Brevet FR3108205A1 — publié le 20210917

Circuit intégré comprenant une partie d’interconnexion comportant un dernier niveau de métal (Mn) et au moins un élément de soudure saillant (ES) disposé sur un site de raccordement, dans lequel le site de raccordement comporte une première plaque en aluminium (A1) reliée avec le dernier niveau de métal (Mn), et au moins une deuxième plaque en aluminium (A2) disposée sur la première plaque en aluminium (A1) et sous l’élément de soudure saillant (ES). Figure pour l’abrégé: Fig 1 Circuit intégré comprenant une partie d’interconnexion comportant un élément de soudure saillant et procédé de fabrication correspondant Des modes de réalisation et de mise en œuvre concernent des circuits intégrés, en particulier des éléments de soudure de parties d’interconnexions de circuits intégrés. Classiquement, un élément de soudure est un élément de connexion métallique d’un circuit intégré, tel qu’une bille, un plot ou un pilier, formé sur le dessus d’une partie d’interconnexion, dite partie «BEOL» (acronyme du terme anglais usuel «Back End Of Line»). L’élément de soudure est électriquement connecté à la partie d’interconnexion du circuit intégré. La partie d’interconnexion «BEOL» comporte typiquement des niveaux de métaux formant notamment un réseau de couplages électriques entre des éléments électroniques d’une puce semiconductrice et des éléments externes. Dans l’orientation classique des parties d’interconnexion, le premier niveau de métal est le niveau le plus proche de la puce semiconductrice, tandis que le dernier niveau de métal est le niveau le plus éloigné de la puce semiconductrice. Lors du montage du circuit intégré sur un dispositif tiers, les éléments de soudure du circuit intégré sont disposés en vis-à-vis d’éléments de connexions respectifs du dispositif tiers. Les éléments de soudure sont alors liés aux éléments de connexion du dispositif tiers. Cette liaison est classiquement réalisée par une fusion partielle des éléments de soudure du circuit intégré, grâce à un traitement thermique local ou généralisé. La liaison connecte électriquement, et lie mécaniquement, le circuit intégré et le dispositif tiers. Les éléments de soudure classiques présentent des difficultés dans la mesure où des délaminations peuvent apparaitre suite à l’assemblage entre le circuit intégré et le dispositif tiers. Typiquement, une délamination peut survenir sous l’élément de soudure entre différents niveaux de la partie d’interconnexion «BEOL», par exemple lors d’un traitement thermique. Les délaminations peuvent par exemple survenir au niveau de couches diélectriques inter-métaux de la partie d’interconnexion «BEOL». Les délaminations peuvent provoquer la rupture de la liaison électrique et mécanique entre le circuit intégré et le dispositif tiers. Le phénomène de délamination est plus probable et donc plus problématique, lorsque les matériaux diélectriques de la partie d’interconnexion présentent une constante diélectrique «k» basse, ou ultra basse («low-k» ou «ultra low k» selon le vocable anglais usuel). Ainsi, il est souhaitable de limiter ce phénomène de délamination pour éviter qu’il ne provoque une rupture électrique et/ou mécanique entre l’élément de soudure et la partie d’interconnexion du circuit intégré. Selon un aspect, il est proposé un circuit intégré comprenant une partie d’interconnexion comportant un dernier niveau de métal et au moins un élément de soudure saillant disposé sur un site de raccordement, dans lequel le site de raccordement comporte une première plaque en aluminium reliée avec le dernier niveau de métal, et au moins une deuxième plaque en aluminium disposée sur la première plaque en aluminium et sous l’élément de soudure saillant. Ainsi, la présence de la première plaque en aluminium et de la deuxième plaque en aluminium permet d’augmenter une capacité d’absorption de contrainte mécanique du site de raccordement. Ainsi, la partie d’interconnexion est préservée de ces contraintes et cela permet de réduire le risque de délamination dans la partie d’interconnexion. En effet, il a été remarqué que la présence de deux plaques en aluminium dans le site de raccordement, entre l’élément de soudure saillant et la partie d’interconnexion du dernier niveau de métal, améliore la résistance à la délamination