Brevet FR2990296A1 — publié le 20131108

B11578 - 11-GR1-0778FR01 1 CONNEXION D'UNE PUCE MUNIE DE VIAS TRAVERSANTS AVEC D'AUTRES ÉLÉMENTS Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des circuits intégrés dits tridimensionnels, comprenant une superposition de 5 puces et autres éléments pour assurer des interconnexions et augmenter la densité d'intégration. Exposé de l'art antérieur La figure 1 représente un exemple d'une telle réalisation tridimensionnelle, destinée à connecter une ou plusieurs 10 puces semiconductrices contenant des circuits intégrés à une carte de circuit imprimé. Dans cet exemple, on a représenté deux puces de circuit intégré 1 et 2 montées par l'intermédiaire d'un interposeur 4 sur un support 6, telle qu'une céramique, un 15 polymère, une portion de carte de circuit imprimé... La face inférieure du support 6 porte des éléments de connexion, tels que des billes 8, destinés à assurer une connexion à un pas compatible avec les dimensions et l'espacement des plages de connexion d'une carte de circuit imprimé non représentée, sur 20 laquelle le composant doit être monté et à laquelle il doit être connecté. B11578 - 11-GR1-0778FR01 2 Chaque puce 1, 2 comprend sur sa face inférieure un réseau d'interconnexion constitué de plusieurs niveaux de métallisation destiné à relier des points de la surface de la puce entre eux et à des plots situés au dernier niveau de métallisa- tion. Chacun de ces plots est relié par les moyens de connexion tels que des piliers métalliques 10, par exemple en cuivre, à des plots similaires de la surface supérieure d'une plaque intermédiaire ou interposeur 4 dont les surfaces supérieure et inférieure sont généralement revêtues d'un réseau d'inter- connexion. La plaque d'interposeur 4 comprend des vias traversants 12 dont chacun est relié à l'un des plots de la face supérieure de cette plaque et à un plot de la face inférieure de cette plaque dans le but de redistribuer les connexions au pas serré entre les éléments de connexion 10 vers d'autres éléments de connexion 14 du côté de la face inférieure de la plaque 4 à un pas plus lâche adapté au pas possible des connexions sur le support 6. Le support 6 comprend également sur ses faces supérieure et inférieure des réseaux d'interconnexion 16, 17, les plots du réseau d'interconnexion 16 étant reliés à des éléments de connexion tels que les piliers 14 et les plots du réseau d'interconnexion 17 étant reliés à des plots de réception des billes 8. De nombreuses variantes d'une telle structure sont possibles. Par exemple, au lieu de deux puces de circuit intégré 1 et 2, on pourrait prévoir une ou plusieurs puces dont l'une au moins sert de support à au moins une autre puce de circuit intégré. Une difficulté avec de tels assemblages réside dans un éventuel défaut de fiabilité au cours du temps. En effet, le support 6 et la plaque d'interposeur 4, cette dernière étant généralement en silicium, ont notamment des coefficients de dilatation différents. Ainsi, quand cet assemblage est soumis à un échauffement, il s'exerce des contraintes latérales sur les éléments de connexion 14 les plots du réseau d'interconnexion 16 et ceux-ci, ou les soudures qui les lient au support et à la B11578 - 11-GR1-0778FR01 3 plaque d'interposeur, risquent de se fissurer et d'affecter la qualité des liaisons. Ainsi, il existe un besoin d'améliorer la fiabilité des structures tridimensionnelles existantes. Résumé Pour satisfaire à ce besoin, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une puce munie de vias traversants dans laquelle les vias sont constituée d'une ouverture à parois isolées revêtues d'un matériau conducteur et remplie d'un matériau isolant facilement déformable, des éléments de liaison avec une autre puce étant disposés en regard du matériau isolant facilement déformable. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau conducteur est du cuivre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau isolant facilement déformable est un polymère de type polysiloxane. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments de liaison sont des plots ou des plages métalliques 20 destinés à être reliés à des billes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments de liaison sont des piliers en un matériau conducteur, tel que du cuivre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 les éléments de liaison sont des piliers en un matériau conducteur, tel que du cuivre et/ou des plots ou des plages métalliques destinés à être reliés à des billes. