FR3034566A1 - Procede d'assemblage de substrats - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'une première face (3) d'un premier substrat (1) et d'une première face (7) d'un deuxième substrat (5), caractérisé en ce qu'il comprend : - une formation d'une couche intercalaire (11) entre la première face (3) du premier substrat (1) et la première face (3) du deuxième substrat (5), la couche intercalaire (11) étant au contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5); - une élimination de la couche intercalaire (11) et une mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5).

Description

1 DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention est relative à un procédé d'assemblage d'une première face d'un premier substrat et d'une première face d'un deuxième substrat. Elle concerne aussi un système microélectronique avec un premier et un deuxième substrats, ces substrats pouvant être assemblés grâce au procédé. Un domaine de l'invention se situe dans l'intégration tridimensionnelle 3D pour des dispositifs électroniques et en particulier les dispositifs microélectroniques, le terme microélectronique incluant les nanotechnologies.

Plus spécialement, cette invention s'applique notamment au collage direct de substrats par exemple en silicium présentant en surface des circuits microélectroniques. Au moins certains de ces circuits microélectroniques peuvent déboucher à la surface des substrats et un certain nombre seront connectés entre les deux surfaces collés afin d'obtenir une connexion électrique à travers l'interface de collage. L'invention peut servir à la fabrication d'imageurs à technologie CMOS de type « back-side imagers (BSI) » encore appelés imageurs par face arrière, et en général, à l'intégration 3D avec empilements de transistors CMOS et/ou de mémoires.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE La course à la miniaturisation atteint des limitations physiques qui remettent en question l'approche planaire utilisée jusqu'à aujourd'hui. En effet, les faibles dimensions des nouveaux noeuds technologiques font apparaître des effets parasites autrefois négligeables et qui limite leur miniaturisation. Parmi les procédés à l'étude figure une architecture à trois dimensions dite « intégration 3D », qui consiste à empiler verticalement des composants électroniques, en superposant des puces formées par exemple sur des substrats (ou plaques) les unes sur les autres et en établissant des connexions électriques verticales courtes entre ces composants, directement au travers des différentes couches. Le concept de l'intégration 3D permet de réaliser des dispositifs avec une multitude de fonctionnalités ainsi que de réduire 3034566 2 drastiquement les longueurs des interconnexions augmentant ainsi les vitesses de communication entre les différents composants. L'intégration 3D nécessite par contre de maîtriser les connexions électriques entre les différentes puces empilées verticalement. L'étape 5 d'alignement des substrats à empiler est à ce sujet une étape primordiale pour obtenir de fortes densités d'interconnexions. Il est connu d'utiliser une machine d'alignement pour aligner deux substrats. Il est possible alors d'obtenir des alignements autour du micromètre entre deux substrats de 200mm ou de 300mm de diamètre. Dans ce cadre, 10 plusieurs techniques sont possibles. Des microscopes peuvent être insérés entre les deux substrats qui sont positionnés en regard l'un de l'autre (leurs faces à assembler s'étendant parallèlement) et, à l'aide de marques d'alignements, les deux substrats sont alignés dans les deux directions du plan de leurs faces à assembler. Ensuite, les microscopes sont retirés et les 15 substrats sont rapprochés jusqu'à obtenir un contact qui déclenche le collage direct. Bien évidemment, ce rapprochement est difficilement contrôlable et un certain désalignement peut apparaitre pendant ce mouvement, ce qui limite en général l'alignement à +-5pm (microns). Les substrats sont alors collés et ne peuvent plus être déplacés l'un par rapport à l'autre dans le plan de l'interface à 20 moins de provoquer au préalable un décollement en insérant un coin à l'interface de collage. Ce coin peut permettre de décoller les plaques mais, une fois décollées, l'alignement est perdu et il faut recommencer l'alignement. Dans le cas de substrats transparents aux rayons infra rouge (ce qui est le cas du silicium non fortement dopé), il est possible d'utiliser une visualisation 25 infra rouge pour aligner les deux substrats, dans le plan. Pas besoin ici d'insérer des microscopes entre les plaques. Le fait de ne pas avoir à rapprocher les plaques sur une grande distance après l'alignement permet de limiter de façon très importante le potentiel désalignement induit par le mouvement de rapprochement. Après le collage, grâce à l'infra-rouge, il est 30 possible de vérifier l'alignement mais si ce dernier n'est pas bon, comme le collage direct a eu lieu, il faut décoller les plaques pour recommencer l'alignement en espérant obtenir un meilleur résultat.