des niveaux de métaux et des diélectriques inter-métaux, en particulier les derniers niveaux, de la partie d’interconnexion. Selon un mode réalisation, le site de raccordement comprend une couche intermédiaire d’accrochage comportant du tantale et/ou du nitrure de tantale, située entre la première plaque en aluminium et la deuxième plaque en aluminium. Par exemple, la couche intermédiaire d’accrochage comprend un empilement d’au moins une couche de tantale et d’au moins une couche de nitrure de tantale. Ainsi, la couche intermédiaire d’accrochage en tantale et/ou en nitrure de tantale favorise l’accroche de la deuxième plaque d’aluminium avec la première plaque et permet d’augmenter l’épaisseur en aluminium dans le site de raccordement. Cela permet d’absorber des contraintes mécaniques et améliore la résistance de la partie d’interconnexion face aux contraintes provoquant des délaminations. Selon un mode réalisation, l’élément de soudure saillant est un pilier en cuivre et la partie d’interconnexion comporte plusieurs niveaux de métaux séparés par des couches diélectriques inter-métaux, au moins certaines des couches diélectriques inter-métaux comportant un matériau ayant une constante diélectrique basse. Par exemple le matériau à constante diélectrique basse (usuellement appelé «low-k» en anglais) a une constante diélectrique inférieure à la constante diélectrique du dioxyde de silicium, par exemple comprise entre 2 et 3. Un pilier en cuivre en tant qu’élément de soudure présente des avantages en matière d’encombrement et de coût. Néanmoins, dans les technologies classiques, en raison de la rigidité du cuivre, le pilier de cuivre absorbe peu de contraintes mécaniques notamment lors de l’assemblage, et a tendance à transmettre les contraintes dans la partie d’interconnexion, engendrant des délaminations. Les matériaux diélectriques à constante diélectrique basse sont avantageux pour réduire la taille des circuits intégrés mais présentent dans les technologies classiques un risque de délamination important. Or, dans le circuit électronique selon cet aspect, la première et la deuxième plaque d’aluminium permettent d’absorber des contraintes mécaniques et notamment les contraintes mécaniques que le pilier de cuivre transmet, dans la partie d’interconnexion. Ainsi, ce mode de réalisation prévoit à la fois un pilier en cuivre et des matériaux diélectriques à constante diélectrique basse tout en bénéficiant d’un risque de délamination significativement amoindri. Selon un mode de réalisation, la première plaque en aluminium est partiellement recouverte par une couche diélectrique comprenant une ouverture en regard de la première plaque en aluminium, et la deuxième plaque en aluminium repose sur la première plaque en aluminium dans l’ouverture, et sur les parties de la couche diélectrique recouvrant la première plaque en aluminium. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de fabrication d’un circuit intégré comprenant : -une formation d’une partie d’interconnexion comportant un dernier niveau de métal; - une formation d’un site de raccordement comprenant une formation d’une première plaque en aluminium reliée au dernier niveau de métal de la partie d’interconnexion et une formation d’une deuxième plaque en aluminium sur la première plaque en aluminium; - une formation d’au moins un élément de soudure saillant sur le site de raccordement et au-dessus de la deuxième plaque en aluminium. Selon un mode de mise en œuvre, la formation du site de raccordement comprend en outre: - une formation d’une couche intermédiaire d’accrochage comportant du tantale et/ou du nitrure de tantale, située entre la première plaque en aluminium et la deuxième plaque en aluminium. Selon un mode de mise en œuvre, la formation de la couche intermédiaire d’accrochage comprend une formation d’au moins une couche de tantale et d’au moins une couche de nitrure de tantale empilées. Selon un mode de mise en œuvre, la formation de l’élément de soudure saillant comprend une formation d’un pilier en cuivre, et la formation de la partie d’interconnexion comprend des formations de niveaux de métaux et de couches diélectriques inter-métaux séparant les niveaux de métaux, au moins certaines des couches diélectriques inter-métaux étant formées avec un matériau ayant une