Brevet FR3016733A1 — publié le 20150724

Procédé de traitement d'une plaque destinée à être assemblée par collage direct sur une autre plaque, et plaque correspondante Des modes de mise en oeuvre et de réalisation de l'invention concernent les plaques de matériaux (« wafer » en langue anglaise) qui sont utilisées en microélectronique et plus particulièrement l'assemblage de ces plaques, notamment par collage direct. La fabrication des circuits intégrés dans des substrats de silicium peut nécessiter l'assemblage de deux plaques de silicium. Par exemple, les structures tridimensionnelles comprennent des composants fabriqués sur au moins deux plaques de silicium distinctes puis assemblées. Les dispositifs imageurs à éclairement face arrière sont également connus de l'art antérieur. Dans ces dispositifs imageurs, des cellules de photo détection sont disposées à proximité de la face arrière des substrats dans lesquels elles sont fabriquées. Ces substrats sont généralement amincis lors d'étapes de polissages ou de rectification (en anglais « grinding ») mécaniques afin de rapprocher la surface arrière des zones actives des cellules de photo détection. Afin de permettre cet amincissement, une deuxième plaque est assemblée sur la face avant du premier substrat pour former une poignée généralement désignée par l'homme du métier sous le vocable « Carrier Substrate ». Pour assembler les plaques, on peut mettre en oeuvre un procédé de collage direct (« Direct bonding » en langue anglaise). A titre indicatif, un tel procédé peut comprendre, sur chaque plaque à assembler, une formation par dépôt chimique en phase vapeur d'une couche d'oxyde de silicium, par exemple un oxyde couramment désigné « oxyde TEOS » ou plus simplement « TEOS » (d'après le nom du précurseur employé, l'orthosilicate de tétraéthyle, et un polissage mécano chimique de cette couche. Les couches de TEOS sont ensuite mises en regard et pressées l'une contre l'autre. Un collage s'amorce entre les plaques et se propage spontanément à partir des premières zones de contact, sous forme d'une onde, ou vague d'assemblage, généralement appelée « bonding wave » par l'homme du métier. Un recuit dit de stabilisation en température est ensuite effectué. Dans une étape de ce procédé, antérieure à l'assemblage, une fine couche de molécules d'eau est formée sur la surface de chaque plaque à assembler pour obtenir sur chaque plaque des liaisons silanols (Silicium-Oxygène-Hydrogène). Lors de l'assemblage, des liaisons siloxanes (Silicium-Oxygène-Silicium) sont formées entre les plaques. Cette formation de liaisons produit de l'eau qui s'échappe vers l'extérieur. On peut alors observer la vague d'assemblage. Lorsque cette vague d'assemblage se déplace vers l'extérieur des plaques, on peut voir apparaître dans leur partie périphérique des défauts sous la forme de cavités contenant de l'air ou de l'eau qui apparaissent entre les plaques assemblées. Ces cavités sont couramment désignées par l'homme du métier par l'expression anglo-saxonne « edge bonding void ». Alors que la pression augmente au voisinage de la vague d'assemblage parce que l'assemblage se forme, dans la partie périphérique des plaques, on peut voir apparaître une baisse abrupte de la pression de l'air. Cette baisse de pression dans un processus adiabatique, entraîne une baisse de la température qui elle-même entraîne une condensation de l'eau contenue dans l'air sous la forme de gouttelettes. Ces gouttelettes nuisent à la qualité de l'assemblage. Le mécanisme de formation de ces cavités est notamment décrit dans le document "Mechanism of Edge Bonding Void Formation in Hydrophilic Direct Wafer Bonding" (A. Castex et al, ECS Solid State Lett. 2013 volume 2, issue 6, pages 47 à 50). Pour réduire la formation des cavités, il a été proposé de chauffer les bords des plaques. Néanmoins, cette solution a pour inconvénient de nécessiter des moyens de chauffage locaux et de faire apparaître des gradients thermiques qui génèrent des distorsions mécaniques indésirables. Il a également été proposé de remplacer l'air ambiant par de l'hélium. Selon un mode de mise en oeuvre et de réalisation, il est proposé un procédé de traitement d'une plaque et une plaque qui permettent de manière plus simple d'obtenir des assemblages de plaques présentant moins de cavités du type « edge bonding void » et sans distorsions mécaniques indésirables. Les inventeurs ont observé que pour empêcher l'apparition des cavités, il était pertinent de réduire la vitesse de propagation de la vague d'assemblage et que cette réduction était obtenue en réduisant le caractère hydrophile de portions des parties périphériques des faces de plaques à assembler. Selon un aspect, il est proposé un procédé de traitement d'une plaque