En pratique, le matériau conducteur déformable peut également avoir des propriétés adhésives, pour assurer l'assemblage de la puce et du cadre. L'invention concerne également un procédé de fabrication dans lequel on dépose sur un substrat semi-conducteur une couche isolante et une couche barrière à la 30 -4- diffusion du cuivre, puis une couche de cuivre pour former une zone de connexion, dans lequel on élimine localement la couche de cuivre pour rendre apparente la couche formant barrière à la diffusion du cuivre, et définir une région apparente connectée à la zone de connexion. En pratique, la couche barrière à la diffusion du cuivre peut être formée par l'empilement de plusieurs couches élémentaires dont une partie est également éliminée. 10 Selon un autre aspect de l'invention, on peut déposer une couche de passivation pour définir les formes de ladite zone de connexion et de ladite région. Description sommaire des figures Certains aspects de l'invention et les avantages qui en découlent ressortiront 15 bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles. La figure 1 est une vue en coupe partielle d'un composant montrant l'assemblage entre la puce et le cadre qui l'accueille. La figure 2 est une vue de dessus d'une portion de la puce de la figure 1. 20 La figure 3 est une vue en coupe de la puce de la figure 2, selon le plan III-III' . Les figures 4 à 9 sont des vues en coupe partielle illustrant l'enchainement des différentes étapes intervenant dans un procédé de réalisation de l'invention. 25 Bien entendu, les dimensions et les proportions données aux figures ne le sont qu'à titre d'exemple, et uniquement afin de permettre la compréhension de l'invention. Elles peuvent différer de la réalité et avoir été exagérées uniquement dans le but de permettre la visualisation de certains aspects spécifiques. 30 Description détaillée Dans l'exemple illustré à la figure 1, le composant électronique 1 comporte un cadre 2 à l'intérieur duquel est implantée une puce 3. Cette puce 3 comporte un 2974665 -5- substrat semi-conducteur 4, qui est associé à un autre élément 5 jouant le rôle de support mécanique, ou encore d'autres rôles fonctionnels. Il peut par exemple s'agir d'un organe optique dans le cadre de la réalisation d'un capteur optique. Bien entendu, l'invention couvre d'autres variantes de composants, ne combinant 5 pas nécessairement divers éléments avec la puce 3. Dans sa partie supérieure, le substrat semi-conducteur 4 comporte une zone de connexion 6, formée par une couche conductrice 7 typiquement en cuivre, qui comporte un organe de connexion. Dans la forme illustrée, cet organe de connexion est formé par une bille conductrice métallique 8, qui pourra être soudée sur le circuit imprimé qui recevra le composant 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce seul type d'organe de connexion mais couvre également les variantes utilisant d'autres organes tels qu'en particulier des piliers cylindriques ou encore des fils de connexion, pour des connexions de type « wire-bonding ». Comme également visible à la figure 2, à l'extérieur des zones de connexion 6, la puce 3 comporte des régions spécifiques 10 destinées à la connexion électrique avec le cadre 2, en vue de l'élimination des décharges électrostatiques. Ces régions spécifiques 10, également dénommées « ESD pads », peuvent s'étendre sur une superficie importante, de manière à minimiser leur résistance. Ces régions 10 peuvent s'étendre sur une partie importante de la périphérie de la puce, ou bien encore être multiples et localisées de manière à optimiser l'écoulement des décharges électrostatiques. Ces régions spécifiques sont reliées aux zones de connexion par des pistes conductrices 11. Tel qu'illustré aux figures 1 et 3, la zone conductrice 6 comporte une couche 7 à base de cuivre qui repose sur une couche barrière à la diffusion du cuivre 12, qui repose elle-même sur une couche isolante 13 déposée sur le substrat 4. -6- Selon un aspect de l'invention, la région spécifique formant l'ESD pad est réalisée à partir de la couche barrière à la diffusion 12, dans sa portion qui s'étend latéralement jusqu'en périphérie de la puce. Toujours en référence à la figure 1, cette région spécifique 10 reçoit un matériau adhésif conducteur 20, qui la recouvre en tout ou partie. Ce matériau conducteur est interposé entre la puce 3 et le cadre 2. 