Brevet FR2980639A1 — publié le 20130329

B11-1225FR 1 Procédé de mesure de la résistance d'une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés assemblées formant une structure intégrée tridimensionnelle et dispositif correspondant L'invention concerne les structures intégrées tridimensionnelles et plus particulièrement la mesure de la résistance d'une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés assemblées formant une structure intégrée tridimensionnelle. Afin de former une structure intégrée tridimensionnelle, on peut réaliser un premier circuit intégré comportant sur une face un matériau isolant, par exemple du dioxyde de silicium (SiO2) et au moins partiellement sur cette même face des lignes métalliques, par exemple des lignes métalliques du plus haut niveau d'un réseau d'interconnexion (« BEOL : Back End Of Line » en langue anglaise). Un deuxième circuit intégré ayant une structure similaire peut être assemblé par collage direct, ou collage moléculaire directement sur ladite face. Cet assemblage correspond à un assemblage de dioxyde de silicium contre du dioxyde de silicium et un assemblage de matériau conducteur contre du matériau conducteur (généralement du cuivre), pour les lignes métalliques du premier et du deuxième circuit intégré qui se chevauchent. Des liaisons métalliques sont ainsi formées entre les deux circuits intégrés de manière à former une structure intégrée tridimensionnelle. Afin d'évaluer la qualité de l'assemblage, on peut mesurer la résistance d'une liaison métallique entre les deux circuits intégrés formant la structure tridimensionnelle. Il est donc nécessaire d'avoir accès aux liaisons métalliques. A cet effet, il a été proposé de mettre en oeuvre un retrait de matériau d'un des deux circuits intégrés, afin de ne conserver que la ou les lignes métalliques formant des liaisons avec l'autre circuit intégré. On peut ainsi mesurer la résistance de l'assemblage directement avec un appareil de mesure en contact direct avec la ligne métallique. On pourra se référer au document « K. N. Chen et al (2004) el. dev. lett. Vol.25 n°1 » qui décrit un tel procédé. Ce procédé a pour inconvénient d'être destructeur, et des problèmes de corrosion et de pollution par le cuivre peuvent apparaître. Par ailleurs, ce procédé ne permet pas la mise en oeuvre d'études de stabilité thermique de l'assemblage, les lignes de cuivre étant découvertes. Il a également été proposé de former des liaisons traversantes électriquement conductrices sur une face non-assemblée d'un des deux circuits intégré de manière à amener un contact électrique vers la liaison sur la face non assemblée. Cela étant, la réalisation de ces liaisons traversantes électriquement conductrices nécessite un nombre élevé d'étapes, ce qui augmente le coût de fabrication de la structure. Cette méthode a notamment pour inconvénient de nécessiter la complétion des liaisons traversantes électriquement conductrices quand bien même la liaison entre les deux circuits intégrés n'a pas été testée. Les structures défectueuses ne peuvent donc pas être écartées avant la réalisation des liaisons traversantes électriquement conductrices. En outre, la qualité de la mesure peut être dégradée si les liaisons traversantes comportent des défauts. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé de mesurer la résistance d'une liaison entre deux circuits intégrés avant la réalisation de liaisons traversantes électriquement conductrices. Selon un aspect, il est proposé un procédé de mesure de la résistance d'une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés assemblées formant une structure intégrée tridimensionnelle, ladite liaison comprenant un ensemble d'au moins deux lignes métalliques en contact électrique mutuel, ledit ensemble s'étendant au sein de chaque partie de circuit intégré. Selon une caractéristique générale, le procédé comprend : - une formation d'au moins deux cavités sur une face non assemblée d'une des deux parties de circuit intégré, les deux cavités débouchant respectivement sur deux portions appartenant respectivement aux deux lignes métalliques ou appartenant à une même ligne métallique, - une mesure de la résistance de la liaison métallique au moyen d'un appareil de mesure électriquement en contact avec lesdites deux portions à travers lesdites cavités. L'ensemble d'au moins deux lignes métalliques peut avoir différentes configurations. Il peut comprendre deux lignes métalliques disposées respectivement au sein de chaque partie de circuit intégré et en contact par chevauchement. En variante, les deux lignes peuvent être en contact au moyen d'une liaison intermédiaire. Dans une autre variante, les deux cavités débouchent sur une même ligne d'une première partie de circuit intégré en contact avec une deuxième ligne d'une deuxième partie de circuit intégré. Dans encore une autre variante, l'ensemble d'au moins deux