destinée à être assemblée par collage direct sur une autre plaque, la plaque comprenant une face à assembler comportant un matériau isolant. Selon une caractéristique générale de cet aspect, le procédé comprend une formation d'au moins une portion d'une partie périphérique de la face présentant un caractère intrinsèque moins hydrophile que le reste de la face. De ce fait, en obtenant une portion moins hydrophile, on obtient un bon ralentissement de la vitesse de propagation de la vague d'assemblage et une bonne réduction de l'apparition des cavités de type « edge bonding voids ». On obtient donc un bon assemblage des deux plaques. Il convient alors de noter que si dans l'art antérieur, en chauffant les parties périphériques, on peut les rendre temporairement moins hydrophiles, on ne confère aucun caractère intrinsèque moins hydrophile à ces parties qui perdent leur hydrophobie, ou retrouvent leur hydrophilie, quand la température baisse. Au contraire, la portion obtenue par le procédé ci-avant présente un caractère intrinsèque permanent moins hydrophile que le reste de la face. Pour obtenir ce caractère intrinsèque (permanent) moins hydrophile, la formation de ladite portion peut comprendre une application d'une solution chimique ou un traitement par un plasma sur ladite portion de la partie périphérique. La portion présente alors un caractère intrinsèque moins hydrophile qui ne dépend pas de la température. Le caractère intrinsèque moins hydrophile se traduit notamment par une gamme d'angles de contact entre le matériau isolant et une goutte d'eau. A titre indicatif, dans ladite au moins une portion, l'angle entre la surface de contact d'une goutte d'eau et la tangente à ladite goutte passant par ladite surface de contact est compris entre 5 et 20 degrés, alors que cet angle en dehors de ladite portion peut être inférieur à 5 degrés. On peut noter que cet angle, qui est un angle de contact, peut être mesuré. Le procédé peut en outre comprendre une formation d'une couche de protection en résine sur la partie centrale de ladite face à assembler laissant découverte ladite partie périphérique. On pourra ainsi mettre en oeuvre un traitement du type « pleine plaque », par exemple par plasma ou par application d'une solution chimique (traitement « wet » en langue anglaise). Avantageusement, on peut former un motif de résine dans au moins ladite partie périphérique laissant découverte ladite portion. Il est possible d'obtenir une bonne réduction de la vitesse de propagation de la vague d'assemblage en ne traitant que des portions de la partie périphérique, tout en conservant une bonne énergie d'adhésion dans les parties non traitées. Pour former le motif, on peut par exemple utiliser un masque de photolithographie utilisé pour la mise en oeuvre d'une autre étape classiquement mise en oeuvre dans la fabrication des circuits intégrés. Ainsi, le motif peut correspondre à des chemins de découpe de circuits intégrés contenus au sein de l'une au moins des deux plaques. De tels chemins de découpe comprennent des lignes ayant une largeur de l'ordre allant de 80 à 100 micromètres, ce qui permet d'obtenir une portion traitée comprenant des lignes ayant ces dimensions et enfin d'obtenir une bonne réduction de la vitesse de propagation. On peut appliquer ladite solution chimique au moyen d'une buse balayant ladite partie périphérique. On pourra alors utiliser ou non un masque protégeant la partie centrale de la plaque. La solution chimique peut contenir de l'acide fluorhydrique ou, en variante, de l'hydroxyde d'ammonium (NH4OH), de l'eau oxygénée (H202) et de l'eau (H2O), c'est-à-dire une solution « SC1 : Standard Clean 1 » en langue anglaise, selon une expression bien connue de l'homme du métier. L'homme du métier saura choisir les proportions d'hydroxyde d'ammonium, d'eau oxygénée et d'eau, par exemple 1:3:30 ou encore 1:1:5. Le traitement par plasma peut quant à lui être un traitement par un plasma comprenant des gaz d'oxygène, d'argon, d'azote, d'hélium et/ou de tétrafluorure de carbone (CF4) ou d'octafluorocyclobutane (C4F8). Selon un autre aspect, il est proposé une plaque comprenant une face à assembler comportant un matériau isolant. Selon une caractéristique générale de cet aspect, la plaque comprend au moins une portion d'une partie périphérique de ladite face à assembler ayant un caractère intrinsèque moins hydrophile que le reste de la face. Dans ladite au moins une portion l'angle entre la surface de contact d'une goutte d'eau et la tangente à ladite goutte passant par ladite surface de contact peut être compris entre 5 et 20 degrés. Ladite portion peut être délimitée par un motif. Le motif peut correspondre à des chemins de découpe de circuits intégrés contenus au sein de l'une au moins des deux plaques. 