10 Dans la forme illustrée, le cadre 2 est constitué de deux parties principales, à savoir un châssis 21 comportant une partie basse 22 sur laquelle repose la puce 3 et une partie périphérique 23 qui remonte latéralement, de manière à former un logement à l'intérieur duquel la puce est insérée. 15 Dans la forme illustrée, cette portion latérale 23 présente une forme biseautée, de manière à faciliter l'introduction de la puce et la mise en place du matériau adhésif conducteur. Dans la forme illustrée, le cadre 2 comporte une portion complémentaire 25 20 formant un capot, qui est mis en place sur la première partie 21 du cadre par coopération avec la portion latérale 23 de cette dernière. Ce capot présente une portion 27 qui s'étend en direction du centre du composant, et qui recouvre partiellement la portion périphérique de la puce 3. Cette portion 27 emprisonne le matériau conducteur adhésif 20. 25 Bien entendu, il s'agit là uniquement d'un exemple de réalisation d'un cadre, et d'autres variantes peuvent être envisagées tout en restant dans l'esprit de l'invention, dès lors qu'un contact électrique est réalisé entre la puce 3 et le cadre 2 par l'intermédiaire d'un matériau déformable. La connexion entre la région spécifique 10 et la zone de connexion 6 est réalisée comme illustrée aux figures 2 et 3 par une piste 4 formée par la couche 30 2974665 -7- barrière à la diffusion, et par une partie de la couche de cuivre qui forme la zone de connexion. Les figures 4 à 9 illustrent un exemple de réalisation particulier à un procédé 5 permettant d'obtenir une telle structure. Ainsi, en référence à la figure 4, le substrat semi-conducteur 4, incluant les zones fonctionnelles non représentées est recouvert d'une couche isolante 13 typiquement à base d'oxyde. Bien entendu, à l'aplomb des zones fonctionnelles non représentées, cette couche isolante est ouverte pour réaliser les différentes connexions nécessaires. Cette couche d'oxyde 13 reçoit le dépôt d'une couche barrière à la diffusion du cuivre, qui est déposée sur l'ensemble du substrat par exemple par un procédé de dépôt physique par phase vapeur (ou PVD). Cette couche barrière à la diffusion du cuivre peut être réalisée par différents matériaux qui présentent à la fois une conductivité satisfaisante et une résistance à la diffusion du cuivre. Il peut s'agir à titre d'exemple de nitrure de titane. Cette couche barrière 12 est déposée en trois étapes permettant de former une couche de titane 35 permettant l'adhésion sur la couche d'oxyde 13, puis une couche de nitrure de titane 33, recouverte d'une nouvelle couche de titane 34 adhérant à la couche amorce de cuivre déposée ultérieurement. D'autres exemples de matériaux formant barrière à la diffusion du cuivre peuvent être employés, notamment le nitrure de tantale ou l'alliage tungstène/titane. Cette couche barrière de diffusion 12 d'une épaisseur de quelques centaines 30 de nanomètres, est ensuite recouverte d'une couche amorce de cuivre 36 également déposée par PVD. 2974665 -8- Pour faciliter la compréhension, les formes en pointillés illustrées à la figure 4 représentent l'emplacement futur de la région spécifique ou ESD pad 40, de la zone de connexion 42 et de la piste de connexion entre les deux 41. 5 Dans une étape ultérieure illustrée à la figure 5, on réalise un masque 51 à base d'une résine photosensible, qui est ouvert 52 à l'emplacement futur de la zone de connexion 42 et de la piste de connexion 41 avec l'ESD pad. Une croissance de cuivre 53 par voie électrolytique peut être réalisée de manière à former la couche qui constituera la future zone de connexion, et la portion de la piste de connexion 10 avec l'ESD pad. Dans une étape ultérieure illustrée à la figure 6, la résine photosensible 51 est éliminée, de manière à faire apparaître la couche de cuivre 53 ainsi réalisée. La couche amorce de cuivre 36 est ensuite