DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention est relative à l'intégration tridimensionnelle 3D pour des dispositifs électroniques et en particulier les dispositifs microélectroniques, le terme microélectronique incluant les nanotechnologies. L'invention concerne plus particulièrement un procédé amélioré d'assemblage de dispositifs électroniques.

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 nœuds technologiques font apparaître des effets parasites autrefois négligeables et qui pourraient dégrader les performances des composants électroniques.

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 et/ou des 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 drastiquement les longueurs des interconnexions augmentant ainsi les vitesses de communication entre les différents composants. L'intégration 3D nécessite en outre de maîtriser les connexions électriques entre les différentes puces empilées verticalement. Elle doit répondre à de nombreux défis, notamment liés à la complexité de la conception.

Plusieurs étapes technologiques sont à maîtriser afin de réaliser une structure tridimensionnelle 3D et parmi elles : l'assemblage des différents substrats (ou puces) par un procédé de collage, l'amincissement des substrats une fois assemblés et la réalisation des connexions verticales traversant le substrat pour permettre la connexion électrique (aussi appelées « TSV » pour « Through Silicon Vias » lorsque ces substrats sont en silicium). Par ailleurs, les deux types de connectiques généralement utilisés pour amener les signaux aux entrées et sorties d'un circuit sont le câblage externe (en anglais « wire bonding ») et le report de puces retournées (en anglais « flip chip »).

L'empilement des composants dans un dispositif 3D peut se faire de plusieurs façons : plaque à plaque (acronyme « W2W » en anglais pour « Wafer To Wafer »), puce à plaque (acronyme « D2W » en anglais pour « Die To Wafer »), ou encore, puce à puce (acronyme « D2D » en anglais pour « Die To Die »). L'empilement plaque à plaque présente l'approche la plus rapide à réaliser car permet d'assembler un grand nombre de composants simultanément.

L'étape d'alignement des dispositifs à empiler est une étape primordiale pour obtenir de fortes densités d'interconnexions. Les dimensions étant de l'ordre de quelques microns, ceci implique dès lors un alignement à la même précision. Des marques d'alignement complémentaires sont requises sur chaque face à coller. D'abord, on procède à l'alignement optique de ces marques dans un équipement dédié. On réalise ensuite le collage par mise en contact des plaques, suivi d'une pression légère et localisée en un point central de la plaque. Des systèmes connus sous le nom de « verniers » permettent la lecture de l'alignement après collage. Une fois le collage effectué, les marques se retrouvent au niveau de l'interface de collage ; leur lecture se faisant alors à l'aide d'un microscope infrarouge. En intégrant des marques d'alignement sur les dispositifs, il est ainsi possible de mesurer l'alignement en plusieurs points de la plaque de sorte à créer une cartographie de l'alignement en tout point de la plaque.

Pour réaliser l'alignement une première solution est d'introduire entre les plaques à assembler un système d'imagerie qui, couplé à un système d'analyse d'images, va permettre l'alignement des marques. Le problème de cette solution est que l'alignement est réalisé du fait de la présence du système d'imagerie alors que les plaques à assembler sont très éloignées l'une de l'autre ce qui limite la précision de l'alignement.

Une autre solution connue sous la dénomination Smart view alignment et développée par la société EVG prévoit pour aligner les substrats de les déplacer latéralement l'un par rapport à l'autre, sur de grandes distances (par exemple suivant le diamètre de la plaque) et suivant au moins l'une des trois directions (x, y, z), avec une précision accrue pour parvenir à les remettre l'une en face de l'autre, préalablement au collage. L'inconvénient de cette méthode est que toute erreur de déplacement entraine inévitablement une erreur dans l'alignement des plaques.

La présente invention permet de résoudre tout ou, du moins, une partie des inconvénients des techniques actuelles en proposant un procédé de réalisation alternatif.

RESUME DE L'INVENTION

Un aspect de l'invention est relatif à un procédé d'assemblage d'un premier dispositif électronique comprenant un premier substrat et d'un deuxième dispositif électronique comprenant un deuxième substrat, le procédé comprenant une étape de formation d'au moins un motif sur une première face du premier substrat, une étape de formation d'au moins un motif sur une première face du deuxième substrat, une étape de positionnement relatif des premier et deuxième substrats comprenant une mise en correspondance du au moins un motif du premier substrat et du au moins un motif du deuxième substrat, une étape de solidarisation du premier substrat sur le deuxième substrat. Avantageusement, préalablement à l'étape de positionnement et à l'étape de solidarisation, on réalise au moins une tranchée dans l'épaisseur du premier substrat configurée pour former une membrane entre la première face du premier substrat et une deuxième face du premier substrat, opposée à la première face, le motif du premier substrat étant porté par la membrane.

