Étude expérimentale et théorique de microcaloducs et technologie silicium

ANNEXES
149Annexes
Annexe A : Assemblage des plaquettes silicium
A.1. Nettoyage des plaquettes
Cette étape est d’une importance fondamentale pour réussir l’assemblage de
plaquettes. Le procédé utilisé doit permettre d’enlever toute impureté des surfaces à
assembler. Le tableau A.1 donne les paramètres des traitements subis par les
plaquettes, ainsi que l’effet supposé de chaque étape sur les surfaces (Boussey, 2001).

Température
Solutions Composition des Effet présumé /
d’utilisation Durée
par étape solutions en volume Remarques
(°C)
Acide HF : DI-H O 2
Enlèvement de
fluorhydrique 1:10 28 15 s
l’oxyde natif
+ Eau DI HF grade CMOS, 50 %
Formation d’un
film d’oxyde de
Acide H SO : H O 1-2 nm 2 4 2 2 Solution
sulfurique + 1 : 1 encapsulant des
naturellement 10 min
Peroxyde impuretés
exothermique
d’hydrogène Produits gamme CMOS organiques et
métalliques en
surface
Rinçage dans l’eau désionisée suivi d’un séchage en centrifugeuse sous azote
Résistivité de l’eau désionisée après rinçage doit être supérieure à 15 M Ω.cm.
Enlèvement
d’impuretés
NH OH : H O : DI H O 4 2 2 2
organiques et
1 : 1 : 5 15 – 20
RCA 75 - 80 autres métaux.
NH OH grade CMOS, min 4
Formation d’un
29 %
film fin d’oxyde
hydrophile
Acide HF : DI – H O Pour un collage 2
fluorhydrique 1 : 10 28 15 s de tranches Si –
+ Eau DI HF grade CMOS, 50 % Si seulement
Rinçage de l’eau désionisée suivi d’un séchage en centrifugeuse sous azote.
Résistivité de l’eau désionisée après rinçage supérieure à 15 M Ω/cm.
Tableau A.1 : Séquence standard d’un traitement chimique pour le pré-collage de
tranches de silicium (collages hydrophile et hydrophobe) (Boussey, 2001) 150 Annexes
A.2. Mise en contact des plaquettes
Pour un assemblage correct, il est indispensable que la mise en contact des
plaquettes soit effectuée immédiatement après leur nettoyage, sans les avoir sortis de
la salle blanche. Les deux plaquettes sont placées face à face dans une enceinte qui
leur permet de subir toutes les étapes de nettoyage, de rinçage et de séchage sans être
déplacées. Un vide primaire entre les plaquettes est réalisé. Le support des plaquettes
est placé dans une machine d’alignement double face, qui est utilisée pour les étapes
de photolithographie, et qui permet d’aligner parfaitement les masques sur les
plaquettes, ou les plaquettes entre elles. Il est à noter que c’est pour pouvoir accéder
à cette technologie que le choix des plaquettes de diamètre 4 pouces a été fait dans
cette étude. Une fois les plaquettes positionnées, les cales séparant les plaquettes
d’environ 550 µm sont ôtées et une pression extérieure est appliquée.
A.3. Traitement des plaquettes assemblées
La mise en contact des plaquettes produit entre les molécules des plaquettes des
liaisons du type Van der Waals ; l’assemblage est donc extrêmement fragile. Afin de
le consolider, un recuit thermique est effectué avec une température minimale de
300°C (1100°C dans notre étude). Ce chauffage entraîne la création de liaisons
covalentes Si-O-Si. Après ce recuit, les plaquettes sont indissociables. La qualité de
l’assemblage est vérifiée par observation par interférométrie infrarouge. Les
plaquettes sont placées entre une source IR et une caméra IR. Le silicium est
transparent pour toute longueur d’onde supérieure à 1,1 µm. La caméra IR étant
sensible jusqu’à des longueurs d’onde d’environ 1,6 µm, les longueurs d’onde
comprises entre 1,1 et 1,6 µm sont transmises par les plaquettes. Si une lame de gaz
est localement présente entre les plaquettes, un déphasage de la lumière est observé.
Les zones mal assemblées sont donc visibles sous la forme de franges d’interférence.
L’appareillage utilisé permet l’observation de tout l’assemblage, y compris de la
propagation de l’onde de collage. La figure A.1 présente une photographie
infrarouge d’un assemblage avant et après le recuit de post-collage, illustrant son
action sur la qualité de l’assemblage.








151Annexes
Figure A.1 : Photographies infrarouge d’un assemblage de plaquettes avant
(à gauche) et après recuit (à droite)
153Annexes
Annexe B : Masques de photolithographie pour l’élaboration
des thermistances

Sur les figures B.1 à B.4 sont représentés schématiquement les quatre masques
de photolithographie utilisés pour la réalisation des thermistances, dessinés avec le
logiciel Cadence. Les emplacements des réseaux sont marqués au centre du masque,
les marques d’alignement sont à l’intérieur des croix au centre en haut et en bas, les
autres marques sont des motifs de test de dopage. Le premier sert à définir la surface
du silicium polycristallin, donc celle des thermistances. Le second est utilisé pour
définir les zones surdopées, donc les zones de contact entre silicum polycristallin et
pistes d’aluminium. Le troisième définit les pistes en aluminium. Le quatrième
définit la surface du masque de passivation.
Figure B.1 : Schéma de principe du masque utilisé pour définir la surface totale des
thermistances 154 Annexes
Figure B.2 : Schéma de principe du masque utilisé pour définir les zones dopées n+
Figure B.3 : Schéma du masque utilisé pour définir les pistes en aluminium 155Annexes
Figure B.4 : Schéma de principe du masque utilisé pour l’ouverture des contacts dans
la couche de passivation