éliminée par une gravure humide par 15 exemple à base de DSP (pour Diluted Sulfuric Peroxide). Puis, la couche d'accroche de titane 34 est ensuite éliminée par gravure humide, typiquement à l'acide fluorhydrique, pour laisser apparaître la couche de nitrure de titane 33 formant la barrière à la diffusion du cuivre. Bien entendu, d'autres types de gravure peuvent être employés pour laisser apparaître la couche de nitrate de titane. Par la suite, comme illustré à la figure 7, on réalise un masque 70 à base 25 d'une résine photosensible ou analogue, pour protéger la couche de nitrure de titane 33 à l'emplacement de la future région spécifique ou « ESD pad ». Ce masque 70 remonte avantageusement sur la couche de cuivre 53 précédemment déposée, pour former un épaulement 71 pour sécuriser cette protection. Puis, par une étape illustrée à la figure 8, on procède à une étape de gravure humide permettant d'éliminer les zones apparentes de la couche de nitrure de titane à base d'une solution classique combinant amoniaque et péroxyde. 20 10 2974665 -9- La couche d'adhésion en titane 35 sous-jacente est ensuite éliminée également par gravure à l'acide fluorhydrique. La couche de résine photorésistante est ensuite éliminée pour laisser apparente la couche de nitrure de titane 33 5 uniquement dans la portion qui formera le futur ESD pad. Dans une étape terminale illustrée à la figure 9, une couche de passivation 80 est ensuite déposée de manière à définir les formes de la zone de connexion et celle de la région spécifique. Bien entendu, d'autres étapes complémentaires peuvent être ajoutées en fonction des technologies employées et des processus ultérieurs. REVENDICATIONS1/ Puce microélectronique (3) comportant : ^ un substrat (4) semi-conducteur ; ^ au moins une région (10) de sa surface adaptée pour être connectée électriquement à un cadre métallique (2) agencé pour recevoir ladite puce (3) ; ^ au moins une zone de connexion (6) comprenant une couche (7) conductrice à base de cuivre, et un organe de connexion (8), ladite zone de connexion (6) étant reliée à ladite région (10) par une piste conductrice (11), dans laquelle la face apparente de ladite région (10) comprend une couche (12) adaptée à former une barrière à la diffusion du cuivre, interposée entre la zone de connexion (6) et le substrat (4). 2/ Puce selon la revendication 1 dans laquelle l'organe de connexion (8) est une bille conductrice. 3/ Puce selon la revendication 1 dans laquelle l'organe de connexion est un fil soudé à la zone de connexion. 4/ Puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite région (10) est disposée en périphérie de la puce. 5/ Puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la couche 25 barrière à la diffusion du cuivre (12) est à base d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le nitrure de tantale, le titane/tungstène. 6/ Composant électronique comportant : ^ une puce (3) selon l'une des revendications précédentes ; 30 ^ un cadre (2) accueillant ladite puce ; ^ un matériau conducteur déformable (20) interposé entre ladite région (10) de la puce (3) et le cadre métallique (2). 2974665 -11- 7/ Composant selon la revendication 6 dans lequel le matériau conducteur (20) déformable présente des propriétés adhésives. 5 8/ Procédé de fabrication d'une puce microélectronique (3) dans laquelle on dépose sur un substrat semi-conducteur (4) une couche isolante (13) et une couche barrière à la diffusion du cuivre (12), puis une couche de cuivre (7) pour former une zone de connexion (6), dans lequel on élimine localement la couche de cuivre (7) pour rendre apparente la couche formant barrière à la diffusion du cuivre 10 (12), et définir une région apparente (10) connectée à la zone de connexion (6). 9/ Procédé selon la revendication 8 dans lequel la couche barrière à la diffusion du cuivre (12) est formée par l'empilement de plusieurs couches élémentaires (33, 34, 35) dont une partie est également éliminée. 10/ Procédé selon la revendication 8 dans lequel on dépose une couche de passivation (80) pour définir les formes de ladite zone de connexion (6) et de ladite région (10). 15