Brevet FR3078821A1 — publié le 20190913

TITRE PROCEDE DE REALISATION D'UNE BILLE DE BRASURE SUR UNE FACE D'UN SUBSTRAT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bille de brasure sur une face d'un substrat, et notamment par sérigraphie à travers un film, avantageusement un film photosensible. En particulier, la présente invention met en oeuvre une couche intermédiaire destinée à faciliter le retrait du film après la formation des billes de brasure. ART ANTÉRIEUR L'assemblage d'un premier substrat et d'un second substrat peut impliquer la formation de billes de brasure (« Bumps » selon la terminologie anglo-saxonne) sur une face de l'un ou l'autre des premier et second substrats afin d'établir des interconnexions électriques entres des dispositifs susceptibles d'être présents sur l'un et l'autre des premier et second substrats, mais également de garantir la cohésion mécanique de l'assemblage formé par ces derniers. La formation des billes de brasure implique généralement une étape de chauffage à une température supérieure à leur température de fusion (communément appelée « Reflow » selon la terminologie anglo-saxonne), conférant auxdites billes une forme de sphère tronquée. L'étape de « Reflow » permet notamment de promouvoir l'adhérence des billes de brasure sur la surface sur laquelle elles sont formées, mais également d'homogénéiser la brasure formant chacune des billes. Par ailleurs, lors de l'étape d'assemblage des premier et second substrats, les billes de brasure sont également soumises à un chauffage destiné à les faire passer dans un état liquide, et ainsi favoriser le mouillage des surfaces d'assemblage de chacun des premier et second substrats. Parmi les solutions permettant la formation des billes de brasure, la sérigraphie à travers un film sec photosensible apparait comme une technique de choix. 2 En effet, la sérigraphie à travers un film sec offre la possibilité de former les billes de brasure à l'échelle du substrat avec des équipements souvent présents dans les usines de fabrication de composants électroniques. Ainsi, la maîtrise technique de la sérigraphie à travers un film sec, et le coût qui lui est associé ne constituent pas un 5 obstacle à la réalisation desdites billes. Par ailleurs, la sérigraphie à travers un film sec permet d'envisager la formation de billes de brasure de diamètre important (supérieur à 50 um, par exemple 80 um), et selon un pas relativement faible (par exemple de l'ordre de 100 um). Un tel choix de diamètre de billes est souvent dicté par les étapes 10 subséquentes à l'assemblage des premier et second substrats. En particulier, dès lors qu'une étape de remplissage inter substrat (communément nommée « underfilling » selon la terminologie anglo-saxonne) est requise, le diamètre des billes doit être suffisant pour permettre l'écoulement, par capillarité, d'un matériau de remplissage dans l'espace inter substrat ménagé par lesdites billes. 15 Les autres techniques de formation de billes de brasure telles que le dépôt électrolytique, le placement individuel de billes (« Wafer level solder sphere placement » selon la terminologie anglo-saxonne), jet de soudure (« solder jetting » selon la terminologie anglo-saxonne) ou la sérigraphie à travers un pochoir ne sont pas souhaitables soit parce qu'elles ne remplissent pas les requis en termes de diamètre et de 20 pas de billes, soit parce que leur coût est incompatible avec les requis de l'industrie de la microélectronique. Ainsi, un procédé, connu de l'état de la technique, de réalisation des billes de brasure sur une face, dite face avant, d'un substrat, comprend les étapes suivantes : 25 a) une étape de laminage d'un film sec photosensible, par exemple du Dupont WBR2075, en recouvrement de la face avant ; b) une étape de formation d'ouvertures dans le film photosensible, lesdites ouvertures étant destinées à délimiter les billes de brasure ; c) une étape de remplissage des ouvertures, par sérigraphie, par un matériau de brasure destiné à former lesdites billes ; 3 d) une étape de retrait du film sec photosensible. Cependant, ce procédé connu de l'état de la technique n'est pas satisfaisant. En effet, l'étape c) nécessite généralement l'exécution d'un traitement 5 thermique (« Reflow ») à une température supérieure à 250°C qui