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 la et lb illustrent schématiquement un mode de mise en oeuvre et de réalisation selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement une plaque présentant en sa partie périphérique un caractère intrinsèque moins hydrophile, et - les figures 3 et 4 illustrent schématiquement d'autres modes de mise en oeuvre et de réalisation selon l'invention. Sur la figure la, on a représenté schématiquement une plaque P pouvant être une plaque de type « wafer » contenant des circuits intégrés, notamment des circuits intégrés imageurs. La plaque P peut également être une plaque destinée à former une poignée de maintien, par exemple une plaque en matériau isolant, par exemple du verre, ou une plaque recouverte d'un matériau isolant, par exemple une plaque de silicium dont la surface a été oxydée thermiquement. On peut noter que pour un assemblage d'une plaque contenant des circuits intégrés avec une plaque destinée à former une poignée de maintien, on ralentit la vitesse de propagation de la vague d'assemblage en traitant au moins l'une des deux plaques. On peut également traiter les deux plaques. La plaque P comprend une face à assembler F qui comporte un matériau isolant, par exemple de l'oxyde TEOS. Pour traiter la partie périphérique de la face F, on utilise une buse B qui applique une solution chimique SCH sur la partie périphérique de la face à assembler F. Pour balayer l'ensemble de cette partie périphérique, on peut entraîner en rotation la plaque P, comme représenté schématiquement par la flèche ROT. La solution chimique peut contenir de l'acide fluorhydrique ou une solution SC1. La face F de la plaque P traitée a été représentée en vue de dessus sur la figure lb. Cette face comporte une partie périphérique PP traitée et une partie centrale PC non traitée. La largeur L de la partie périphérique dépend de l'application et peut par exemple être de quelques millimètres, par exemple de 5 à 20 millimètres, ou encore de 5 à 10 millimètres. Après le traitement, on obtient une plaque ayant une face présentant en sa partie périphérique PP un caractère intrinsèque moins hydrophile qu'en sa partie centrale PC. La buse B peut être positionnée pour être centrée au sein de la partie périphérique PP. On peut noter que la buse B peut être une buse d'un outil de gravure centrifuge (« spin etch ») ou une buse de pulvérisation. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement une portion d'une plaque avec des gouttes d'eau Gl et G2 destinées à être utilisées pour mesurer des angles de contact et vérifier le caractère intrinsèque moins hydrophile. Plus précisément, on a déposé la goutte Gl sur la partie centrale PC d'une face à assembler de la plaque et on a déposé la goutte G2 sur la partie périphérique PP de la plaque. Dans la partie centrale PC, l'angle entre la surface de contact SFC1 de la goutte Gl et la tangente TG1 à la goutte Gl passant par la surface de contact SFC1 est noté cd. Dans la partie périphérique PP, l'angle entre la surface de contact SFC2 de la goutte G2 et la tangente TG2 à la goutte G2 passant par la surface de contact SFC2 est noté a2. La partie périphérique PP ayant été traitée pour présenter un caractère intrinsèque moins hydrophile que sur la partie centrale PC, l'angle de contact cd associé à la goutte G1 a une valeur plus faible que l'angle de contact a2 associé à la goutte G2. Par exemple, l'angle de contact al associé à la goutte Gl peut être inférieur à 5 degrés, ce qui est inférieur aux valeurs possibles de l'angle de contact a2 associé à la goutte G2 qui peut être compris entre 5 et 20 degrés. Sur la figure 3, on a représenté une variante de l'invention dans laquelle on forme une couche de protection CP' en résine sur la partie centrale d'une face à assembler d'une plaque P' laissant découverte une partie périphérique PP'. On peut ainsi mettre en oeuvre un procédé dit « pleine plaque » pour traiter la partie périphérique, par exemple en utilisant un traitement plasma, ou, alternativement avec une gravure en voie humide (« wet etch »). Pour améliorer l'énergie d'adhésion entre les deux plaques une fois que la plaque traitée à été assemblée, il peut être avantageux de réduire la surface traitée. Sur la figure 4, on a décrit un mode de réalisation selon l'invention dans lequel cette surface traitée est réduite. Plus précisément, sur la figure 4, on a formé à la fois une couche de protection en résine CP" dans la partie centrale, analogue à la couche de protection CP' décrite en se référant à la figure 3, et on a en outre formé un motif de résine MR" dans la partie périphérique PP" d'une plaque P". Le motif de résine peut correspondre à un motif de chemins de découpe, laissant découverts ces derniers