lignes métalliques comprend une chaine de lignes en contact électrique et dont les lignes consécutives sont disposées sur des parties de circuit intégrés différentes. Ainsi, on mesure directement au fond des cavités ladite résistance. Cette mesure est obtenue sans la formation complète d'une liaison traversante électriquement conductrice permettant à l'appareil de mesure de former un contact sur la face non assemblée. Les cavités formées sont avantageusement suffisamment larges et peu profondes pour pouvoir mettre en contact l'appareil de mesure. A cet effet, on peut former des cavités ayant une largeur supérieure à 80 micromètres et une hauteur de l'ordre de 15 micromètres (obtenue par un amincissement du circuit intégré dans lequel les cavités sont formées). Les liaisons traversantes électriquement conductrices ont généralement une largeur de l'ordre de 5 micromètres, pour une hauteur de 15 micromètres. Avantageusement, le procédé comprend en outre une formation d'une couche conductrice au fond et sur les parois desdites cavités formant un contact électrique avec lesdites deux portions. Cette couche conductrice permet de protéger la ligne métallique. Les portions de ligne métallique comprennent généralement du cuivre, et la couche conductrice permet de passiver le cuivre ainsi que les parois des cavités. La pollution des équipements par le cuivre est ainsi limitée, et la corrosion du cuivre est limitée. La couche conductrice formée au fond et sur les parois desdites cavités peut comprendre de l'aluminium. Le procédé peut comprendre un amincissement d'au moins une des deux parties de circuit intégré de manière à former ladite face non assemblée d'une des deux parties de circuit intégré, préalablement à la formation desdites au moins deux cavités. On peut mettre en contact l'appareil de mesure au moyen de deux pointes de sondes respectivement en contact direct ou indirect avec lesdites deux portions. Les pointes de sondes des appareils de caractérisation utilisés en microélectronique ont généralement des largeurs de l'ordre de 10 à 20 micromètres (largeur du contact entre la pointe et une surface). On peut ainsi effectuer la mesure en mettant en contact les pointes, puis en les retirant après la mesure pour effectuer une même mesure sur une autre structure intégrée. En variante, on peut mettre en contact l'appareil de mesure au moyen de deux fils soudés (« wire bonding » en langue anglaise) au fond des cavités de manière à être en contact direct ou indirect avec lesdites deux portions. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant : - une réalisation d'une première partie d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant une fabrication d'un premier circuit intégré comportant au moins une ligne métallique, - une réalisation d'une deuxième partie d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant une fabrication d'un deuxième circuit intégré comportant au moins une ligne métallique, - un assemblage des deux circuits intégrés de manière à mettre en contact électrique mutuel les deux lignes métalliques de façon à former une liaison métallique comprenant au moins deux lignes métalliques, - une mesure de la résistance de la liaison métallique par le procédé tel que défini ci-avant, et après ladite mesure une réalisation d'au moins une liaison traversante électriquement conductrice sur ladite face non assemblée. Selon encore un autre aspect, il est proposé une structure intégrée tridimensionnelle comprenant une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés assemblées formant la structure intégrée tridimensionnelle, ladite liaison comprenant un ensemble d'au moins deux lignes métalliques en contact électrique mutuel, ledit ensemble s'étendant au sein de chaque partie de circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins deux cavités sur une face non assemblée d'une des deux parties de circuit intégré, les deux cavités débouchant respectivement sur deux portions appartenant respectivement aux deux lignes métalliques ou appartenant à une même ligne métallique, les dimensions desdites cavités permettant le raccordement d'un appareil de mesure au fond desdites cavités. La largeur des cavités peut être supérieure à 80 micromètres. La structure intégrée peut comprendre une couche conductrice disposée au fond et sur les parois desdites cavités formant un contact électrique avec lesdites deux portions. La couche conductrice disposée au fond et sur les parois desdites cavités peut comprendre de l'aluminium. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 8 illustrent différents modes de mise en oeuvre et de réalisation selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un exemple de structure intégrée tridimensionnelle STR comprenant deux circuits intégrés CIl et Cl2. Les circuits intégrés CIl et C12 comprennent respectivement un substrat SUBI et SUB2, comportant par exemple du silicium. Les circuits intégrés CIl et Cl2 comprennent également respectivement des réseaux d'interconnexion ITX1 et ITX2 (BEOL). Les réseaux d'interconnexion ITX1 et ITX2 comportent une région isolante ISO1, IS02, par exemple du dioxyde de silicium et on a représenté au sein de chaque région isolante une ligne métallique LM1, LM2, par exemple en cuivre, et située sur le niveau de métallisation le plus haut de chaque circuit intégré CIl et Cl2. Les lignes métalliques LM1 et LM2 sont partiellement encapsulées par une couche barrière BAR1, par exemple une couche de nitrure de titane (TiN) ou un empilement de nitrure de tantale (TaN) et de tantale, et ne sont pas protégées sur la face supérieure de chaque circuit intégré CIl et Cl2. Les faces supérieures des circuits intégrés CIl et Cl2 ont été assemblées au niveau de l'interface IF. Cet assemblage correspond à un collage direct, ou moléculaire, dans lequel les couches ISO1 et IS02, ainsi que les lignes métalliques LM1 et LM2 ont été mises en contact. Les parties de l'interface IF dans lesquelles les lignes LM1 et LM2 se chevauchent permettent la formation d'une liaison métallique formée par la ligne métallique LM1, une interface conductrice IFC, et la ligne métallique LM2. C'est la résistance de cette liaison métallique qui va être mesurée afin d'évaluer la qualité de l'assemblage entre les deux circuits intégrés CIl et Cl2. Le circuit intégré CIl, d'une épaisseur initiale de l'ordre de 700 micromètres, est aminci pour atteindre une épaisseur el de l'ordre de 15 micromètres. L'épaisseur e2 du circuit intégré Cl2 est de l'ordre de 700 micromètres. On a également formé une couche isolante IS03, par exemple en dioxyde de silicium (SiO2), sur la face arrière du circuit intégré CIl. La couche isolante IS03 permet de passiver la face arrière du circuit intégré CIl. Sur la figure, la référence F 1 désigne la face arrière du circuit intégré CIl après amincissement et formation de la couche isolante IS03. Deux cavités CV1 et CV2 sont formées de façon classique sur la face F1. La cavité CV1 traverse la couche isolante IS03, le substrat SUBI, la couche isolante ISO1 et débouche sur la ligne métallique LM1. La cavité CV2 est plus profonde et traverse totalement la couche ISO1 pour déboucher sur la ligne métallique LM2. Afin de passiver les parois des cavités, un dépôt conforme d'une couche isolante IS04, par exemple en dioxyde de silicium (SiO2) est mis en oeuvre sur la face Fl, sur les parois des cavités, et au fond des cavités, avant d'être gravé au fond des cavités CV1 et CV2. La couche IS04 passive notamment les parois des cavités CV1 et CV2. Une barrière BAR2, comportant par exemple un empilement de titane, de nitrure de titane, et de titane, est mis en oeuvre sur les parois des cavités CV1 et CV2 et partiellement sur la face Fl recouverte de la couche IS04 (une gravure au fond des cavités CV1 et CV2 peut être mise en oeuvre). La barrière BAR2 permet le dépôt d'une couche d'un matériau conducteur CC, par exemple de l'aluminium, au fond et sur les parois des cavités CV1 et CV2, et partiellement sur la face FI recouverte de la couche isolante IS04 et de la barrière BAR2. Le cuivre des lignes métalliques LM1 et LM2 est ainsi protégé, ce qui empêche la corrosion du cuivre ou la pollution d'équipements. Les cavités CV1 et CV2 ont une largeur L supérieure à 80 micromètres. On peut ainsi raccorder un appareil de mesure directement au fond des cavités CV1 et CV2 pour mesurer la résistance de la liaison formée par la ligne métallique LM1, la ligne métallique LM2, et l'interface conductrice IFC. On obtient une structure intégrée tridimensionnelle STR comprenant une liaison métallique entre les deux parties de circuit intégré CIl et Cl2, ladite liaison comprenant deux lignes métalliques LM1 et LM2 disposées respectivement au sein de chaque partie de circuit intégré et en contact par chevauchement. La structure STR comprend au moins deux cavités CV1 et CV2 sur une face non assemblée des deux parties de circuit intégré CIl et Cl2, chaque cavité débouchant respectivement sur une desdites portion de ligne métallique, les dimensions desdites cavités CV1 et CV2 permettant le raccordement d'un appareil de mesure au fond desdites cavités. Sur la figure 2, on a représenté la structure STR en vue de dessus. Les deux cavités CV1 et CV2 ont été représentées recouvertes de la couche conductrice CC disposée au fond des cavités, sur les parois des cavités, et partiellement sur la face F1 recouverte par la couche isolante 1SO4. Les cavités CV1 et CV2 peuvent avoir une forme circulaire d'un diamètre L supérieur à 80 micromètres. On peut mettre en contact un appareil de mesure avec la ligne métallique LM1 au moyen d'une pointe de sonde S, comme illustré sur la figure 3. Les pointes de sonde, bien connues de l'homme du métier, forment un contact avec une surface de 20 micromètres de large. Elles