affecte directement les propriétés physico-chimiques du film sec photosensible, et renforce son énergie d'adhésion avec la surface sur laquelle il repose. Dans ces conditions, l'exécution de l'étape d) requiert l'emploi d'agents chimique de décapage ou de délaminage (« stripping » selon la terminologie anglo-saxonne) très agressifs qui peuvent 10 endommager la face avant, et en particulier les structures électroniques ou films susceptibles d'être présents sur ladite face avant. Un but de la présente invention est alors de proposer un procédé de réalisation de structures, notamment des billes de brasure, selon la technique de sérigraphie à travers un film sec moins agressif que le procédé connu de l'état de la 15 technique. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de l'invention est, au moins en partie, atteint par un procédé de réalisation par sérigraphie d'au moins une bille de brasure sur une face, dite première face avant, d'un premier substrat, le procédé comprenant les étapes suivantes : 20 a) une étape de formation d'un film en recouvrement de la première face avant ; b) une étape de formation d'au moins une ouverture dans le film, ladite au moins une ouverture étant destinée à délimiter l'au moins une bille de brasure ; c) une étape de remplissage, par sérigraphie, de l'au moins une 25 ouverture par un matériau de brasure de manière à former l'au moins une bille de brasure ; d) une étape de retrait du film ; le procédé étant remarquable en ce que l'étape a) est précédée de la formation d'une couche intermédiaire intercalée entre le film et la première face avant, la 4 couche intermédiaire étant adaptée pour présenter une énergie d'adhésion, selon l'une et/ou l'autre des interfaces formées avec la première face avant et le film, inférieure à l'énergie d'adhésion d'une interface susceptible d'être formée entre le film et la première face avant. 5 Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape a) comprend le laminage du film, préformé, sur la première face avant. Selon un mode de mise en oeuvre, une étape cl) de traitement thermique est exécutée entre les étapes c) et d), le traitement thermique comprenant une élévation de température, avantageusement une élévation de température à une 10 température supérieure à 250°C. Selon un mode de mise en oeuvre, la première face avant est pourvue d'au moins un plot métallique sur lequel est formée l'au moins une bille de brasure, avantageusement le plot métallique comprend du cuivre. Selon un mode de mise en oeuvre, le film comprend un matériau 15 photosensible. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape b) comprend une étape de photolithographie. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape b) comprend également le 20 retrait de la couche intermédiaire du fond de l'au moins une ouverture. Selon un mode de mise en oeuvre, le retrait de la couche intermédiaire du fond de l'au moins une ouverture est exécuté par gravure plasma, avantageusement par un plasma d'oxygène. Selon un mode de mise en oeuvre, le retrait de la couche intermédiaire 25 du fond de l'au moins une ouverture est exécuté par gravure par faisceau d'ions de manière à redéposer les résidus de gravure de la couche intermédiaire sur les flancs de l'au moins une ouverture. Selon un mode de mise en oeuvre, le retrait de la couche intermédiaire du fond de l'au moins une ouverture est précédé de la formation d'une couche 5 intermédiaire additionnelle, de même nature que la couche intermédiaire, en recouvrement du film, et du fond et des flancs de l'au moins une ouverture. Selon un mode de mise en oeuvre, la formation de la couche intermédiaire additionnelle est suivie d'une étape de gravure anisotrope adaptée pour 5 retirer la couche intermédiaire additionnelle et la couche intermédiaire du fond de l'au moins une ouverture, et conserver la couche intermédiaire additionnelle sur les flancs de l'au moins une ouverture. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape d) est exécutée par pelage. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape d) est suivie d'une seconde 10 étape, dite étape e), de traitement thermique qui comprend une élévation de température destinée à conférer à l'au moins une bille de brasure une forme de sphère tronquée. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape e) est suivie d'une étape f) d'assemblage du premier substrat avec un second substrat, l'assemblage comprenant la 15 mise en contact de l'au moins une bille de brasure avec une face, dite seconde face avant, du second substrat. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape f) est suivie d'une étape de remplissage de l'espace compris entre la première et la seconde face avant par un matériau polymère. 20 Selon un mode de mise en oeuvre, la couche intermédiaire présente une épaisseur inférieure à 100 nm, avantageusement inférieure à 5 nm. Selon un mode de mise en oeuvre, la couche intermédiaire comprend un polymère fluoré. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 25 D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un procédé de réalisation d'au moins une bille de brasure selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 6 - les figures la à 1g sont des représentations schématiques des différentes étapes d'un premier mode de mise oeuvre du procédé selon la présente invention ; - les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques de l'étape 5 de retrait de la couche intermédiaire du fond des ouvertures selon un second mode de mise oeuvre du procédé selon la présente invention ; - les figures 3a à 3c sont des représentations schématiques relative à la formation d'une couche intermédiaire additionnelle selon un troisième mode de mise oeuvre du procédé selon la présente invention. 10 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention décrite de manière détaillée ci-dessous met en oeuvre un procédé de formation de billes de brasure par sérigraphie à travers un film, par exemple un film photosensible, avantageusement un film photosensible sec. L'étape de sérigraphie est généralement suivie d'une étape de retrait du 15 film, par exemple par gravure sèche ou par gravure liquide ou humide. Dans le cadre de la présente invention, une couche intermédiaire 20, destinée à faciliter le retrait de film, est intercalé entre le film et le substrat sur lequel ce dernier repose. Aux figures la à 1g, on peut voir un premier mode de mise en oeuvre 20 d'un procédé de formation de billes de brasure 50 sur une face, dite première face avant 12, d'un premier substrat 10. Le premier substrat 10 peut comprendre tout type de substrat fait de matériau semi-conducteur, et notamment du silicium. Le premier substrat 10 peut également comprendre sur sa première 25 face avant 12 des plots de connexion 11, par exemple des plots de connexion 11 faits de cuivre, associés à des dispositifs formés sur ou dans le premier substrat 10 (figure la). Le procédé selon ce premier mode de mise en oeuvre comprend alors une étape de formation d'une couche intermédiaire 20, en recouvrement de la première face avant 12 du premier substrat 10. 7 La formation de la couche intermédiaire 20 est suivie d'une étape a) de formation d'un film 30 sur ladite couche intermédiaire 20. Le film 30 peut par exemple comprendre un matériau photosensible et ainsi former un film photosensible. 5 Par « film photosensible », on entend un film dans lequel des motifs ou des structures peuvent être formés par une étape de photolithographie. En particulier, une étape de photolithographie peut comprendre l'insolation dudit film à travers un masque définissant des motifs, suivie de son développement de manière à ne conserver qu'une partie du film. 10 Le film 30 peut être un film 30 sec qui est déposé sur la couche intermédiaire 20 par un procédé de laminage. Par exemple, le film 30 peut comprendre du SU8, une résine DuPontTM WBRTM Series, par exemple du WBR2075. Les films secs peuvent présenter des épaisseurs relativement importantes (par exemple des épaisseurs supérieures à 50 um, voire supérieures à 80 um) 15 et ainsi permettre la formation de billes de brasure 50 de diamètre également important. De manière particulièrement avantageuse, la couche intermédiaire 20 est adaptée pour présenter une énergie d'adhésion, selon l'une et/ou l'autre des interfaces formées avec la première face avant 12 et le film 30, inférieure à l'énergie d'adhésion d'une interface susceptible d'être formée entre le film 30 et la première face 20 avant 12. En d'autres termes, la couche intermédiaire comprend un composé qui présente très peu