tout en recouvrant les puces de circuits intégrés. Pris ensemble, les portions découvertes de plaque forment alors une portion POR" de la partie périphérique PP". Si la plaque P" est une plaque destinée à servir de poignée de maintien, qui ne porte donc pas circuits intégrés, le motif pourra être choisi afin de correspondre, après assemblage, au motif des chemins de découpe des puces de la plaque à laquelle la poignée de maintien est destinée à être assemblée. On peut noter qu'il est possible de ne pas utiliser de couche de protection CP" si on utilise une buse qui ne traite que la partie périphérique de la plaque PP", recouverte uniquement d'un motif de résine pour chemins de découpe. La plaque PP" peut ici être traitée par des procédés « pleine plaque ». Après la mise en oeuvre du traitement, on obtient bien une plaque comprenant une face à assembler comportant un matériau isolant, qui présente sur au moins une portion POR" de la partie périphérique PP" de ladite face à assembler un caractère intrinsèque moins hydrophile que sur le reste de la face, ce qui est suffisant pour obtenir le ralentissement souhaité de la vague d'assemblage, sans avoir modifié le caractère hydrophile des portions MR", donc sans avoir modifié l'énergie d'adhésion et la qualité du collage dans les portions de l'assemblage comportant des circuit intégrés. La portion POR" est délimitée par un motif (pouvant ne pas comprendre de résine puisqu'elle peut être retirée), ici des chemins de découpe. Le caractère intrinsèque moins hydrophile d'une portion d'une face peut se traduire par une certaine gamme d'angles de contact entre une surface et une goutte d'eau. Selon un aspect, on obtient de manière simple, sans équipement pour chauffer localement une plaque, un traitement d'une plaque qui facilite son assemblage en réduisant l'apparition des cavités de type « edge bonding voids ». On obtient ainsi de bons collages directs. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'une plaque destinée à être assemblée par collage direct sur une autre plaque, la plaque comprenant une face à assembler comportant un matériau isolant, caractérisé en ce que le procédé comprend une formation d'au moins une portion (POR") d'une partie périphérique (PP, PP', PP") de la face présentant un caractère intrinsèque moins hydrophile que le reste de la face. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite formation comprend une application d'une solution chimique (SCH) ou un traitement par un plasma sur ladite portion (POR") de la partie périphérique (PP, PP', PP"). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite formation comprend un traitement par un plasma comprenant des gaz d'oxygène, d'argon, d'azote, d'hélium et/ou de tétrafluorure de carbone ou d'octafluorocyclobutane. 4. Procédé selon la revendications 2 ou 3, dans lequel on applique ladite solution chimique au moyen d'une buse (B) balayant ladite partie périphérique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel ladite solution chimique (SCH) contient de l'acide fluorhydrique ou de l'hydroxyde d'ammonium (NH4OH), de l'eau oxygénée (H202) et de l'eau. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel dans ladite au moins une portion l'angle entre la surface de contact d'une goutte d'eau et la tangente à ladite goutte passant par ladite surface de contact est compris entre 5 et 20 degrés. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une formation d'une couche de protection (CP', CP") en résine sur la partie centrale de ladite face à assembler laissant découverte ladite partie périphérique. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant une formation d'un motif de résine (MR") dans au moins ladite partie périphérique laissant découverte ladite portion (POR"). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le motif (MR") correspond à des chemins de découpe de circuits intégrés contenus au sein de l'une au moins des deux plaques. 10. Plaque comprenant une face à assembler comportant un matériau isolant, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une portion (POR") d'une partie périphérique (PP, PP', PP") de ladite face à assembler ayant un caractère intrinsèque moins hydrophile que le reste de la face. 11. Plaque selon la revendication 10, dans laquelle dans ladite au moins une portion, l'angle entre la surface de contact d'une goutte d'eau et la tangente à ladite goutte passant par ladite surface de contact est compris entre 5 et 20 degrés. 12. Plaque selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle ladite portion est délimitée par un motif. 13. Plaque selon la revendication 12, dans laquelle le motif correspond à des chemins de découpe de circuits intégrés contenus au sein de l'une au moins des deux plaques.