Avantageusement, l'étape de positionnement comprend une détection de la mise en correspondance du au moins un motif du premier substrat et du au moins un motif du deuxième substrat par transmission optique au travers de la membrane. De manière particulièrement avantageuse, la détection peut être réalisée au travers de n'importe quel type de substrat, indépendamment de son opacité et de son épaisseur globale, pourvu que la membrane soit adaptée en épaisseur. L'invention concerne également un dispositif électronique comprenant un premier substrat et au moins un motif réalisé sur une première face du premier substrat caractérisé en ce qu'il comprend au moins une tranchée dans l'épaisseur du premier substrat configurée pour former une membrane entre la première face du premier substrat et une deuxième face du premier substrat opposée à la première face, le motif étant porté par la membrane.

L'invention concerne un système comprenant un premier et un deuxième dispositifs électroniques selon la présente invention dans lequel le au moins un motif du premier substrat est en correspondance avec le au moins un motif du deuxième substrat.

Un effet technique produit par la présente invention est d'améliorer la précision d'alignement de dispositifs électroniques formés sur des substrats. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif selon la présente invention permet de réduire la distance qui sépare deux substrats pendant l'étape d'alignement préalablement à l'étape de collage desdites plaques et de minimiser de ce fait les erreurs liées aux déplacements des substrats pendant l'étape de collage.

L'invention permet de manière avantageuse l'emploi de techniques de positionnement par transmission de lumière au travers des substrats des dispositifs à assembler, même si ceux-ci sont en des matériaux à forte opacité, tels le silicium, et/ou avec des épaisseurs de substrats pour lesquels ces matériaux sont opaques, dans le spectre de la lumière visible en particulier.

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:

La figure 1 illustre un premier dispositif électronique comprenant un premier substrat.

La figure 2 illustre la formation d'un premier motif et d'un deuxième motif à partir d'une première face du premier substrat.

- La figure 3 illustre la formation d'une première tranchée et d'une deuxième tranchée à partir d'une deuxième face du premier substrat. La figure 4 illustre la formation d'une couche à partir de la première face du premier substrat.

La figure 5 illustre l'étape de positionnement relatif du premier dispositif comprenant un premier substrat sur un deuxième dispositif comprenant un deuxième substrat.

La figure 6 illustre l'étape de solidarisation des motifs du premier dispositif électronique avec des motifs d'un deuxième dispositif électronique.

La figure 7 illustre l'étape de contrôle de l'alignement après collage.

La figure 8 illustre un mode de réalisation où des tranchées sont formées à la fois sur le premier substrat et sur le deuxième substrat.

Les figures 9A et 9B illustrent, à titre d'exemples, la transmission obtenue pour différentes épaisseurs h de membrane en fonction de la longueur d'onde pour des membranes à base de silicium (figure 9A) et pour des membranes à base de nitrure de silicium (figure 9B).

- Les figures 10A et 10B illustrent la déformée d'une membrane (en nanomètres) en fonction de l'épaisseur h de la membrane. La figure 10A illustre le cas d'une membrane à base de silicium pour une taille de membrane comprise entre 10 et 500 microns de côté. La figure 10B illustre le cas d'une membrane à base de nitrure de silicium pour une taille de membrane comprise entre 10 et 500 microns de côté.

Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe 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 produites par les motifs d'alignement.

DESCRIPTION DETAILLEE

Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées suivant toute association ou alternativement :

- On réalise sur le premier substrat un premier motif et un deuxième motif positionnés sur une membrane, respectivement, d'une première tranchée et d'une deuxième tranchée du premier substrat. Avantageusement, la présence d'au moins deux motifs d'alignement garantit une meilleure précision dans l'alignement.

- Préalablement à l'étape de positionnement et à l'étape de solidarisation du premier substrat sur le deuxième substrat, on réalise au moins une tranchée dans l'épaisseur du deuxième substrat configurée pour former une membrane entre une première face du deuxième substrat et une deuxième face du deuxième substrat, opposée à la première face, le motif du deuxième substrat étant porté par la membrane. Avantageusement, la présence de membranes portant les motifs d'alignement sur chacun des premier et deuxième substrats permet une transmission optique optimisée au travers à la fois du premier substrat et du deuxième substrat.