d'affinité pour le film 30 et/ou la première face avant 12. Dans ces conditions, la couche intermédiaire 20 est adaptée pour permettre un retrait du film 30 selon des conditions moins agressives que celles connues de l'état de la technique, par exemple par pelage, ou encore par gravure chimique de la 25 couche intermédiaire 20. Notamment, la couche intermédiaire 20 peut être choisie de sorte que l'énergie d'adhésion de ladite couche selon l'une ou l'autre des interfaces formées avec la première face avant 12 et le film 30 est inférieure à 1 J/m2 (l'énergie d'adhésion étant mesurée par la méthode de Maszara décrite dans la référence [1] citée à la fin de la 30 description). 8 La couche intermédiaire 20 peut en particulier comprendre un polymère fluoré. Par exemple le polymère fluoré peut comprendre au moins un des matériaux choisi parmi : FDTS (CI3Si(CH2)2(CF2)7CF3), FDDMCS (CF3(CF2)7(CH2)2(CH3)2SiCI), 5 OPTOOL (mélange de 80% de perfluorohexane et 20 % d'un composé fluoré). La couche intermédiaire peut également comprendre de l'OTS (CH3(CH2)17SiCI3)- La couche intermédiaire 20 peut être formée à partir d'une technique de dépôt en couche mince, par exemple par trempage, par pulvérisation, par plasma, à 10 l'aide d'une tournette. La couche intermédiaire 20 peut également présenter une épaisseur inférieure à 100 nm, avantageusement inférieure à 5 nm, encore plus avantageusement inférieure à 2 nm. L'étape a) est suivie d'une étape b) qui comprend la formation d'ouvertures 40, dans le film 30, et destinées à délimiter les billes de brasure 50 (figure 15 lb). Si le film 30 est un film photosensible, la formation des ouvertures 40 peut comprendre une étape de photolithographie. De manière alternative et/ou complémentaire la formation des ouvertures 40 peut comprendre une étape de gravure sèche, par exemple une gravure 2 0 plasma. Par ailleurs, dès lors que des plots de connexion 11 sont présents au niveau de la première face avant 12, il est entendu que les ouvertures 40 sont également destinées à exposer lesdits plots à l'environnement extérieur. Les ouvertures 40 présentent préférentiellement une section circulaire, 25 de diamètre supérieur à 50 iim, par exemple égal à 80 iim. La présente invention n'est toutefois pas limitée à des ouvertures 40 de forme circulaire, et l'homme du métier peut envisager toute autre forme en fonction des requis qui lui sont imposés. Par exemple, s'il est tenu d'augmenter le volume de brasure, tout en conservant un pas d'interconnexion petit, l'homme du métier pourra considérer 3 0 des ouvertures 40 de forme oblongue. 9 La formation des ouvertures 40 selon ce premier mode de mise en oeuvre comprend également le retrait de la couche intermédiaire 20 du fond des ouvertures 40 (figure 1c). Ce retrait peut alors être exécuté par gravure sèche, par exemple par gravure plasma de dioxygène. 5 L'étape de formation des ouvertures 40 est suivie d'une étape c) de sérigraphie d'un mélange à brasure destiné à combler, au moins en partie, le volume des ouvertures 40 (figure 1d). Le mélange de brasure peut comprendre toute brasure à base d'étain, notamment un mélange d'étain, d'argent et de cuivre, ou un mélange d'or et d'étain, des 10 brasures à base d'indium ou toute autre brasure à bas. La sérigraphie peut être suivie d'une étape cl) de traitement thermique à une température supérieure à 250°C destinée à homogénéiser chimiquement la brasure et promouvoir son adhésion sur la première face avant 12, et le cas échéant sur les plots de connexion 11 (figure le). 15 Le film 30 peut ensuite être retiré lors d'une étape d) laissant ainsi les billes de brasure 50 sur la première face avant 12 (figure 1f). La présence de la couche intermédiaire 20, du fait de sa relativement faible adhésion selon l'une et/ou l'autre des interfaces formées avec la première face avant 12 et le film 30, permet un retrait aisé, par exemple par pelage du film 20 photosensible 30. De manière alternative, une gravure chimique de la couche intermédiaire 20 peut également être considérée. L'étape d) de retrait du film 30 peut être précédée d'une étape de détourage dudit film 30. Par « détourage », on entend l'action de retrier ou graver le pourtour du 25 film 30 de manière à en faciliter le pelage. Le détourage peut être mis en oeuvre dès la formation