3034566 3 Il est aussi possible d'utiliser une technique qui utilise des microscopes dans le visible pour aligner les substrats mais qui ne demandent pas de les rapprocher. En effet, il est possible de commencer par rapprocher très près (environ 100 pm) les substrats l'un de l'autre. Ensuite, on décale les substrats 5 l'un après l'autre dans le plan pour visualiser l'emplacement des marques d'alignement ce qui permet d'aligner les substrats l'un par rapport à l'autre. Le rapprochement final restant n'est que de 100 pm environ. Avec cette technique, il est possible d'obtenir un alignement à +-1 pm ou même +-0.5pm. Ces différentes techniques permettent d'aligner deux substrats mais avec 10 une précision encore perfectible. Il est possible de vérifier l'alignement obtenu mais il est nécessaire de décoller les substrats pour recommencer l'alignement si ce dernier n'est pas satisfaisant. La présente invention permet de répondre au moins à certaines limitations de l'art antérieur.

15 RESUME DE L'INVENTION Un aspect de l'invention est relatif à un procédé d'assemblage d'une première face d'un premier substrat et d'une première face d'un deuxième substrat. Avantageusement, il comprend : 20 - une formation d'une couche intercalaire entre la première face du premier substrat et la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant au contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat ; - une élimination de la couche intercalaire et une mise en contact de la 25 première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat. L'invention concerne également suivant d'autres aspects un système microélectronique comprenant un premier substrat et un deuxième substrat, une première face de chacun des premier et deuxième substrats se faisant 30 face, et une couche intercalaire entre la première face du premier substrat et la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant en contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat, la couche intercalaire étant constituée d'un matériau sous forme 3034566 4 liquide ayant, de préférence , une viscosité inférieure à 100 pascal.seconde à 20°C. Un effet technique produit par la présente invention est de permettre le rapprochement avec un très faible écart, par exemple de moins de 0,1 pm, des 5 deux faces par lesquelles l'assemblage est à réaliser de sorte à améliorer l'alignement final des substrats, donc potentiellement de diminuer la taille des organes électriques à connecter entre les deux substrats pour accroitre la densité de composants électroniques et/ou fiabiliser le processus de mise en continuité électrique des deux substrats. Entre outre, et quel que soit l'écart 10 entre les substrats, la couche intercalaire forme avantageusement un coussin fluidique de déplacement relatif des deux substrats dans un plan parallèle aux deux faces à assembler. Ce déplacement permet d'ajuster au mieux l'alignement.