- On réalise sur le deuxième substrat un premier motif et un deuxième motif positionnés sur une membrane, respectivement, d'une première tranchée et d'une deuxième tranchée du deuxième substrat.

- L'étape de solidarisation du premier substrat sur le deuxième substrat comprend un collage direct. Avantageusement, le collage direct permet une solidarisation entre plaques et/ou entre puces ne nécessitant ni matériau de collage, ni chauffage, ni pression élevée.

- L'étape de solidarisation s'effectue à partir des premières faces des premier et deuxième substrats. Selon un mode de réalisation préféré, lesdites premières faces portent les motifs d'alignement.

- Au moins une membrane est à base de silicium. Avantageusement, l'invention s'applique à tout type de substrat même les substrats ne laissant que très peu, voire pas, passer la lumière.

- Après l'étape de solidarisation du premier substrat sur le deuxième substrat, une étape de contrôle de la mise en correspondance du au moins un motif du premier substrat et du au moins un motif du deuxième substrat par transmission optique. Une fois les premier et deuxième substrats solidarisés entre eux, un contrôle de l'alignement peut avantageusement être réalisé au travers desdits premier et deuxième substrats.

- La au moins une tranchée dans le premier substrat est réalisée à partir d'une deuxième face, opposée à la première face, du premier substrat.

- Le dispositif électronique comprend un premier motif et un deuxième motif positionnés chacun porté, respectivement, par une première tranchée et par une deuxième tranchée du premier substrat.

- La membrane du premier substrat est à base de silicium. - La au moins une membrane du premier substrat a une épaisseur inférieure à 10 microns, typiquement entre 1 et 5 microns. De manière particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention permet de réaliser des membranes relativement fines afin que la transmission optique puisse être faite au travers desdites membranes porteuses des motifs d'alignement.

L'invention concerne l'assemblage de dispositifs électroniques, de préférence de dispositifs microélectroniques. Selon l'invention, on entend par dispositif microélectronique, un dispositif comportant des éléments de dimensions microniques et/ou nanométriques. Le procédé qui suit a pour but préférentiel de réaliser un dispositif (micro)électronique en référence aux figures 1 à 8. On entend préférentiellement par dispositif, une puce ou une plaque (plus communément dénommée « wafer », en anglais) comprenant au moins une puce. La figure 1 illustre un premier dispositif électronique comprenant un premier substrat 100. Le premier substrat 100 se présente, préférentiellement, sous la forme d'une plaque, mais pourra également se présenter sous la forme d'un panneau. De manière particulièrement avantageuse, le premier substrat 100 a une épaisseur comprise entre 100 microns et 1 millimètre. Selon un mode de réalisation, le premier substrat 100 comprend une pluralité de couches. Le premier substrat 100 comprend une première face 101 et une deuxième face 102, opposée à la première face 101. De préférence, le premier substrat 100 est en un matériau non conducteur ou peu conducteur.

Le premier substrat 100 est, de préférence, formé en un matériau à base de silicium (par exemple, en silicium poly-cristallin). Le premier substrat 100 peut également être, tout ou en partie, en poly-silicium. De manière particulièrement avantageuse, la présente invention s'applique à tout type de substrat indépendamment de la transparence ou de l'opacité originelle dudit substrat. Ainsi, un substrat à base de silicium, connu pour être relativement opaque et laissant ainsi peu traverser les rayons, peut être avantageusement utilisé.

La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier où l'on forme un premier motif 201 et d'un deuxième motif 202 sur une première face 101 du premier substrat 100. Les premier et deuxième motifs 201 , 202 servent avantageusement de marques d'alignement. Ces motifs 201 , 202 ou marques d'alignement peuvent être de toute sorte, par exemple des croix, des barres ou des verniers comme ci-contre. Ces motifs 201 , 202 sont réalisés par des moyens standard de microélectronique (photolithographie, gravure, etc.) en général lors du procédé de réalisation des composants réalisés sur une plaque. Le matériau (ou l'absence de matériau) dans lequel ces motifs 201 , 202 sont réalisés doit présenter une différence optique (différence d'absorption, de transmission, etc.) avec le matériau environnant (ici la membrane) de sorte à induire un contraste qui pourra être détecté au niveau du système d'imagerie utilisé pour l'alignement.