sont par ailleurs suffisamment hautes pour atteindre le fond des cavités (d'une hauteur de l'ordre de 15 micromètres). A titre d'exemple, on pourra utiliser une pointe de sonde d'une hauteur de l'ordre de 100 à 200 micromètres. On pourra par exemple utiliser l'appareil « APM90 » de la société japonaise ACCRETECH. La pointe est en contact direct avec la couche conductrice CC, au fond des cavités, et éventuellement sur les parois des cavités si l'alignement n'est pas parfait. Sur la figure 4, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle on a soudé un fil FS au fond de la cavité CV1. On peut ainsi connecter électriquement un fil formant un contact direct ou indirect avec la ligne LM1, par exemple à travers la couche conductrice CC. Après la mesure de la résistance de la liaison métallique, les structures dont les liaisons ont une résistance suffisamment faible peuvent accueillir des liaisons traversantes électriquement conductrices, comme illustré sur la figure 5. Sur cette figure, on a représenté la cavité CV2, débouchant sur la ligne LM2, après une étape de remplissage de la cavité CV2 et de passivation de la face F1 recouverte par la couche isolante 1SO4. On pourra utiliser un matériau isolant, par exemple du Benzocyclobutene (C8H8). Une liaison traversante électriquement conductrice LTE (« TSV : Through Silicon Via » en langue anglaise) a été représentée. Cette liaison traversante LTE traverse le circuit intégré CIl et forme un contact avec une ligne métallique LM3 du circuit intégré Cl2. La largeur LLTE de la liaison traversante LTE peut être par exemple de l'ordre de 5 micromètres. La liaison LLTE est ici remplie par du cuivre LCU, par exemple obtenu par une étape de dépôt électrochimique. Un contact est formé par une ligne de redistribution en cuivre RDL, obtenue également par une étape de dépôt électrochimique, et un plot d'aluminium PAL est réalisé sur la ligne de redistribution en cuivre RDL. Les différentes étapes de dépôt électrochimique sont réalisés à travers différents masques de résine, et des couches conductrices recouvrant tout le circuit intégré CIl doivent être formées préalablement afin de former des contacts électriques nécessaires pour les dépôts électrochimiques. Il est préférable de réaliser ces étapes une fois que la qualité de l'assemblage a été évaluée. Selon un aspect de l'invention, on obtient une mesure de la résistance d'une liaison entre deux circuits intégrés avant la réalisation de liaisons traversantes électriquement conductrices. L'invention ne se limite pas aux modes de mise en oeuvre et de réalisation décrits ci-dessus et en embrasse toutes les variantes. Ainsi, il est possible de prévoir une liaison métallique dans laquelle les deux lignes métalliques LM1 et LM2 ne sont pas en contact direct par chevauchement mais par l'utilisation d'une liaison intermédiaire, comme illustré sur la figure 6. Cette liaison intermédiaire LI forme un contact électrique entre les lignes métalliques LM1 et LM2, la liaison intermédiaire LI comportant une première partie de liaison intermédiaire LIl disposée au sein du circuit intégré CIl et une deuxième partie de liaison intermédiaire LI2 disposée au sein du circuit intégré Cl2. Les deux parties de liaisons intermédiaires peuvent comprendre du cuivre et ont été alignées lors de l'assemblage des deux circuits intégrés CIl et Cl2. L'assemblage des deux circuits intégrés CIl et Cl2 comprend alors un collage direct de dioxyde de silicium contre du dioxyde de silicium, contenu dans les parties d'interconnexion ITX1 et ITX2, et un collage direct de cuivre contre du cuivre, contenu dans les parties de liaison intermédiaire LH et LI2. On améliore ainsi la qualité de l'assemblage en supprimant les interfaces entre le dioxyde de silicium d'une partie d'interconnexion contre du cuivre. Il est également possible de former deux cavités CV1 et CV2 débouchant sur une même ligne, par exemple la ligne LM1, comme illustré sur la figure 7. La ligne LM1 est en contact par chevauchement avec la ligne LM2 et la recouvre complètement, ce qui influe sur la résistance de la liaison métallique qui est mesurée à travers les cavités CV1 et CV2. Une diminution de la résistance correspond ainsi à un assemblage de bonne qualité. Enfin, sur la figure 8, on a formé deux cavités CV1 et CV2 débouchant sur deux lignes métalliques LM11 et LM12 du circuit intégré CIl, toutes les deux en contact avec une ligne métallique LM2 disposée au sein du circuit intégré Cl2. Les lignes métalliques LM11, LM12 et LM2 forment une chaîne bien connue de l'homme de métier sous le vocable anglo-saxon de « Daisy Chain ». REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de la résistance d'une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés (CIl, Cl2) assemblées formant une structure intégrée tridimensionnelle (STR), ladite liaison comprenant un ensemble d'au moins deux lignes métalliques (LM1, LM2) en contact électrique mutuel, ledit ensemble s'étendant au sein de chaque partie de circuit intégré , caractérisé en ce qu'il comprend : - une formation d'au moins deux cavités (CV1, CV2) sur une face non assemblée (F1) d'une des deux parties de circuit intégré, les deux cavités débouchant respectivement sur deux portions appartenant respectivement aux deux lignes métalliques ou appartenant à une même ligne métallique, - une mesure de la résistance de la liaison métallique au moyen d'un appareil de mesure électriquement en contact avec lesdites deux portions à travers lesdites cavités (CV1, CV2). 