15 BREVE INTRODUCTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière, qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants, dans lesquels: 20 - La figure 1 illustre, en coupe, un exemple de réalisation d'un premier substrat utilisable selon l'invention, avec une goutte d'un liquide apte à former une couche intercalaire. - La figure 2 montre un exemple, en coupe, de deuxième substrat. - La figure 3 donne une vue de dessous, par sa première face, du 25 deuxième substrat de la figure 2. - La figure 4 illustre une étape du procédé de l'invention avec formation d'une couche intercalaire. - La figure 5 présente une étape suivant celle de la figure 4. - La figure 6 illustre un mode opératoire de contrôle de l'alignement des 30 deux substrats grâce à l'invention. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe 3034566 5 destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différentes couches et substrats peuvent ne pas être représentatives de la réalité. C'est le cas pour les marques permettant 5 l'alignement des substrats ou encore des cavités apparentes au niveau du ou des substrats. DESCRIPTION DETAILLEE Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de 10 l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées suivant toute association ou alternativement. Le procédé peut être, suivant ces caractéristiques optionnelles, tel que : - on effectue un contrôle de l'alignement des premier et deuxième substrats 15 avant et/ou pendant l'élimination de la couche intercalaire ; - le contrôle de l'alignement comprend une modification de la position relative des premier et deuxième substrats suivant un plan parallèle aux premières faces des premier et deuxième substrats ; - l'élimination de la couche intercalaire comprend une évaporation du 20 matériau de ladite couche intercalaire ; - l'élimination de la couche intercalaire comprend une évacuation du matériau de ladite couche intercalaire en dehors des premières faces des premier et deuxième substrats ; - l'évacuation comprend la formation d'un vide ou d'une atmosphère 25 dépourvue du matériau de la couche intermédiaire autour des premier et deuxième substrats ; - l'évacuation peut être aidé au moins en partie via au moins une cavité débouchant à la surface de la première face d'au moins l'un parmi le premier et le deuxième substrats ; 30 - la au moins une cavité est formée de manière à déboucher sur une partie de tranche du substrat ; - l'étape de mise en contact est configurée pour produire un collage direct entre les premières faces ; 3034566 6 - le matériau de la couche intercalaire est incompressible ; - le matériau de la couche intercalaire est un liquide ; - le matériau de la couche intercalaire présente une viscosité inférieure à 100 pascals.seconde à 20°C, de préférence inférieure à 1 pascal.seconde 5 à 20°C ; - le matériau de la couche intercalaire est choisi parmi l'eau, un solvant notamment de l'acétone, un alcool ; - la couche intercalaire est choisie avec une épaisseur inférieure à 100nm ; - la formation de la couche intercalaire comprend un dépôt d'au moins une 10 goutte d'un matériau destiné à former la couche intercalaire sur le premier substrat et; - une goutte est déposée au centre de la première face du premier substrat ; - la formation de la couche intercalaire comprend un étalement de la au 15 moins une goutte par une mise en rotation du premier substrat suivant un axe dirigé suivant son épaisseur ; - un rapprochement relatif des premier et deuxième substrats est configuré pour étaler la au moins une goutte sur les premières faces des premier et deuxième substrats ; 20 - le rapprochement relatif est opéré, sur au moins une partie finale de sa course, par descente gravitaire du deuxième substrat vers le premier substrat ; - la descente gravitaire est opérée en libérant le deuxième substrat de l'emprise d'un dispositif de maintien ; 25 - après le rapprochement relatif, on réactive l'emprise du dispositif de maintien sur le deuxième substrat ; - au moins l'un parmi le premier substrat et le deuxième substrat comprend au niveau de sa première face une cavité débouchant sur ladite première face et sur une partie de tranche du substrat. 30 - la formation de la couche intermédiaire peut également consister en la formation d'un film obtenu par exemple par centrifugation. - il est aussi possible de mettre plusieurs gouttes. Le matériau intercalaire n'a pas besoin d'être uniformément réparti. 3034566 7 - au moins l'un parmi le premier substrat et le deuxième substrat comprend au niveau de sa première face une cavité débouchant sur ladite première face et sur une partie de tranche du substrat - on forme au moins un composant microélectronique sur au moins l'un 5 parmi le premier substrat et le deuxième substrat. - on forme un premier composant microélectronique sur le premier substrat et un deuxième composant sur le deuxième substrat, la mise en contact de la première face du premier substrat et de la première face du deuxième substrat étant configurée pour mettre en contact les premier et 10 deuxième composants microélectroniques. L'invention concerne l'assemblage de substrats qui s'entendent ici notamment de dispositifs électroniques, de préférence de dispositifs microélectroniques, sous forme de plaques (plus communément dénommée « wafer », en anglais), comprenant de préférence au moins une puce et/ou un 15 organe électronique, par exemple un élément conducteur d'électricité, pour l'interconnexion notamment. Cependant, un substrat peut ne pas comporter d'organe ou composant électronique actif ou passif ; il peut par exemple s'agir d'une poignée servant, de manière transitoire, au report d'un substrat sur un autre. Le premier substrat se présente, préférentiellement, sous la forme d'une 20 plaque, mais pourra également se présenter sous la forme d'un panneau. Le premier substrat peut comprendre une pluralité de couches. De préférence, les substrats sont à base d'un ou de matériaux non conducteurs ou peu conducteurs. Les deux substrats employés ne sont pas forcément de même 25 dimensions. Par exemple, l'une peut être une plaque comprenant une pluralité de puces et l'autre une puce unique, de sorte à opérer un report du type puce sur plaque (ou « chip on wafer» en anglais). Il s'entend que l'invention peut permettre d'empiler plus de deux substrats. Ils sont par exemple formés en un matériau à base de silicium (par 30 exemple, en silicium poly-cristallin, ou silicium monocristallin, ou silicium sur isolant). La présente invention peut aussi s'appliquer à des substrats qui ne sont pas en silicium mais en matériau III-V comme l'InP, l'AsGa ou le GaN, ou en matériau comme le Germanium, le saphir, la silice, le verre ou le SiC.