Selon un mode de réalisation préféré, on réalise les premier et deuxième motifs 201 , 202 à partir de la première face 101 du premier substrat 100 par une étape de lithographie, suivie d'une étape de gravure. Les motifs 201 , 202 peuvent, selon un exemple, être formés dans le premier substrat 100. Selon un autre mode de réalisation, les motifs 201 , 202 sont formés dans une ou plusieurs des couches formées sur le premier substrat 100. Les motifs 201 , 202 peuvent selon un exemple être formés en saillie par rapport à la surface du premier substrat 100. Selon un autre exemple, les motifs 201 , 202 peuvent être imprimés dans le premier substrat 100. L'écart entre le premier motif 201 et le deuxième motif 202 du premier substrat 100 est de préférence compris entre quelques microns et le diamètre du substrat 100. En général, on positionne ces motifs 201 , 202 en bordure du substrat 100 et, de préférence, diamétralement opposés de sorte à garantir une meilleure précision de l'alignement. La figure 3 illustre une étape de formation d'une première tranchée 151 et d'une deuxième tranchée 152 à partir de la deuxième face 102, opposée à la première face 101 , du premier substrat 100. La première tranchée 151 et la deuxième tranchée 152 du premier substrat 100 sont de préférence formées par une étape de lithographie, suivie d'une étape de gravure sèche ou humide. Avantageusement, les premières et la deuxième tranchées 151 , 152 du premier substrat 100 sont configurées de sorte à s'aligner par rapport aux motifs 201 , 202 formés à partir de la première face 101 du premier substrat 100. Les première et deuxième tranchées 151 , 152 sont réalisées de sorte à être positionnées en regard, respectivement, des premier et deuxième motifs 201 , 202 du premier substrat 100 suivant une projection selon l'épaisseur dudit premier substrat 100. A titre préféré, l'étape de formation de l'une au moins parmi les première et deuxième tranchées 151 , 152 du premier substrat 100 est réalisée par un retrait partiel du premier substrat 100. La tranchée 151 , 152 réalisée dans l'épaisseur du premier substrat 100 est configurée pour former une membrane 801 , 802, correspondant à une zone d'épaisseur réduite, entre la première face 101 du premier substrat 100 et la deuxième face 102 du premier substrat 100. La membrane 801 , 802 comprend avantageusement une épaisseur inférieure à l'épaisseur du premier substrat 100. La membrane 801 , 802 représente une zone amincie relativement à l'épaisseur du premier substrat 100. La membrane 801 , 802 est formée à des fins préférentiellement optiques. La membrane 801 , 802 est avantageusement suffisamment rigide pour ne pas remettre en cause la solidité du premier substrat 100 et pour ne pas, de ce fait, fragiliser ledit premier substrat 100 suite à la formation de ladite membrane 801 , 802. Avantageusement, le retrait partiel du premier substrat 100 est réalisé de sorte à ce que le fond de chacune des tranchées 151 , 152 forme une membrane 801 , 802 séparant le fond desdites tranchées 151 , 152 de la deuxième face 102 du premier substrat 100. De manière particulièrement avantageuse, le retrait partiel du premier substrat 100 est réalisé jusqu'à ce que la membrane 801 , 802 atteigne une épaisseur suffisamment faible pour laisser passer les longueurs d'onde dans le domaine du visible.

Avantageusement, la section des membranes 801 , 802 sera supérieure aux dimensions des motifs d'alignement 201 , 202 qui seront utilisés pour l'alignement. Préférentiellement, le diamètre minimum des membranes 801 , 802 est égal à au moins la taille des motifs 201 , 202. Préférentiellement, la section des tranchées 151 , 152 sera supérieure à la section des membranes 801 , 802. Les motifs 201 , 202 sont de préférence formés dans le matériau qui constitue la membrane 801 , 802 afin de ne pas générer de défauts et de déformations pendant l'étape de solidarisation. Les motifs 201 , 202 pourront également être réalisés dans une couche déposée sur les membranes 801 , 802 après leur formation.

