Collage Direct

Le collage métallique direct est une méthode utilisée pour assembler deux composants.

Malgré sa difficulté principale, l’obligation d’un très haut niveau de propreté, plusieurs atouts tels qu’une force d’assemblage faible, un procédé d’assemblage à température ambiante et un temps de procédé court.

Ainsi, il assure une haute précision, en évitant en particulier les écarts de coefficients de dilatation thermique entre matériaux différents.

 

Le collage métallique direct est donc un candidat sérieux pour les technologies avancées puce-sur-wafer destinées à l’intégration 3D.

 

 

Projet PROCEED

2009 : Minalogic initie le projet PROCEED, avec le soutien de l’État français (FUI – Fond Unique Interministériel).

Son objectif :  démontrer la faisabilité du procédé en puces sur wafer et une forte précision de placement (< 1 µm) par collage métallique direct.

En partenariat avec le CEA-Leti, ST-Microelectronics, ALES et CEMES-CNRS, SET réussit à démontrer la faisabilité de ce procédé, grâce à une FC300 spécialement conçue pour le projet. Une réussite qui fera ensuite l’objet de nombreuses publications.

 

IRT Nanoelec

Fin 2015 : SET intègre l’IRT Nanoelec pour concevoir une machine précise et rapide, utilisant le procédé direct bonding.

Capitalisant sur l’expérience du projet PROCEED, SET conçoit et met au point la NEO HB, spécialement dédiée au direct bonding pour la production.

Septembre 2019 : SET procède au lancement commercial de la NEO HB lors du salon SEMICON Taiwan, répondant ainsi aux besoins de cadences élevées nécessaires pour l’adoption à grande échelle de 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

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