3034566 8 L'un ou les deux substrats peuvent comporter une ou plusieurs couches de base semi-conductrices (en silicium notamment), recouvertes ou non d'une ou plusieurs couches d'oxyde thermique, ayant éventuellement subi des étapes de formation d'organes électroniques tels des transistors CMOS. Des parties 5 électriquement conductrices telles des zones de cuivre peuvent aussi s'étendre suivant le plan d'une face du substrat, entre des zones non conductrices d'électricité, suivant l'épaisseur du substrat (par exemple avec des vias débouchant à la surface de la face et à connecter à des parties électriques de l'autre substrat). Les dessins ne représentent pas les éventuels organes 10 intégrés sur l'un et/ou l'autre des substrats. La figure 1 illustre un premier substrat 1 comportant une première face 3 par laquelle on souhaite assembler le premier substrat 1 avec un deuxième substrat 5. De préférence, la première face 3 est dirigée suivant un plan principal (correspondant ici à l'orientation définie par le plan xy de la figure 6) ce 15 qui n'exclut pas que la première face 3 comporte des reliefs sous forme saillante ou en creux. C'est d'ailleurs le cas avec la présence de marques 2a, 2b servant de repères d'alignement. Le nombre de marques n'est pas limité. Leur forme et profondeur non plus. Typiquement, on pourra former deux marques diamétralement opposées à proximité de la tranche 4 du premier 20 substrat 1. D'autres marques, par exemple secondaires à différents endroits de la première face, peuvent aussi être présentes. En outre, des marques 2a, 2b pourraient tout aussi bien, en complément ou alternativement au cas représenté, être situées sur la face du premier substrat 1 opposée à la première face 3.

25 La figure 2 illustre un mode de réalisation du deuxième substrat 5. Il peut ou non présenter lui aussi des organes électroniques, dont certains peuvent être apparents au niveau d'une première face 7 du deuxième substrat 5, cette première face 7 étant destinée à être assemblée avec la première face 3 du premier substrat 1. Le deuxième substrat 5 comporte de préférence des 30 deuxièmes marques 6a, 6a qui peuvent être réalisées de manière identique ou non à celles du premier substrat 1. Ce dernier peut globalement être identique ou similaire au premier substrat 1. Avantageusement la première face du deuxième substrat 5 s'oriente suivant un plan principal (correspondant à 3034566 9 l'orientation définie par le plan xy de la figure 6) apte à être mis au contact de la première face 3 du premier substrat 1, ces deux faces 3, 7 étant ainsi parallèles. De manière particulièrement avantageuse, les marques 2a, 2b du premier 5 substrat 1 ont des emplacements qui coïncident idéalement, deux à deux, avec les marques 6a, 6b du deuxième substrat 5 lorsque les premières faces 3, 7 des premier et deuxième substrats 1, 3 sont assemblées. Selon un mode de réalisation préféré, on réalise les marques par une étape de lithographie, suivie d'une étape de gravure.

10 Dans le cas représenté, de façon non limitative, le deuxième substrat 5 comporte des cavités 9 en creux relativement à la face 7. Une seule cavité pourrait être formée. La ou les cavités 9 s'étendent avantageusement suivant la première face 7 de sorte à déboucher sur au moins un bord (de préférence deux bords) correspondant à la tranche 8 du deuxième substrat 5. Ainsi, 15 chaque cavité 9 débouche à la fois sur la première face 7 et sur la tranche 8 du deuxième substrat 5. De façon indicative, l'illustration de la figure 3 montre des cavités s'étendant de manière rectiligne. Elles peuvent être parallèles entre-elles. Des dimensions indicatives sont 100pm de large pour 50pm de profondeur (suivant l'axe z). Bien évidemment le design des cavités peut être 20 différents et plus complexe pour tenir compte des composants électroniques présents sur chaque tranche. Par exemple, les cavités peuvent opérer des virages pour contourner les composants. De manière conventionnelle, les substrats peuvent être maintenus par des dispositifs de maintien sous forme de supports généralement appelés « chuck » 25 en anglais ; les supports permettent notamment le déplacement relatif des substrats dans le plan xy. Ils peuvent aussi participer au rapprochement des substrats suivant la direction z. Ces dispositifs permettent par exemple une application de la face d'un substrat 1, 5 opposée à la première face 3, 7, par un circuit d'aspiration. Si l'aspiration est stoppée, le maintien est désactivé.