du film 30, par exemple avant la formation des ouvertures 40, et en même temps que la formation des ouvertures 40. Par exemple, le détourage peut être exécuté avant une étape 30 d'indépendamment avant ou après l'étape cl) de traitement thermique. Le détourage est 10 toutefois exécuté de manière préférentielle après l'étape cl) de traitement thermique (et assurément avant l'étape d)). De manière particulièrement avantageuse, le détourage du film 30 peut comprendre également le retrait de la ou des portions de la couche intermédiaire 20 5 exposée à l'air libre, et notamment des portions de couche intermédiaire 20 s'étendant à partir des flancs du film 30, de manière à faciliter l'exécution de l'étape d) par pelage. Les billes de brasure 50 peuvent également être soumises à une seconde étape de traitement thermique, dite étape e), qui comprend une élévation de température destinée à conférer à l'au moins une bille de brasure une forme de sphère 10 tronquée (figure 1g). Cette étape e) peut être suivie d'une étape f), d'assemblage du premier substrat 10 avec un second substrat, qui comprend la mise en contact de l'au moins une bille de brasure avec une face, dite seconde face avant, du second substrat. L'étape f) peut également être précédée du retrait de la couche intermédiaire 20. 15 L'étape f) peut être suivie d'une étape de remplissage de l'espace compris entre la première et la seconde face avant par un matériau polymère. Cette étape de remplissage est destinée à assurer une meilleure cohésion mécanique de l'assemblage formé par les premier et second substrats. Aux figures 2a et 2b, on peut voir un second mode de mise en oeuvre 20 d'un procédé de formation de billes de brasure 50 selon la présente invention. Ce second mode de réalisation diffère du premier mode en ce que le retrait de la couche intermédiaire 20 du fond des ouvertures 40 est exécuté par gravure par faisceau d'ions (« IBE » ou « Ion Beam Etching » selon la terminologie anglo-saxonne) de manière à redéposer les résidus de gravure de la couche intermédiaire 20 sur les flancs 25 des ouvertures 40. En d'autres termes la couche intermédiaire 20 se forme à nouveau sur les flancs des ouvertures 40. La reformation de la couche intermédiaire 20 sur les flancs des ouvertures 40 limite ainsi l'adhésion de la brasure formée par sérigraphie sur lesdits flancs. Aux figures 3a à 3c, on peut voir un troisième mode de mise en oeuvre 30 d'un procédé de formation de billes de brasure 50 selon la présente invention. 11 Ce troisième mode de réalisation diffère du premier mode en ce que le retrait de la couche intermédiaire 20 du fond des ouvertures 40 est précédé de la formation d'une couche intermédiaire additionnelle 21, de même nature que la couche intermédiaire, en recouvrement du film photosensible 30, et du fond et des flancs des 5 ouvertures 40 (figure 3a). La couche intermédiaire additionnelle 21 peut être formée par un procédé plasma, par exemple avec un plasma ICP de CxFy (« ICP » : Inductive Coupled Plasma). La formation de la couche intermédiaire additionnelle 21 est alors suivie 10 d'une étape de gravure anisotrope adaptée pour retirer la couche intermédiaire additionnelle 21 et la couche intermédiaire du fond des ouvertures 40, tout en conservant la couche intermédiaire additionnelle 21 sur les flancs des ouvertures 40 (figure 3b). Les trois modes de mise en oeuvre du procédé selon la présente 15 invention permettent donc de réaliser des billes de brasure 50 de grand diamètre et peu espacées par sérigraphie à travers un film photosensible 30. Par ailleurs, la mise en oeuvre de la couche intermédiaire permet la retrait du film photosensible 30 selon des conditions qui préviennent la dégradation des billes de brasure 50 et/ou des dispositifs susceptibles d'être présents sur la première face 20 avant 12. RÉFÉRENCES [1] Maszara et al., « Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator », J. Appl. Phys. 64 (1 25 0), REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation par sérigraphie d'au moins une bille de brasure (50) sur une face, dite première face avant (12), d'un premier substrat (10), le procédé comprenant les étapes suivantes : a) une étape de formation d'un film (30) en recouvrement de la première face avant (12) ; b) une étape de formation