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 30 d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, est une vue en coupe schématique et simplifiée d'un assemblage tridimensionnel 35 de puces ; B11578 - 11-GR1-0778FR01 4 la figure 2 est une vue en coupe agrandie d'un mode de réalisation d'un via traversant une puce ; et la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'un mode de réalisation d'un via traversant une puce associé à des moyens de connexion supérieur et inférieur. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée On constate que l'une au moins des puces constituant un assemblage tridimensionnel tel que l'assemblage de la figure 1 comporte essentiellement des vias traversants. La description suivante sera donnée dans le cas où la puce considérée est une puce d'interposeur en silicium telle que la plaque ou puce 4 de la figure 1, mais on notera que ce qui suit peut s'appliquer à toute puce comportant des vias interposée entre d'autres puces auxquelles elle est connectée. La figure 2 est une vue en coupe agrandie d'une portion de la puce 4 de la figure 1. On considère dans cet exemple le cas où un via traversant cette puce est réalisé en utilisant la succession d'étapes suivantes. - La face supérieure de la puce est revêtue d'une couche isolante 21 dans laquelle sont formés des niveaux d'inter- connexion métalliques (non représentés), au moins une métallisation 23 étant disposé en regard de l'emplacement dans lequel on veut former le via. - Une ouverture est creusée à partir de la face inférieure de la puce, qui est alors éventuellement maintenue par une poignée fixée à sa face supérieure s'il s'agit d'une puce fortement amincie. Cette ouverture est creusée jusqu'à atteindre la métallisation 23. - Les parois de l'ouverture sont tapissées d'une couche isolante 25, dans le cas où la puce 4 est en un matériau conducteur, ce B11578 - 11-GR1-0778FR01 qui est le cas dans l'exemple choisi où cette puce est en silicium. - Un matériau conducteur 27, du cuivre dans un mode de réalisation préféré, est déposé de façon conforme. Ce dépôt de cuivre 5 est fait de toute façon classique. Généralement il est précédé du dépôt d'une couche d'accrochage en Ti, TiN, Ta, TaN, ou autre. - La partie 28 du dépôt de cuivre se trouvant sur la face inférieure est gravée pour la délimiter. - L'ensemble restant de l'ouverture est rempli d'un matériau 29 qui recouvre également la face inférieure de la puce. Le matériau 29 est choisi pour être un matériau facilement déformable, c'est-à-dire un matériau ductile à faible module d'Young, ou un matériau élastique à faible raideur (voir M. Bouchoucha et al, IEEE conference ECTC 2011, pp 567-572. On pourra par exemple utiliser un polymère de type polysiloxane tel que le produit commercialisé sous l'appellation "SINR". L'épaisseur de la puce 4 et les dimensions du via peuvent varier dans de larges proportions selon l'assemblage que l'on souhaite réaliser et les composants avec lesquels on souhaite assembler la puce 4. A titre d'exemple, la puce 4 peut avoir une épaisseur de 50 à 300 gm ou plus. Le via peut avoir des dimensions latérales de l'ordre de 10 à 15 pin. La couche isolante 25 peut être une couche d'oxyde de silicium d'une épaisseur de 0,2 à 1 pin. La couche de cuivre 27 peut avoir une épaisseur de 0,5 à 3 pin. Cette couche peut être déposé de façon à avoir une épaisseur plus importante au fond du via que sur ses parois. La figure 3 est une vue en coupe similaire à la repré- sentation de la figure 2 illustrant un mode de réalisation de moyens de connexion avec une autre puce. On considère dans cet exemple le cas où un via traversant cette puce est réalisé en utilisant la succession d'étapes suivantes. - Un trou est creusé à partir de la face supérieure de la puce non amincie. B11578 - 11-GR1-0778FR01 6 - Les parois du trou sont tapissées d'une couche isolante 25, dans le cas où la plaquette 4 est en un matériau conducteur, ce qui est le cas dans l'exemple choisi où cette puce est en silicium. - Un matériau conducteur 27, du cuivre dans un mode de réalisation préféré, est déposé de façon conforme. Ce dépôt de cuivre est fait de toute façon classique. Généralement il est précédé du dépôt d'une couche d'accrochage en Ti, TiN, Ta, TaN, ou autre. - La partie 28 du dépôt de cuivre se trouvant sur la