30 L'invention permet le bon positionnement relatif puis l'assemblage des deux substrats ainsi décrits. Un aspect de l'invention consiste pour ce faire à insérer, à l'interface de collage des substrats, un matériau permettant de de rapprocher de façon très importante (possiblement à moins de 0.1pm) les 3034566 10 substrats et, de préférence, permettant ensuite d'aligner les substrats ou d'optimiser un premier alignement. Une couche intercalaire 11 est ainsi formée avec ce matériau en contact avec les deux faces 3, 7. C'est l'épaisseur de cette couche de matériau qui va définir la distance de séparation entre les premier et 5 deuxième substrats 1, 5. Le matériau inséré est tel qu'il va disparaitre ensuite pour permettre à l'assemblage, de préférence par collage direct, de se dérouler. La figure 4 illustre la formation de la couche 11 maintenant les deux substrats 1, 5 espacés. L'épaisseur de la couche 11 peut être très faible, par exemple inférieure à 100 nm, ou même inférieure à 10 nm. La couche 11 10 couvre de préférence l'intégralité de la première face 3 et de la première face 7 ou, si les substrats sont de tailles différentes, l'intégralité de l'interface entre les deux substrats, à savoir leur zone d'assemblage. En alternative, la couche 11 peut être discontinue en ce sens qu'elle comprend plusieurs portions ne couvrant pas totalement la surface de l'interface entre les deux substrats. Par 15 exemple, cette réalisation peut être produite lorsque le matériau de la couche intercalaire 11 est déposé sous forme de plusieurs gouttes espacées sur la surface d'un des substrats ; il se peut dans ce cas que l'étalement des gouttes ne produise pas une jonction des zones du matériau ainsi déposé et/ ou un recouvrement complet de l'interface de collage des deux substrats.

20 Différents matériaux peuvent être employés pour cette couche 11. Bien que des matériaux en phase solide dans les conditions de mise en oeuvre du procédé ne soient pas exclus, car ils permettent de maintenir l'espace souhaité entre les substrats, il est nettement préféré d'employer un matériau fluide, avantageusement en phase liquide. En effet, il est alors possible de jouer sur la 25 viscosité du matériau pour déplacer les substrats 1, 5 et ajuster leur alignement, en employant les marques 2a, 2b, 6a, 6b comme repères. La contrainte de cisaillement qu'il faut appliquer pour permettre le déplacement est avantageusement assez faible et la viscosité du matériau est de ce fait de préférence inférieure à 100 Pa.s. Dans le cas d'une visualisation des marques 30 par transmission optique au travers des substrats, notamment par rayons infra- rouge ou par la microscopie classique par exemple en ayant pris soin de reporter les marques d'alignement en face arrière des substrats ou utilisant des substrats transparents, le matériau de la couche 11 sera préférentiellement 3034566 11 transparent respectivement aux infra-rouge ou dans le visible. Le matériau peut être par exemple de l'eau, de l'alcool, ou un solvant comme l'acétone. Il peut présenter un angle de goutte faible, par exemple inférieur à 100 vis-à-vis de la surface d'au moins une des première et deuxième faces 3, 7. Il peut aussi être 5 non mouillant et présenter un angle de goutte important, par exemple supérieur à 60° vis-à-vis d'au moins une des première et deuxième faces 3, 7, afin de modifier l'interaction avec lesdites surfaces et optimiser leur parallélisme. Il est de plus souhaitable que le matériau employé soit incompressible. Lors de la phase de réglage de l'alignement, la capillarité peut suffire à 10 maintenir en place la couche intercalaire 11. On peut en outre ajuster le caractère hydrophile du liquide relativement à la surface du premier substrat 1 pour optimiser cette rétention. Une fois le bon alignement obtenu, si le matériau est suffisamment visqueux pour que l'alignement ne change pas en laissant les substrats 1, 5 15 libres l'un par rapport à l'autre, il est alors possible de ne pas maintenir les substrats pendant que le matériau interfacial disparait. Dans le cas contraire, il est préférable de maintenir l'alignement de substrats 1, 5 pendant que le matériau interfacial disparait. Pour faire disparaitre le matériau de cette couche 11, il est possible de le 20 laisser s'évaporer à température et pression ambiante si sa pression de vapeur est suffisante. Il est possible d'augmenter cette évaporation en réduisant la pression totale autour des substrats ou en réduisant simplement la pression partielle du matériau (une atmosphère anhydre dans le cas où le matériau intercalaire est de l'eau par exemple). Il est aussi possible d'augmenter la 25 température. Afin de faciliter la disparition de ce matériau il est aussi possible d'employer des cavités 9 précédemment décrites, à l'interface de collage et débouchant sur le bord des plaques. Dans le cas des figures, seul le substrat 5 comprend des cavités 9 mais en complément ou alternativement, le premier substrat 1 pourrait en comporter.

