Brevet FR2970118A1 — publié le 20120706

GRB 10-4957FR 1 Puce de circuits intégrés et procédé de fabrication La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs et plus particulièrement celui des puces de circuits intégrés et de leurs procédés de fabrication. On connaît des puces de circuits intégrés munies de moyens de connexion électrique qui comprennent des vias de connexion électrique aménagés dans des trous traversant le substrat sur une face avant duquel sont formés les circuits intégrés, en vue de réaliser des connexions électriques à l'arrière, c'est-à-dire à l'opposé du côté où se situent les circuits intégrés, ces vias de connexion électrique étant munis de piliers arrière de connexion électrique. La face arrière du substrat et les vias sont recouverts d'une couche de passivation permanente en un polymère photosensible, au travers de laquelle sont formés les piliers arrière de connexion électrique en utilisant des couches conductrices non permanentes sur cette couche de passivation. En conséquence, les procédés de fabrication mis en oeuvre comprennent un grand nombre d'étapes notamment du fait de l'existence de la couche de passivation. En outre, la couche de passivation ne peut pas remplir complètement le trou central subsistant dans les vias si bien qu'il existe un risque d'oxydation interne des vias de connexion électrique. Selon un mode de mise en oeuvre, il est proposé un procédé de fabrication évitant au moins en partie les inconvénients cités ci-dessus. I1 est proposé un procédé de réalisation d'un moyen de connexion électrique d'une puce de circuits intégrés comprenant une plaque de substrat et, sur une face avant de la plaque de substrat, des circuits intégrés et une couche intégrant un réseau avant d'interconnexion électrique. Le procédé proposé peut comprendre : réaliser au moins un via local de connexion électrique en une matière conductrice de l'électricité, traversant la plaque de substrat et relié à une portion de connexion dudit réseau d'interconnexion électrique ; réaliser un pilier de connexion électrique en une matière conductrice de l'électricité, sur une partie arrière du via de connexion électrique ; et réaliser une couche extérieure locale de protection recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique et le pilier de connexion électrique. Le procédé proposé peut comprendre : réaliser un trou au travers de la plaque de substrat par sa face arrière, découvrant une portion de connexion dudit réseau d'interconnexion électrique ; réaliser, par un dépôt physique en phase vapeur (PVD), une couche mince en une matière conductrice de l'électricité, au-dessus de la face arrière de la plaque de substrat et de la paroi et du fond du trou ; réaliser, par un dépôt électrochimique local avec prise de contact électrique sur ladite couche mince, une couche épaisse locale en une matière conductrice de l'électricité sur la couche mince, dans le trou et au-dessus de la face arrière de la plaque de substrat ; réaliser, par un dépôt électrochimique local avec prise de contact électrique sur ladite couche mince, un pilier arrière de connexion électrique sur la couche épaisse ; et enlever la couche mince autour de la couche épaisse, la portion restante de la couche mince et la couche épaisse formant un via de connexion électrique relié audit réseau avant d'interconnexion et muni du pilier arrière de connexion électrique. Le procédé peut comprendre : réaliser, par un dépôt chimique, une couche extérieure locale de protection recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique et le pilier arrière de connexion électrique. Le procédé peut comprendre, avant de réaliser la couche mince : réaliser une couche d'isolation sur la face arrière de la plaque de substrat et contre les parois du trou ; et enlever une partie de la couche d'isolation située au-dessus de ladite portion de connexion du réseau avant d'interconnexion électrique. Le procédé peut comprendre : réaliser la couche d'isolation par un dépôt chimique en phase vapeur sub-atmosphérique (SACVD). Selon un mode de réalisation, il est proposé une puce de circuits intégrés comprenant une plaque de substrat et, sur une face avant de cette plaque de substrat, des circuits intégrés et une couche intégrant un réseau avant d'interconnexion électrique. Une puce de circuits intégrés proposée peut comprendre au moins un moyen de connexion électrique arrière comprenant un via de connexion électrique traversant la plaque de substrat et relié à une portion de connexion dudit réseau avant d'interconnexion électrique et comprenant un pilier arrière de connexion électrique aménagé sur le via de connexion électrique, et une couche arrière locale de protection recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique et le pilier de connexion électrique. Le pilier de connexion électrique peut être muni, sur son extrémité, d'une goutte de soudure. Le via de connexion électrique et le pilier de connexion électrique peuvent comprendre du cuivre (Cu) et la couche de protection comprend un alliage de cobalt (Co), de tungstène (W) et de phosphore (P). Une puce de circuits intégrés et un procédé de fabrication de puce de circuits intégrés, selon un mode particulier de réalisation de la présente invention, vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une coupe partielle d'une puce de circuits intégrés ; - la figure 2 représente une plaquette de puces de circuits intégrés; - et les figures 3 à 10 représentent des étapes de fabrication de puces de circuits intégrés, vues en coupe. Comme illustré sur la figure 1, une puce de circuits intégrés 1 comprend une plaque de substrat 2, par exemple en silicium, sur une face avant 3 de laquelle sont réalisés des circuits intégrés 4 et qui est munie, sur cette face avant 3, d'une couche avant 5 dans laquelle est intégré un réseau avant d'interconnexion électrique 6, éventuellement à plusieurs niveaux métalliques, sélectivement relié aux circuits intégrés 4. La puce de circuits intégrés 1 comprend une pluralité de moyens de connexion électrique arrière 7 dont chacun présente la structure suivante. Au travers de la plaque de substrat 2 et dans une zone exempte de circuits intégrés 4, est aménagé un trou 8 qui est prolongé dans la couche avant 5 jusqu'à une portion de connexion électrique 9 du réseau avant d'interconnexion 6. Cette portion de connexion 9 peut être située dans le premier niveau métallique du réseau avant d'interconnexion 6. Une couche d'isolation 10, par exemple en oxyde de silicium (SiO2), présente une partie l0a qui recouvre la paroi latérale du trou 8 et une partie l0b qui recouvre la face arrière 11 de la plaque de substrat 2. Une couche locale de barrière 12 conductrice de l'électricité, par exemple en titane (Ti), en une bi-couche de nitrure de titane et de titane (TiN/Ti), en tantale (Ta) ou en une bi-couche de nitrure de tantale et de tantale (TaN/Ta), présente une partie 12a qui recouvre la partie l0a de la couche d'isolation 10 et la portion de connexion 9, dans le fond du trou 8, et présente une partie locale 12b qui recouvre localement la partie l0b de la couche d'isolation 10, sur au moins une partie de la périphérie du trou 8. Une couche locale d'accroche 13 conductrice de l'électricité, par exemple en cuivre (Cu), présente une partie 13a qui recouvre la partie 12a de la couche de barrière 12 et une partie locale 13b qui recouvre la partie locale 12b de la couche de barrière 12. Une couche locale épaisse 14 conductrice de l'électricité, par exemple en cuivre (Cu), présente une partie 14a qui recouvre la partie 13a de la couche d'accroche 13 et une partie locale 14b qui recouvre la partie locale 13b de la couche d'accroche 13. La partie 14a de la couche épaisse 14 détermine un trou restant central borgne 15 ouvert vers l'arrière. Selon une variante de réalisation, l'épaisseur de la couche locale épaisse 14 peut être suffisante pour combler complètement le reste du trou 8 et ainsi supprimer le trou central borgne 15. Un pilier 16 en saillie vers l'arrière, conducteur de l'électricité, par exemple en cuivre (Cu), est formé sur la partie locale 14b de la couche épaisse 14, ce pilier étant par exemple cylindrique. Sur l'extrémité du pilier en saillie 16 est formée une goutte de soudure 17 conductrice de l'électricité, par exemple en un alliage d'étain et d'argent (SnAg) ou un alliage d'étain, d'argent et de cuivre (SnAgCu). Enfin, une couche extérieure arrière locale de protection 18, par exemple en un alliage de cobalt, de tungstène et de phosphore (CoWP), comprend une partie 18a qui recouvre la partie 14a de la couche épaisse 14, dans le trou restant 15, comprend une partie 18b qui recouvre la partie locale 14b de la couche épaisse 14, autour du pilier en saillie 16, comprend une partie 18c qui recouvre les flancs ou bords latéraux de la partie locale 14b de la couche épaisse 14, de la partie locale 13b de la couche 13 et de la partie locale 12, jusqu'à la partie lob de la couche d'isolation 10, et comprend une partie 18d qui recouvre la face périphérique du pilier en saillie 16 et éventuellement la goutte de soudure 17. Ainsi, chaque moyen de connexion électrique arrière 7 comprend un via de connexion électrique 7a formé par les couches 12, 13 et 14 et comprend le pilier en saillie 16 dont l'extrémité peut être soudée à un autre composant électronique par l'intermédiaire de la goutte de soudure 17, ce via 7a et ce pilier 16 étant protégés contre la corrosion grâce à l'existence de