face supérieure est gravée pour la délimiter. - L'ensemble restant de l'ouverture est rempli d'un matériau 29 qui recouvre également la face supérieure de la plaquette. - Du côté de la face supérieure de la plaquette 4, on a prévu une connexion 33, associée à un ou plusieurs niveaux de métallisation reliant le conducteur 28 formé sur cette face supérieure à une zone 35 disposée en regard du via. On dépose une autre couche de protection 36, de préférence en le même matériau que le matériau 29 remplissant le via et formée et ouverte en regard du centre du via pour former, de préférence par croissance électrolytique un plot ou un pilier en cuivre 37 sur la zone 35. - La face inférieure de la plaquette 4 est ensuite amincie puis gravée afin de faire ressortir la partie de la couche conductrice 27 correspondant au fond du via. - Une couche de protection 31 est ensuite déposée, de préférence en le même matériau déformable que le matériau 29 remplissant le via. - Des ouvertures prévues dans la couche 31 permettent ensuite la réalisation de plots de connexion 32. Ainsi, si les plages, plots ou piliers 32 et 37 sont soumis à des contraintes de déplacement latérales, ces contraintes pourront être absorbées par le matériau facilement déformable 29. Les épaisseurs et les formes des métallisations B11578 - 11-GR1-0778FR01 7 27 et 33, seront choisies pour que ces métallisations puissent suivre le mouvement imposé. Bien entendu, la figure 3 ne représente qu'un mode de réalisation possible d'une structure. Les éléments 32 et 37 5 pourront comme on l'a indiqué précédemment être des piliers dont la face externe est destinée à être soudée à la face externe d'un plot correspondant d'une puce à assembler avec la puce 4. Les éléments 32 et 37 pourront également être des plages de connexion destinées à être soudées à des billes, etc., avec 10 lesquelles se pose un problème de déformation latérale liée à des variations thermiques ou autres. La largeur des plots 32, 37 est choisie inférieure aux dimensions latérales du remplissage en matériau déformable 29. Plus la différence de largeur sera importante, plus le disposi- 15 tif pourra absorber des contraintes latérales (ou axiales) susceptibles de se produire durant les différentes étapes d'assemblage puis de vieillissement du module final. Bien entendu, ces dimensions seront choisies en fonction des techniques couramment utilisées et des impératifs d'intégration. 20 Ce qui précède constitue la description de modes de réalisation particuliers d'un via traversant associé à des éléments de connexion. De façon générale, on considère ici une puce munie de vias traversants constitués d'un conducteur revêtant les parois latérales d'une ouverture, cette ouverture 25 étant remplie d'un matériau facilement déformable 29. De façon générale, il est prévu ici de disposer des éléments de connexion entre une puce munie de tels vias traversants et d'autres puces. Ces éléments de connexion sont disposés au-dessus et/ou en-dessous de chaque via et plus particulièrement au-dessus et/ou 30 en-dessous d'un matériau facilement déformable 29 remplissant ces vias. Ainsi, s'il s'exerce des contraintes latérales ou axiales sur ces éléments de connexion, celles-ci seront absorbées par un déplacement du matériau facilement déformable. REVENDICATIONS1. Puce munie de vias traversants dans laquelle les vias sont constituée d'une ouverture à parois isolées revêtues d'un matériau conducteur (27) et remplie d'un matériau isolant facilement déformable (29), des éléments (32, 37) de liaison avec une autre puce étant disposés en regard du matériau isolant facilement déformable. 2. Puce selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau conducteur (27) est du cuivre. 3. Puce selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle 10 ledit matériau isolant facilement déformable (29) est un polymère de type polysiloxane. 4. Puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les éléments de liaison sont des plots ou des plages métalliques destinés à être reliés à des billes. 15 5. Puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les éléments de liaison sont des piliers en un matériau conducteur, tel que du cuivre. 6. Puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les éléments de liaison sont des piliers en un 20 matériau conducteur, tel que du cuivre et/ou des plots ou des plages métalliques destinés à être reliés à des billes.