30 Il est éventuellement possible de corriger l'alignement au fur et à mesure que le matériau disparait ce qui permet de corriger l'alignement alors que les substrats 1, 5 sont de plus en plus proche l'un de l'autre.

3034566 12 La vitesse d'évacuation du matériau de la couche intercalaire peut être ajustée selon, notamment, le nombre de cavités. Il peut par exemple s'y produire une vaporisation du matériau et cette vaporisation sera d'autant plus importante que la surface de cavité sera élevée.

5 Dès que le matériau a complétement disparu, l'assemblage peut être mené à bien, de préférence par collage direct. Les substrats 1, 5 sont alors collés, scellant ainsi l'alignement. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de solidarisation s'effectue à partir des premières faces des premier et deuxième substrats. Le collage réalise une solidarisation mécanique et produit 10 avantageusement aussi une continuité électrique entre au moins un organe intégré dans le premier substrat 1 et un autre organe intégré dans le deuxième substrat 5. La méthode du collage direct ou « direct bonding » en anglais permet le collage direct entre substrats, ne nécessitant ni matériau de collage, ni besoin 15 de chauffage important, ni pression élevée. Cette technologie est basée sur des phénomènes d'adhésion moléculaire entre les atomes des deux surfaces en regard. L'étape de collage est, de préférence, suivie d'un recuit. Le recuit a l'avantage de renforcer les forces de collage entre le premier substrat 1 et le 20 deuxième substrat 5. Comme le contrôle de l'alignement des plaques peut être fait à de très faible distance et comme l'invention permet de maintenir cet alignement au fur et à mesure que les plaques se rapprochent, une très forte précision peut être atteinte. Il est ainsi possible d'obtenir des désalignements inférieurs à 100nm.

25 La figure 5 illustre le résultat du collage. Les faces 3, 7 sont au contact et solidaires, les marques étant bien alignées grâce à l'invention. La figure 6 montre un exemple de contrôle de l'alignement préalablement au collage. L'étape de positionnement relatif comprend, à titre préféré, une étape de mise en correspondance des marques du premier substrat avec les 30 marques du deuxième substrat. On entend par mise en correspondance notamment la coopération de la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat, d'une marque du premier substrat avec la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat, d'une marque du 3034566 13 deuxième substrat de sorte à ce que lesdites projections coopèrent par superposition ou par imbrication. De manière particulièrement avantageuse, on effectue une détection de la mise en correspondance par transmission optique au travers des substrats 5 superposés. On entend par transmission optique, la transmission d'une information transportée par des ondes lumineuses au travers des substrats, au niveau des marques. Un système de transmission optique possède, pour vérifier l'alignement deux marques, deux composants: une source de lumière (les émetteurs optiques 13a, 13b schématisés en figure 6) et un détecteur de 10 lumière (les récepteurs optiques 12a, 12b schématisés en figure 6). Les moyens d'émission et de réception optiques sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur du premier substrat 1 et au travers de l'épaisseur du deuxième substrat 2, et aussi au travers de l'épaisseur de la couche intercalaire 11. Dans ce mode de 15 réalisation, les moyens d'émission et de réception optiques sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur des substrats, soit suivant l'axe z de la figure 6. On donne ci-après deux exemples de réalisation du procédé de l'invention. Les caractéristiques de ces exemples peuvent être mises en oeuvre 20 séparément et les aspects de deux exemples peuvent faire l'objet de toutes combinaisons entre eux pour réaliser le procédé de l'invention. Dans un premier exemple, deux substrats à base de silicium, notamment de 200 mm de diamètre, de résistivité p comprise par exemple entre 1 et 50 Ohm/cm et présentant de préférence des marques d'alignement en face avant 25 (les faces 3 et 7) sont nettoyés par exemple par une solution d'eau ozonée présentant 40mg/I d'ozone, par une solution d'APM (ammonium peroxyde mixture) avec une concentration en ammoniaque, eau oxygénée, et eau désionisée respectivement de 0.25/1/5 en proportions volumiques. Ensuite les deux substrats 1, 5 sont séchés dans un sécheur.