la couche extérieure de protection 18. En se reportant aux figures 2 à 10, on va maintenant décrire un mode de fabrication collective d'une pluralité de puces de circuits intégrés correspondant à la puce de circuits intégrés 1 de la figure 1. Comme illustré sur la figure 2, on dispose pour cela d'une plaquette 100, par exemple en silicium, présentant une pluralité ou matrice d'emplacements 101 correspondant chacun à une puce de circuits intégrés 1 à fabriquer. Comme illustré sur la figure 3, on procède à la réalisation, sur une face avant 102 de la plaquette 100 et dans respectivement les emplacements 101, de circuits intégrés 4 et de réseaux avant de connexion électrique 6 dans une couche avant commune 103. Ensuite, comme illustré sur la figure 4, on procède à la réalisation, par la face arrière 104 de la plaquette 100 et dans respectivement les emplacements 101 des puces à fabriquer, de pluralités de trous 8, par gravure au travers de passages traversants correspondants 105a aménagés dans un masque 105 et jusqu'aux portions 9 des réseaux de connexion électrique. Puis, on enlève le masque 105. Ensuite, comme illustré sur la figure 5, on procède à la réalisation par un dépôt chimique en phase vapeur sub-atmosphérique (SACVD), sur la face arrière 104 et dans les trous 8 de la plaquette 100, d'une couche d'isolation 106 et on enlève les parties de cette couche 106 dans le fond des trous 8 de façon à découvrir les portions 9 des réseaux avant de connexion électrique 6. On obtient ainsi, dans chacun des emplacements 101 et pour chaque puce à fabriquer, la couche d'isolation 10. Selon une variante de réalisation, on pourrait réaliser les trous 8 jusqu'à proximité des portions 9 des réseaux de connexion électrique 6, dans la couche 103, puis déposer la couche d'isolation 106, puis enlever les parties de cette couche 106 dans le fond des trous 8 et enlever le reste de la couche 103 jusqu'à découvrir les portions 9 des réseaux avant de connexion électrique 6. Ensuite, comme illustré sur la figure 6, on procède à la réalisation par un dépôt physique en phase vapeur (PVD), sur la couche d'isolation 106 et dans le fond des trous 8, d'une couche 107 puis d'une couche 108 sur cette couche 107, destinées à la fabrication de la couche 12 puis de la couche 13 des puces à fabriquer. Ensuite, comme illustré sur la figure 7, on forme un masque 109 sur la couche 108, au travers duquel sont aménagées des ouvertures 109a dont les pourtours correspondent aux pourtours des parties arrière 14b des couches locales 14 associées aux trous 8 des puces à fabriquer. Puis, on procède, par un dépôt électrochimique dans un bain, à la réalisation des couches locales 14 dans les ouvertures 109a du masque 109, en prenant le contact électrique sur le bord périphérique de la couche 108, à la périphérie de la plaquette 100. Ensuite, comme illustré sur la figure 8, après avoir enlevé le masque 109, on forme un nouveau masque 110 sur la couche 108 et sur les couches locales 14, en aménageant, au travers de ce masque 110, des ouvertures traversantes 110a correspondant aux piliers 16 à réaliser sur les parties arrière 14b des couches locales 14 réalisées. Puis, on procède, par un dépôt électrochimique dans un bain, à la réalisation des piliers 16 puis des gouttes de soudure 17 dans les ouvertures 110a du masque 110, en prenant comme précédemment le contact électrique sur le bord périphérique de la couche 108, à la périphérie de la plaquette 100. Ensuite, comme illustré sur la figure 9, après avoir enlevé le masque 110, on procède, par gravure humide dans des bains adaptés, à l'enlèvement des parties de la couche 108 puis de la couche antérieure 107, autour des parties arrière 14b des couches locales 14 réalisées, sur toute la surface restante de la couche d'isolation 106. On obtient alors des couches locales 12, 13 et 14 associées à chacun des trous 8 des puces à réaliser. Puis, on procède à un recuit pour que les gouttes de soudure 17 prennent la forme de dômes. Ainsi, sont formées, dans les emplacements 101 de la plaquette 100, des pluralités de moyens locaux de connexion électrique arrière 7 comprenant chacun un via traversant de connexion électrique 7a et un pilier en saillie 16 muni d'une goutte de soudure 17. Ensuite, comme illustré sur la figure 10, on procède, par dépôt chimique naturellement sélectif, à la réalisation de couches de protection 18 sur les moyens de connexion électrique arrière 7. Par exemple, si la couche épaisse 14 et le pilier en saillie 16 sont en cuivre, la couche de protection 18 peut être formée par un dépôt chimique sélectif d'un alliage ternaire à base de cobalt, de tungstène et de phosphore (CoWP) selon un procédé de croissance auto-catalytique en phase vapeur. Ensuite, comme illustré sur la figure 2, on procède à la singularisation des puces de circuits intégrés 1 obtenues dans les emplacements 101, par exemple par sciage le long de lignes 111 et des colonnes 112 de séparation de ces emplacements 101. 