constante diélectrique basse. Selon un mode de mise en œuvre, la formation du site de raccordement comprend en outre: -une formation d’une couche diélectrique de façon à recouvrir la première plaque en aluminium; -une formation d’une ouverture dans la couche diélectrique en regard de la première plaque en aluminium; et on forme de la deuxième plaque en aluminium de façon à reposer sur la première plaque en aluminium dans l’ouverture, et sur des parties de la couche diélectrique recouvrant la première plaque en aluminium. Selon un mode de mise en œuvre, on forme la première plaque en aluminium et la deuxième plaque en aluminium par un dépôt en phase vapeur et par une gravure. Selon un mode de mise en œuvre, on forme la couche intermédiaire d’accrochage par un dépôt en phase vapeur et par une gravure. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation et de mise en œuvre, nullement limitatifs, et du dessin annexé sur lequel : , et illustrent des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention. La figure 1 illustre une vue en coupe d’une partie d’interconnexion «BEOL» (acronyme du terme anglais usuel «Back End Of Line») d’un circuit intégré, comportant des éléments de soudure saillant ES formant une interface physique externe du circuit intégré. La figure 1 illustre également un agrandissement d’une zone centrale de cette vue en coupe. La partie d’interconnexion comprend une superposition de niveaux de métaux et de couches diélectriques inter-métaux, disposée sur un substrat semiconducteur SC comprenant des composants fonctionnels du circuit intégré. Dans la suite de la présente description le substrat semiconducteur SC est défini comme le «dessous» du circuit intégré, par opposition au «dessus» du circuit intégré comprenant la partie d’interconnexion. Le substrat semiconducteur SC est recouvert d’un premier niveau de métal M1 de la partie d’interconnexion du circuit intégré. Un dernier niveau de métal Mn de la partie d’interconnexion est situé au-dessus du premier niveau de métal M1. Les derniers niveaux de métaux sont électriquement connectés entre eux par des vias métalliques Vn traversant des couches diélectriques inter-métaux DIM1, DIMn-1, DIMn. Il est entendu qu’il peut exister un nombre quelconque de niveaux de métaux et de couches diélectriques inter-métaux correspondantes entre le premier niveau de métal M1 et le dernier niveau de métal Mn. Le premier niveau de métal M1 et le dernier niveau de métal Mn peuvent être classiquement fabriqués en cuivre ou dans un alliage de cuivre. De façon avantageuse, les couches diélectriques inter-métaux peuvent être fabriquées (étape S1, figure 2) dans un matériau ayant une constante diélectrique basse, c’est-à-dire inférieure à la constante diélectrique du dioxyde de silicium, par exemple comprise entre 2 et 3. Un site de raccordement est destiné à accueillir l’élément de soudure saillant ES. Le site de raccordement est situé sur une surface supérieure du dernier niveau de métal Mn de la partie d’interconnexion. Le site de raccordement forme une zone tampon entre la partie d’interconnexion et l’élément de soudure saillant ES, la zone tampon est notamment destinée à absorber des contraintes mécaniques pouvant entrainer des délaminations dans les couches diélectriques inter-métaux entre les niveaux de métaux de la partie d’interconnexion. En effet, lors de l’assemblage du circuit intégré, l’élément de soudure saillant ES va être soudé avec un dispositif tiers. Cette soudure impose une variation de température et donc des dilatations créant contraintes mécaniques qui peuvent provoquer des délaminations entre les couches de matériaux appartenant à la partie d’interconnexion. En effet, les coefficients de dilatation du dispositif tiers et du circuit interne peuvent être différents, au point que les déformations respectives du dispositif tiers et du circuit intégré provoquent lesdites contraintes dans la partie d’interconnexion. Le site de raccordement comprend une première plaque en aluminium A1, et au moins une deuxième plaque en aluminium A2 disposée sur la première plaque en aluminium A1. La surface inférieure de la première plaque en aluminium A1, par exemple de forme circulaire, recouvre au moins en partie le dernier niveau de métal Mn. La deuxième plaque en aluminium A2 est formée sur