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une formation d'une couche conductrice (CC) au fond et sur les parois desdites cavités formant un contact électrique avec lesdites deux portions. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la couche conductrice (CC) formée au fond et sur les parois desdites cavités comprend de l'aluminium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un amincissement d'au moins une des deux parties de circuit intégré (CI1) de manière à former ladite face non assemblée (F1) d'une des deux parties de circuit intégré, préalablement à la formation desdites au moins deux cavités. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on met en contact l'appareil de mesure au moyen de deux pointes de sondes (S) respectivement en contact direct ou indirect avec lesdites deux portions. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on met en contact l'appareil de mesure au moyen de deux fils soudés (FS) au fond des cavités de manière à être en contact direct ou indirect avec lesdites deux portions. 7. Procédé de réalisation d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant : - une réalisation d'une première partie d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant une fabrication d'un premier circuit intégré (CIl) comportant au moins une ligne métallique (LM1), - une réalisation d'une deuxième partie d'une structure intégrée tridimensionnelle comprenant une fabrication d'un deuxième circuit intégré (Cl2) comportant au moins une ligne métallique (LM2), - un assemblage des deux circuits intégrés de manière à mettre en contact électrique mutuel les deux lignes métalliques de façon à former une liaison métallique comprenant au moins deux lignes métalliques, - une mesure de la résistance de la liaison métallique par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et après ladite mesure une réalisation d'au moins une liaison traversante électriquement conductrice (LTE) sur ladite face non assemblée. 8. Structure intégrée tridimensionnelle comprenant une liaison métallique entre deux parties de circuits intégrés (CIl, Cl2) assemblées formant la structure intégrée tridimensionnelle (STR), ladite liaison comprenant un ensemble d'au moins deux lignes métalliques (LM1, LM2) en contact électrique mutuel, ledit ensemble s'étendant au sein de chaque partie de circuit intégré , caractérisé en ce qu'il comprend - au moins deux cavités (CV1, CV2) sur une face non assemblée (F1) d'une des deux parties de circuit intégré, les deux cavités débouchant respectivement sur deux portions appartenant respectivement aux deux lignes métalliques ou appartenant à une même ligne métallique, les dimensions desdites cavités permettant le raccordement d'un appareil de mesure au fond desdites cavités. 9. Structure intégrée selon la revendication 8, dans laquelle la largeur des cavités (CV1, CV2) est supérieure à 80 micromètres. 10. Structure intégrée selon la revendication 8 ou 9, comprenant une couche conductrice (CC) disposée au fond et sur les parois desdites cavités et formant un contact électrique avec lesdites deux portions. 11. Structure intégrée selon la revendication 10, dans laquelle la couche conductrice (CC) disposée au fond et sur les parois desdites cavités comprend de l'aluminium. 12. Structure intégrée selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans laquelle l'ensemble d'au moins deux lignes métalliques comprend deux lignes métalliques disposées respectivement au sein de chaque partie de circuit intégré et en contact par chevauchement. 13. Structure intégrée selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans laquelle les deux lignes sont en contact au moyen d'une liaison intermédiaire. 14. Structure intégrée selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans laquelle les deux cavités débouchent sur une même ligne d'une première partie de circuit intégré en contact avec une deuxième ligne d'une deuxième partie de circuit intégré. 15. Structure intégrée selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans laquelle l'ensemble d'au moins deux lignes métalliques comprend une chaîne de lignes en contact électrique et dont les lignes métalliques consécutives sont disposées sur des parties de circuit intégré différentes.