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 réalisation d'un moyen de connexion électrique d'une puce de circuits intégrés comprenant une plaque de substrat et, sur une face avant du substrat, des circuits intégrés et une couche intégrant un réseau avant d'interconnexion électrique, comprenant : réaliser au moins un via local de connexion électrique (7a) en une matière conductrice de l'électricité, traversant la plaque de substrat (2) et relié à une portion de connexion (9) dudit réseau avant d'interconnexion électrique ; réaliser un pilier de connexion électrique (16) en une matière conductrice de l'électricité, sur une partie arrière du via de connexion électrique ; et réaliser une couche extérieure locale de protection (18) recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique et le pilier de connexion électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière conductrice de l'électricité est du cuivre et la couche de protection est un alliage de cobalt (Co), de tungstène (W) et de phosphore (P). 3. Procédé de réalisation d'au moins un moyen de connexion électrique d'une puce de circuits intégrés comprenant une plaque de substrat et, sur une face avant de la plaque de substrat, des circuits intégrés et une couche intégrant un réseau avant d'interconnexion électrique, comprenant : réaliser un trou (8) au travers de la plaque de substrat (2) par sa face arrière, découvrant une portion de connexion (9) dudit réseau avant d'interconnexion électrique ; réaliser, par un dépôt physique en phase vapeur (PVD), une couche mince (108) en une matière conductrice de l'électricité, au-dessus de la face arrière de la plaque de substrat et de la paroi et du fond du trou (8) ; réaliser, par un dépôt électrochimique local avec prise de contact électrique sur ladite couche mince, une couche épaisse locale (14) en une matière conductrice de l'électricité sur la couche mince,dans le trou (8) et au-dessus de la face arrière de la plaque de substrat ; réaliser, par un dépôt électrochimique local avec prise de contact électrique sur ladite couche mince, un pilier arrière de connexion électrique (16) sur la couche épaisse (14) ; enlever la couche mince autour de la couche épaisse, la portion restante de la couche mince et la couche épaisse formant un via de connexion électrique (7a) relié audit réseau avant d'interconnexion et muni du pilier arrière de connexion électrique. 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant : réaliser, par un dépôt chimique sélectif, une couche extérieure locale de protection (18) recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique (7a) et le pilier arrière de connexion électrique (16). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la matière conductrice de l'électricité est du cuivre et la couche extérieure de protection est un alliage de cobalt (Co), de tungstène (W) et de phosphore (P). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant, avant de réaliser la couche mince : réaliser une couche d'isolation (10) sur la face arrière de la plaque de substrat et contre les parois du trou ; et enlever une partie de la couche d'isolation située au-dessus de ladite portion de connexion du réseau avant d'interconnexion électrique. 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant : réaliser la couche d'isolation (10) par un dépôt chimique en phase vapeur subatmosphérique (SACVD). 8. Puce de circuits intégrés comprenant une plaque de substrat et, sur une face avant de cette plaque de substrat, des circuits intégrés et une couche intégrant un réseau avant d'interconnexion électrique, et comprenant : au moins un moyen de connexion électrique arrière (7) comprenant un via de connexion électrique (7a) traversant la plaque desubstrat (2) et relié à une portion de connexion (9) dudit réseau avant d'interconnexion électrique et comprenant un pilier arrière de connexion électrique (16) aménagé sur le via de connexion électrique, et une couche arrière locale de protection (18) recouvrant au moins en partie le via de connexion électrique et le pilier de connexion électrique. 9. Puce selon la revendication 8, dans laquelle le via de connexion électrique (7a) et le pilier de connexion électrique (16) comprennent du cuivre (Cu) et la couche de protection comprend un alliage de cobalt (Co), de tungstène (W) et de phosphore (P). 10. Puce selon l'une des revendications 8 et 9, dans laquelle le pilier de connexion électrique (16) est muni, sur son extrémité, d'une goutte de soudure (17).