d'au moins une ouverture (40) dans le film (30), ladite au moins une ouverture (40) étant destinée à délimiter l'au moins une bille de brasure (50) ; c) une étape de remplissage, par sérigraphie, de l'au moins une ouverture (40) par un matériau de brasure de manière à former l'au moins une bille de brasure (50) ; d) une étape de retrait du film (30) ; le procédé étant caractérisé en que l'étape a) est précédée de la formation d'une couche intermédiaire (20) intercalée entre le film (30) et la première face avant (12), la couche intermédiaire (20) étant adaptée pour présenter une énergie d'adhésion, selon l'une et/ou l'autre des interfaces formées avec la première face avant (12) et le film (30), inférieure à l'énergie d'adhésion d'une interface susceptible d'être formée entre le film (30)et la première face avant (12). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape a) comprend le laminage du film (30), préformé, sur la première face avant (12). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une étape cl) de traitement thermique est exécutée entre les étapes c) et d), le traitement thermique comprenant une élévation de température, avantageusement une élévation de température à une température supérieure à 250°C. 13 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la première face avant (12) est pourvue d'au moins un plot (11) métallique sur lequel est formée l'au moins une bille de brasure (50), avantageusement le plot (11) métallique comprend du cuivre. 5 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le film (30) comprend un matériau photosensible. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape b) comprend 10 une étape de photolithographie. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape b) comprend également le retrait de la couche intermédiaire (20) du fond de l'au moins une ouverture (40). 15 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le retrait de la couche intermédiaire (20) du fond de l'au moins une ouverture (40) est exécuté par gravure plasma, avantageusement par un plasma d'oxygène. 20 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le retrait de la couche intermédiaire (20) du fond de l'au moins une ouverture (40) est exécuté par gravure par faisceau d'ions de manière à redéposer les résidus de gravure de la couche intermédiaire (20) sur les flancs de l'au moins une ouverture (40). 25 10. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le retrait de la couche intermédiaire (20) du fond de l'au moins une ouverture (40) est précédé de la formation d'une couche intermédiaire additionnelle (21), de même nature que la couche intermédiaire (20), en recouvrement du film (30), et du fond et des flancs de l'au moins une ouverture (40). 14 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la formation de la couche intermédiaire additionnelle (21) est suivie d'une étape de gravure anisotrope adaptée pour retirer la couche intermédiaire additionnelle (21) et la couche intermédiaire (20) du fond de l'au moins une ouverture (40), et conserver au moins en partie la couche 5 intermédiaire additionnelle (21) sur les flancs de l'au moins une ouverture (40). 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel l'étape d) est exécutée par pelage. 10 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel l'étape d) est suivie d'une seconde étape, dite étape e), de traitement thermique qui comprend une élévation de température destinée à conférer à l'au moins une bille de brasure (50) une forme de sphère tronquée. 15 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'étape e) est suivie d'une étape f) d'assemblage du premier substrat (10) avec un second substrat, l'assemblage comprenant la mise en contact de l'au moins une bille de brasure (50) avec une face, dite seconde face avant, du second substrat. 20 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape f) est suivie d'une étape de remplissage de l'espace compris entre la première et la seconde face avant par un matériau polymère. 16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la 25 couche intermédiaire (20) présente une épaisseur inférieure à 100 nm, avantageusement inférieure à 5 nm. 17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel la couche intermédiaire (20) comprend un polymère fluoré.