Collage Direct

Le collage métallique direct est une méthode utilisée pour assembler deux composants. Malgré sa difficulté principale, le besoin d’un haut niveau de propreté, plusieurs atouts tels qu’une force d’assemblage faible et un temps de procédé court, en font un candidat sérieux pour les technologies avancées puce-sur-wafer destinées à l’intégration 3D.

Le projet Minalogic de deux années (Proceed) était soutenu par l’état français (FUI, Fond Unique Interministériel), avec l’objectif de démontrer une forte précision de placement (< 1 µm) entre les puces et les structures du wafer par collage métallique direct. Le projet, piloté par SET, a été développé en partenariat avec :

  • CEA-Leti,
  • ST-Microelectronics
  • ALES
  • CEMES-CNRS

Une FC300, spécialement adaptée aux besoins de haute propreté du collage métallique direct, a été développée et installée au CEA-Leti pour explorer diverses structures puce-sur-wafer par collage métallique direct pour l’intégration 3D.

Projet PROCEED

Le projet Minalogic PROCEED est de 4.2 M€, d’une durée de 24 mois et supporté par le FUI français (Fond Unique Interministériel). Initié en 2009, le but du projet PROCEED est de démontrer une forte précision de placement (< 1 µm) entre les puces et les structures du wafer par collage métallique direct. De telles structures sont nécessaires pour les circuits hautes performances à interconnexions 3D et rendront possibles une large variété d’applications en microélectronique, en optoélectronique ou pour les MEMS.

Le collage direct Cuivre-Cuivre nécessite une bonne planéité et une excellente qualité de surface en termes de contamination particulaire et métallique. La faible rugosité des piliers et pads de cuivre, de même que la topographie entre le cuivre et les zones d’oxyde sont des points critiques pour obtenir une bonne adhésion à faible force et à température ambiante.

Le procédé, basé sur le collage métallique direct puce-sur-wafer, est développé par le CEA-Leti pour surmonter certaines limitations de l’intégration 3D. Cette technologie consiste à fixer des puces sur un substrat à température et force basses, créant un joint de haute intégrité mécanique et électrique grâce à une soudure métallique locale.

ALES fournit la technologie de préparation de surface alors que CEMES-CNRS caractérise la qualité de la soudure et analyse les changements dans la métallurgie du cuivre durant la phase de recuit. STMicroelectronics pilote l’utilisation de cette technologie pour l’intégration 3D haute densité.

Avantages technologiques

Le procédé de soudage se passe à faible force et à température ambiante, ce qui permet une meilleure précision d’assemblage pour les interconnexions haute densité, en évitant les coefficients de dilatation thermique différents entre matériaux. Afin d’obtenir une soudure sans vide, les étapes d’alignement et de soudage doivent se faire dans un environnement sans particule. Ceci est réalisé grâce à l’utilisation de matériaux spéciaux et par une gestion méticuleuse de l’environnement du soudage pour protéger la surface du wafer pendant qu’il est totalement peuplé par les composants.

Un procédé de soudure à faible force est la clé pour les cadences élevées nécessaires pour l’adoption à grande échelle de l’intégration 3D.

Publications techniques

 

 

TITLE

DATE

FROM

Chip-to-Wafer Technologies for High Density 3D Integration

May 2011

  CEA Leti Minatec, ALES, STMicroelectronics, CNRS-CEMES, SET