30 Pour former la couche intercalaire 11, une goutte (par exemple d'eau), pouvant être d'un volume de 3.2mm3 pour une première face de 200 mm, est alors déposée au centre du substrat du dessous avantageusement en positon telle que la première face soit à l'horizontale. Cela est représenté en figure 1 3034566 14 avec une goutte 10. Cette goutte 10 peut être unique ou non. Elle est de préférence placée au milieu de la première face 3 du premier substrat 1. Ensuite les substrats sont rapprochés pour étaler la goutte depuis le centre et laisser un matelas liquide d'une épaisseur possiblement de 100nm entre les 5 substrats. Ce rapprochement peut être complétement mécanique par au moins un dispositif de maintien, ou réalisé simplement en laissant tomber, par gravité, le deuxième substrat 5 sur le premier. Il peut avantageusement être une combinaison des deux pour bien étaler la goutte depuis le centre du substrat 1 vers les bords et ensuite laisser la gravitation finir le rapprochement en utilisant 10 le matelas de liquide qui se forme pour garantir la séparation physique des substrats avant la fin de l'alignement. Cet alignement peut avoir lieu pendant le rapprochement et après ce dernier ou seulement une fois que les faces 3, 7 sont très proches l'une de l'autre. Le contrôle de l'alignement peut se faire comme sur la figure 6 par infra-rouge. Une fois l'alignement effectué, le vide 15 peut être réalisé autour des substrats 1, 5 pour retirer la couche intercalaire 11. Tant que le matériau de la couche 11 n'est pas retiré et que le collage direct ne s'est pas enclenché, l'alignement est contrôlé et corrigé si besoin. Dès que le collage direct est déclenché, le contrôle de l'alignement n'est plus nécessaire. Il est souhaitable de maintenir les substrats sous vide tant que le collage direct 20 n'est pas effectif sur l'ensemble de la surface. Une variante peut consister à remplacer le vide par une atmosphère d'azote anhydre ayant une température de point de rosée inférieure à -10°C ou inférieure à -85°C. Suivant un deuxième exemple, un substrat par exemple de silicium et de 200mm de diamètre, de résistivité p comprise de préférence entre 1 et 50 25 Ohm/cm et présentant des marques d'alignement avantageusement en face avant et des cavités 9, s'étendant sur toute la première face 7 du deuxième substrat 5 comme sur la figure 3, est nettoyé par une solution telle qu'une solution d'eau ozonée présentant 40mg/I d'ozone, par une solution d'APM (ammonium peroxyde mixture) avec une concentration en ammoniaque, eau 30 oxygénée, et eau désionisée respectivement de 0.25/1/5 en proportions volumiques. Un deuxième substrat 5, par exemple de taille, matériau et marques identiques est aussi employé et nettoyé. Ensuite les deux substrats 1, 5 sont séchés dans un sécheur.

3034566 15 D'une façon générale, la formation de la couche intercalaire de l'invention peut s'opérer de différentes manières. On peut d'abord déposer une ou plusieurs gouttes réparties sur l'un des substrats. La ou les gouttes sont ensuite étalées. Suivant une possibilité applicable à l'exemple ici donné, pour former le 5 film d'eau intercalaire, un des substrats, de préférence sans cavités, est mouillé et un mouvement de rotation rapide permet d'obtenir un film liquide d'épaisseur fine, par exemple 100nm. L'étalement peut aussi être produit ou parfait par le contact de l'autre substrat, s'appliquant de l'autre côté du film à former. Ensuite les substrats sont rapprochées jusqu'à obtenir un matelas liquide 10 d'une épaisseur par exemple de 100nm entre les substrats 1, 5 comme sur la figure 4. Ce rapprochement peut être complétement mécanique ou réalisé simplement en laissant tomber le deuxième substrat 5 du dessus sur le premier. Il peut avantageusement être une combinaison des deux pour bien étaler la goutte depuis le centre de la première face 3 vers les bords et ensuite laisser la 15 gravitation finir le rapprochement en utilisant le matelas de liquide qui se forme pour garantir la séparation physique des substrats 1, 5 avant la fin de l'alignement. Cet alignement peut avoir lieu pendant le rapprochement et après ce dernier ou seulement une fois que les substrats sont très proches l'un de l'autre. Le contrôle de l'alignement peut se faire par infrarouge. Une fois 20 l'alignement effectué, le vide est avantageusement réalisé autour des plaques pour retirer le matériau de la couche intercalaire. Les cavités 9 débouchantes permettent un retrait plus rapide de ce matériau. Tant que le matériau n'est pas retiré et que le collage direct ne s'est pas enclenché, l'alignement est contrôlé et corrigé si besoin. Dès que le collage direct est déclenché, le contrôle de 25 l'alignement n'est plus nécessaire, comme en figure 5. En revanche, il est souhaitable de maintenir les plaques sous vide tant que le collage direct n'est pas effectif sur l'ensemble de la surface des faces 3, 7. Une variante peut consister à remplacer le vide par une atmosphère d'azote anhydre ayant une température de point de rosée inférieure à -10°C ou inférieure à -85°C.