la première plaque en aluminium A1. L’ajout de la deuxième plaque en aluminium A2 sur la première plaque en aluminium A1 permet notamment d’augmenter l’épaisseur du site de raccordement. En effet, typiquement la première et la deuxième plaque en aluminium A1, A2, sont des couches conformes (appelée usuellement en anglais «conformal layer»), et les couches conformes sont classiquement limitées en épaisseur par leur procédé de fabrication, par exemple un dépôt en phase vapeur par exemple du type «PVD» (acronyme du terme anglais usuel « Physical Vapor Deposition»). Ainsi, le site de raccordement comportant une double épaisseur de plaques en aluminium A1, A2, qui absorbe les contraintes mécaniques provocant des délaminations. La double épaisseur de plaques en aluminium A1, A2 a un effet tampon (ou «buffer» en anglais), ou amortisseur, sur les contraintes. L’élément de soudure saillant ES est disposé sur le site de raccordement, au-dessus d’une surface supérieure de la deuxième plaque en aluminium A2. L’élément de soudure saillant ES peut comporter, avantageusement, un pilier en cuivre, et un chapeau saillant fabriqué dans un alliage d’étain et d’argent. Le chapeau saillant forme alors une interface avec l’extérieur du circuit intégré, cette interface est destinée à être typiquement soudée à un dispositif tiers. Par ailleurs, une première couche diélectrique OX, typiquement composée d’oxyde de silicium recouvre et isole électriquement une partie du dernier niveau de métal Mn de la partie d’interconnexion. La première couche diélectrique OX présente une ouverture débouchant sur la première plaque en aluminium A1. Néanmoins, la première couche diélectrique OX recouvre partiellement des bords de la première couche en aluminium A1. La deuxième plaque en aluminium A2 a un profil qui s’adapte au relief créé par l’ouverture de la couche diélectrique OX. La deuxième couche en aluminium A2 est conforme et repose donc également partiellement sur des bords de l’ouverture de la première couche diélectrique OX, ainsi que sur la première plaque d’aluminium A1 au niveau de l’ouverture de la première couche diélectrique OX. Avantageusement, et comme illustré dans l’agrandissement de la zone centrale de la figure 1, une première couche d’accrochage CA1, une couche intermédiaire d’accrochage CI, et une couche métallique MS sous l’élément de soudure saillant, peuvent être disposées dans le site de raccordement. La première couche d’accrochage CA1 est située entre la première plaque en aluminium A1 et le dernier niveau de métal Mn en cuivre. La couche intermédiaire d’accrochage CI est située entre la première plaque en aluminium A1 et la deuxième plaque en aluminium A2. La couche métallique MS, par exemple dans un alliage de titane tungstène cuivre, est située sous l’élément de soudure saillant ES et sur la deuxième plaque d’aluminium A2. La première couche d’accrochage CA1, et la couche intermédiaire d’accrochage CI sont chacune composée d’au moins une couche en tantale et/ou au moins une couche en nitrure de tantale. Eventuellement, la première couche d’accrochage CA1, et la couche intermédiaire d’accrochage CI, peuvent comprendre un empilement de couches de tantale et de nitrure de tantale. La liaison entre cuivre et aluminium est par exemple favorisée par la première couche d’accrochage CA1 située entre la première plaque en aluminium A1 et le dernier niveau de métal Mn en cuivre, ou encore par la couche métallique MS située sous l’élément de soudure saillant ES et sur la deuxième plaque d’aluminium A2. Une deuxième couche diélectrique PA, usuellement appelée couche de passivation, par exemple composée d’oxyde de silicium et de nitrure de silicium, recouvre la première couche diélectrique OX. La couche diélectrique PA présente une ouverture débouchant sur la deuxième plaque en aluminium A2. La couche diélectrique PA recouvre partiellement des bords de la deuxième couche en aluminium A2. Finalement, une couche de résine organique PI, par exemple composée de polyimide, recouvre la deuxième couche diélectrique PA. La couche de résine organique PI présente une ouverture débouchant sur la deuxième plaque en aluminium A2. L’ouverture la couche de résine organique PI et l’ouverture de la deuxième couche diélectrique PA sont centrées sur un même axe et laissent ainsi