De préférence, au moins deux membranes 801 , 802 pourvues de motifs 201 , 202 sont utilisées pour aligner un premier substrat 100 avec un deuxième substrat 500. Dans ce cas, on choisira avantageusement des motifs 201 , 202 diamétralement opposés sur le substrat 100. Selon un mode de réalisation, on réalise une pluralité de motifs 201 , 202 de sorte à ce qu'au moins un motif 201 , 202 soit positionné sur une puce du premier substrat 100. Selon un autre mode de réalisation, on réalise une pluralité de motifs 201 , 202 de sorte à ce que, à chaque coin d'une puce, soit positionné un motif 201 , 202. Les membranes 801 , 802 pourront être avantageusement réalisées en tout début de procédé sur le substrat 100. Selon ce mode de réalisation non représenté et non limitatif de l'invention, l'étape de formation de la première tranchée 151 et de la deuxième tranchée 152 est réalisée, à partir de la deuxième face 102, préalablement à l'étape de formation du premier motif 201 et du deuxième motif 202. Le premier motif 201 et le deuxième motif 202 pourront alors être réalisés soit sur la première face du substrat 100, soit sur la deuxième face du substrat 100.

La membrane 801 , 802 pourra avantageusement être réalisée en un même matériau que celui du premier substrat 100, par exemple en silicium. Selon un autre mode de réalisation où le premier substrat 100 comprend une pluralité de couches, la membrane 801 , 802 pourra être réalisée en un matériau formant une couche parmi la pluralité de couches du premier substrat 100. Selon un exemple non limitatif de l'invention, la pluralité de couches du premier substrat 100 peut être formée par une première couche en silicium poly-cristallin sur une deuxième couche en dioxyde de silicium (Si0 ₂ ), dans le cas d'un dispositif de type « Silicium sur Isolant ».

La figure 4 illustre la formation d'une première couche 300 sur la première face 101 du premier substrat 100. La première couche 300 est avantageusement conductrice. De manière particulièrement avantageuse, la première couche 300 comprend de préférence du cuivre ou du tungstène. La première couche 300 peut cependant être en n'importe quel métal. La première couche 300 possède une épaisseur selon l'épaisseur du premier substrat 100, de préférence inférieure à 200 microns (par exemple 100 microns).

Selon un mode de réalisation, la première couche 300 formée à partir de la première face 101 du premier substrat 100 comprend des dispositifs fonctionnels alignés par rapport aux premier et deuxième motifs 201 , 202. Selon un mode de réalisation, la première couche 300 comprend un organe de connexion électrique, autrement dit tout type d'organe pouvant être mis en continuité électrique. Ils sont avantageusement formés en utilisant des techniques de lithographie, de gravure, de dépôt et de traitement thermique.

La figure 5 illustre l'étape de positionnement du premier dispositif comprenant le premier substrat 100 relativement à un deuxième dispositif comprenant un deuxième substrat 500. Le deuxième substrat 500 est préférentiellement en un matériau non conducteur ou peu conducteur. Le deuxième substrat 500 est, de préférence, à base de silicium (par exemple, le silicium poly-cristallin), de poly-silicium ou d'un autre matériau semi-conducteur. Avantageusement, le deuxième substrat 500 est sous forme d'une plaque ou d'un panneau. De manière particulièrement avantageuse, le deuxième substrat 500 a une épaisseur comprise entre 100 microns et 1 millimètre. Avantageusement, on réalise une étape de formation d'un premier motif 601 et d'un deuxième motif 602 sur une première face 501 du deuxième substrat 500. Les premier et deuxième motifs 601 , 602 servent avantageusement de marques d'alignements. Selon un mode de réalisation préféré, on réalise les premier et deuxième motifs 601 , 602 à partir de la première face 501 du deuxième substrat 100 par une étape de lithographie, suivie d'une étape de gravure. Les motifs 601 , 602 peuvent, selon un exemple, être formés dans le deuxième substrat 500. Selon un autre mode de réalisation, les motifs 601 , 602 sont formés dans une ou plusieurs des couches formées sur le deuxième substrat 500.

De manière particulièrement avantageuse, les premier et deuxième motifs du premier substrat 100 ont des emplacements qui coïncident avec, respectivement, les premier et deuxième motifs 601 , 602 du deuxième substrat 500 lorsque les premières faces 101 , 501 des premier et deuxième substrats 100, 500 sont assemblées.