30 La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits mais s'étend à tout mode de réalisation conforme à son esprit.

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'assemblage d'une première face (3) d'un premier substrat (1) et d'une première face (7) d'un deuxième substrat (5), caractérisé en ce qu'il 5 comprend : - une formation d'une couche intercalaire (11) entre la première face (3) du premier substrat (1) et la première face (3) du deuxième substrat (5), la couche intercalaire (11) étant au contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5); 10 - une élimination de la couche intercalaire (11) et une mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (7) du deuxième substrat (5).
2. 2. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel on effectue un contrôle de l'alignement des premier et deuxième substrats (1, 5) 15 avant et/ou pendant l'élimination de la couche intercalaire (11).
3. 3. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le contrôle de l'alignement comprend une modification de la position relative des premier et deuxième substrats suivant un plan parallèle aux premières faces des premier et deuxième substrats. 20
4. 4. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élimination de la couche intercalaire (11) comprend une évaporation du matériau de ladite couche intercalaire (11).
5. 5. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élimination de la couche intercalaire (11) comprend une évacuation du 25 matériau de ladite couche intercalaire (11) en dehors des premières faces (3,7) des premier et deuxième substrats (1,5).
6. 6. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel l'évacuation comprend la formation d'un vide autour des premier et deuxième substrats (1,5). 30
7. 7. Procédé d'assemblage selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel l'évacuation est opérée au moins en partie via au moins une cavité (9) débouchant à la surface de la première face d'au moins l'un parmi le premier et le deuxième substrats (1,5). 3034566 17
8. 8. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel la au moins une cavité (9) est formée de manière à déboucher sur une partie de tranche du substrat (1,5).
9. 9. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de mise en contact est configurée pour produire un collage direct entre les premières faces (3,7).
10. 10. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire est incompressible.
11. 11. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (11) est un liquide.
12. 12. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (11) présente une viscosité inférieure à 1 pascal.seconde à 20°C.
13. 13. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau de la couche intercalaire (11) est choisi parmi l'eau, un solvant notamment de l'acétone, un alcool.
14. 14. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche intercalaire (11) est choisie avec une épaisseur inférieure à 100 nm.
15. 15. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la formation de la couche intercalaire (11) comprend un dépôt d'au moins une goutte (10) d'un matériau destiné à former la couche intercalaire (11) sur le premier substrat (1).
16. 16. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel une goutte (10) est déposée au centre de la première face (3) du premier substrat (1).
17. 17. Procédé d'assemblage selon l'une des deux revendications précédentes dans lequel la formation de la couche intercalaire (11) comprend un étalement de la au moins une goutte par une mise en rotation du premier substrat (1) suivant un axe dirigé suivant son épaisseur.
18. 18. Procédé selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel la formation de la couche intercalaire comprend un rapprochement relatif des premier et deuxième substrats (1,5) configuré pour étaler la au moins une 3034566 18 goutte (10) sur les premières faces (3,7) des premier et deuxième substrats (1,5).
19. 19. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le rapprochement relatif est opéré, sur au moins une partie finale de sa course, 5 par descente gravitaire du deuxième substrat (5) vers le premier substrat (1).
20. 20. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la descente gravitaire est opérée en libérant le deuxième substrat (5) de l'emprise d'un dispositif de maintien.
21. 21. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, après le 10 rapprochement relatif, on réactive l'emprise du dispositif de maintien sur le deuxième substrat (5).
22. 22. Procédé d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on forme au moins un composant microélectronique sur au moins l'un parmi le premier substrat (1) et le deuxième substrat (5). 15
23. 23. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, dans lequel on forme un premier composant microélectronique sur le premier substrat (1) et un deuxième composant sur le deuxième substrat (5), la mise en contact de la première face (3) du premier substrat (1) et de la première face (3) du deuxième substrat (5) étant configurée pour mettre en contact les premier et 20 deuxième composants microélectroniques.