une ouverture sur le site de raccordement pour accueillir l’élément de soudure saillant ES. L’élément de soudure saillant ES repose sur le site de raccordement et également sur des flancs et sur les bords de l’ouverture de la couche de résine organique PI. Le site de raccordement décrit jusqu’ici peut être obtenu notamment par les techniques de fabrication suivantes (figure 2), après la formation de la partie d’interconnexion (étape S1), dans laquelle des niveaux de métaux M1, Mn et de couches diélectriques inter-métaux DIMn, DIMn-1, DIM1 séparant les niveaux de métaux ont été formées. Eventuellement, les couches diélectriques inter-métaux DIMn, DIMn-1, DIM1 ont été formées avec un matériau ayant une constante diélectrique basse, voire ultra basse. La première couche d’accrochage CA1 peut être formée sur la surface supérieure du dernier niveau de métal Mn, par un dépôt en phase vapeur, par exemple du type «CVD» (acronyme du terme anglais usuel « Chemical Vapor Deposition») (étape S2). Lors d’une étape S3, la première plaque en aluminium A1 peut ensuite être formée sur la première couche d’accrochage CA1 par un dépôt en phase vapeur, pleine plaque, par exemple du type «PVD», suivie d’une gravure sèche (étape S3) utilisant un masque dont le motif protège la première plaque en aluminium A1 à l’emplacement du futur site de raccordement. La gravure sèche (étape S3) peut graver également la première couche d’accrochage CA1. Alternativement, la première plaque d’aluminium A1 est formée directement sur le dernier niveau de métal Mn, par les mêmes étapes S3 de dépôt et de gravure. Lors d’une étape S4, la première couche diélectrique OX peut alors être formée sur la surface supérieure du dernier niveau de métal Mn et de la première plaque en aluminium A1, par un dépôt en phase vapeur, par exemple du type «CVD», suivie d'un polissage mécano-chimique du type «CMP» (acronyme du terme anglais usuel «Chemical Mechanical Polishing»). L’ouverture de la première couche diélectrique OX, débouchant sur la première plaque d’aluminium A1, peut être dès lors réalisée (étape S4) dans une nouvelle étape de gravure sèche utilisant un masque dont le motif expose la première couche diélectrique OX à l’emplacement du futur site de raccordement. La couche intermédiaire d’accrochage CI peut être formée (étape S5) sur la première plaque en aluminium A1, dans l’ouverture de le première couche diélectrique OX, par un dépôt en phase vapeur, par exemple du type «CVD», puis par une gravure sèche. De façon similaire à la formation de la première plaque d’aluminium A1, la deuxième plaque en aluminium A2 peut être formée (étape S6) sur la couche intermédiaire d’accrochage CI, dans l’ouverture de le première couche diélectrique OX, par un dépôt en phase vapeur pleine plaque, par exemple du type «PVD», puis par une gravure sèche. Alternativement, la deuxième plaque en aluminium A2 peut être formée (étape S6) directement sur la première plaque en aluminium A1, dans l’ouverture de le première couche diélectrique OX. La deuxième couche diélectrique PA peut être formée (étape S7) sur la deuxième couche diélectrique OX, par un dépôt chimique en phase vapeur, par exemple du type «CVD», suivi d'un polissage mécano-chimique par exemple du type «CMP». L’ouverture de la deuxième couche diélectrique PA, débouchant sur la deuxième plaque d’aluminium A2, peut être ensuite réalisée par une nouvelle étape de gravure sèche (étape S7). La couche métallique MS peut être formée (étape S8) sur la deuxième plaque en aluminium A2, et sur les bords de l’ouverture de la couche de résine organique PI, par un dépôt en phase vapeur, par exemple une projection cathodique (appelée en usuellement anglais «sputtering»), puis par une gravure sèche. L’élément de soudure saillant ES peut-être finalement formé (étape S9) sur la couche métallique MS, par exemple sous la forme d’un pilier, lors d’une étape comprenant une croissance électrolytique ou une galvanisation d’un métal, tel que du cuivre. Alternativement, l’élément de soudure saillant ES peut être formé directement sur la deuxième plaque en aluminium A2 dans l’ouverture de la première couche diélectrique OX et dans l’ouverture de la deuxième couche diélectrique PA. Circuit intégré comprenant une partie d’interconnexion comportant un dernier niveau de métal (Mn) et au moins un élément de soudure saillant (ES) disposé sur un site de raccordement, dans lequel le site de raccordement comporte une première plaque en aluminium (A1) reliée avec le dernier niveau de métal (Mn), et au moins une deuxième plaque en aluminium (A2) disposée sur la première plaque en aluminium (A1) et sous l’élément de soudure saillant (ES). Circuit intégré selon la revendication 1, dans lequel le site de raccordement comprend une couche intermédiaire d’accrochage (CI) comportant du tantale et/ou du nitrure de tantale, située entre la première plaque en aluminium (A1) et la deuxième plaque en aluminium (A2). Circuit intégré selon la revendication 2, dans lequel la couche intermédiaire d’accrochage (CI) comprend un empilement d’au moins une couche de tantale et d’au moins une couche de nitrure de tantale. Circuit intégré selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’élément de soudure saillant (ES) est un pilier en cuivre et la partie d’interconnexion comporte plusieurs niveaux de métaux (M1, Mn) séparés par des couches diélectriques inter-métaux (DIMn, DIMn-1, DIM1), au moins certaines des couches diélectriques inter-métaux (DIMn, DIMn-1, DIM1) comportant un matériau ayant une constante diélectrique basse. Circuit intégré selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première plaque en aluminium (A1) est partiellement recouverte par une couche diélectrique (OX) comprenant une ouverture en regard de la première plaque en aluminium, et la deuxième plaque en aluminium (A2) repose sur la première plaque en aluminium (A1) dans l’ouverture, et sur les parties de la couche diélectrique (OX) recouvrant la première plaque en aluminium (A1). Procédé de fabrication d’un circuit intégré, comprenant : -une formation (S1) d’une partie d’interconnexion comportant un dernier niveau de métal (Mn); -une formation d’un site de raccordement comprenant une formation (S3) d’une première plaque en aluminium (A1) reliée au dernier niveau de métal (Mn) de la partie d’interconnexion et une formation (S6) d’une deuxième plaque en aluminium (A2) sur la première plaque en aluminium (A1) ; -une formation (S9) d’au moins un élément de soudure saillant (ES) sur le site de raccordement et au-dessus de la deuxième plaque en aluminium (A2). Procédé selon la revendication 6, dans lequel la formation du site de raccordement comprend en outre: -une formation (S5) d’une couche intermédiaire d’accrochage (CI) comportant du tantale et/ou du nitrure de tantale, entre la première plaque en aluminium (A1) et la deuxième plaque en aluminium (A2). Procédé selon la revendication 7, dans lequel la formation (S5) de la couche intermédiaire d’accrochage (CI) comprend une formation d’au moins une couche de tantale et d’au moins une couche de nitrure de tantale empilées. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel la formation(S9) de l’élément de soudure saillant (ES) comprend une formation d’un pilier en cuivre, et la formation (S1) de la partie d’interconnexion comprend des formations de niveaux de métaux (M1, Mn) et de couches diélectriques inter-métaux (DIMn, DIMn-1, DIM1) séparant les niveaux de métaux, au moins certaines des couches diélectriques inter-métaux (DIMn, DIMn-1, DIM1) étant formées avec un matériau ayant une constante diélectrique basse. Procédé selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel la formation du site de raccordement comprend en outre: -une formation (S4) d’une couche diélectrique (OX) de façon à recouvrir la première plaque en aluminium (A1) ; -une formation (S4) d’une ouverture dans la couche diélectrique (OX) en regard de la première plaque en aluminium; et dans lequel, on forme (S6) la deuxième plaque en aluminium (A2) de façon à reposer sur la première plaque en aluminium (A1) dans l’ouverture, et sur des parties de la couche diélectrique (OX) recouvrant la première plaque en aluminium (A1). Procédé selon l’une des revendications 6 à 10, dans lequel on forme (S3, S6) la première plaque en aluminium (A1) et la deuxième plaque en aluminium (A2) par un dépôt en phase vapeur et par une gravure. Procédé selon l’une des revendications 6 à 11 prise en combinaison avec la revendication 7, dans lequel on forme (S5) la couche intermédiaire d’accrochage (CI) par un dépôt en phase vapeur et par une gravure.