L'étape de positionnement relatif comprend, à titre préféré, une étape de mise en correspondance des premier et deuxième motifs 201 , 202 du premier substrat 100 avec les premier et deuxième motifs 601 , 602 du deuxième substrat 500. On entend par mise en correspondance, la coopération de la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat 100, du premier motif 201 du premier substrat 100 avec la projection, suivant un plan perpendiculaire à l'épaisseur du substrat 100, du premier motif 601 du deuxième substrat 500 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 du au moins un motif 201 , 202 du premier substrat 100 et du au moins un motif 601 , 602 du deuxième substrat 500 par transmission optique au travers du fond de la tranchée 151 , 152. On entend par transmission optique, la transmission d'une information transportée par des ondes lumineuses suivant le principe de réflexion partielle ou totale. Un système de transmission optique possède trois composants essentiels : une source de lumière (l'émetteur optique), un support de transmission guidant la lumière et un détecteur de lumière (le récepteur optique). Les moyens d'émission et de réception optiques 901 , 902 sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur du premier substrat 100 et au travers de chaque membrane 801 , 802 du premier substrat 100. Selon un mode de réalisation, au moins une partie des rayons transmis sera réfléchie au travers d'au moins une membrane 801 , 802. Selon un autre mode réalisation où le premier substrat 100 comprend au moins une membrane 801 , 802 munie d'un motif et le deuxième substrat 500 comprend un motif sans membrane 803, 804, alors la transmission optique se fera avantageusement au travers du premier substrat 100 munie de la membrane 801 , 802. Dans ce mode de réalisation, les moyens d'émission et de réception optiques 901 , 902 sont positionnés de sorte à émettre et, respectivement, recevoir un signal perpendiculairement à l'épaisseur du premier substrat 100 au travers de la membrane 801 , 802 du premier substrat 100. La précision du décalage, lors de l'étape d'alignement des premier et deuxième motifs 201 , 202, 601 , 602 des premier et deuxième substrats 100, 500, est, par exemple, inférieure à un micron. Le diamètre de chaque motif 201 , 202, 601 , 602 du premier substrat 100 et du deuxième substrat 500 est configuré de sorte à compenser un décalage dans l'alignement des premier et deuxième motifs 201 , 202, 601 , 602 des premier et deuxième substrats 100, 500. On réalise de préférence un alignement selon au moins l'une parmi les trois directions (x, y, z) et en rotation, en minimisant la distance entre les premier et deuxième substrats 100, 500 afin de réduire les risques de désalignement pendant l'étape ultérieure de solidarisation.

Comme illustré en figure 6, à l'issue de l'étape de mise en correspondance des premier et deuxième motifs 201 , 202, 601 , 602, des premier et deuxième substrats 100, 500, une étape de solidarisation du premier substrat 100 sur le deuxième substrat 500 est réalisée. Selon un mode de réalisation préféré, l'étape de solidarisation s'effectue à partir des premières faces 101 , 501 des premier et deuxième substrats 100, 500. Selon un mode de réalisation, l'étape de solidarisation s'effectue à partir des deuxièmes faces 102, 502 des premier et deuxième substrats 100, 500. Selon un autre mode de réalisation, l'étape de solidarisation s'effectue à partir de la première face 101 du premier substrat 100 et à partir de la deuxième face 502 du deuxième substrat 500. Les premier et deuxième motifs 201 , 202, 601 , 602, des premier et deuxième substrats 100, 500 sont de préférence réalisés sur les premières faces des premier et deuxième substrats 100, 500. Selon un autre mode de réalisation, les premier et deuxième motifs 201 , 202, 601 , 602, des premier et deuxième substrats 100, 500 sont réalisés sur l'une ou l'autre parmi les premières et deuxièmes faces 101 , 102, 501 , 502 des premier et deuxième substrats 100, 500. Les motifs 201 , 202, 601 , 602 sont de manière particulièrement avantageuse configurés de sorte à ce que, lors de l'étape de solidarisation, les motifs 201 , 202 du premier substrat 100 ne soient pas mis en contact (direct) avec les motifs 601 , 602 du deuxième substrat 500. Les motifs 201 , 202, 601 , 602 viennent avantageusement s'encastrer les uns dans les autres pour améliorer la précision d'alignement et permettre le rapprochement des plaques. L'espacement entre le premier motif 201 du premier substrat 100 et le premier motif 601 du deuxième substrat 500 est de préférence compris entre 1 nm à Ι ΟΟμηη, et de préférence entre quelques nanomètres et un micron.

Avantageusement, le deuxième substrat 500 comprend une deuxième couche 700. La deuxième couche 700 formée dans le deuxième substrat 500 possède une épaisseur, de préférence, inférieure à 200 microns (par exemple 100 microns). De manière particulièrement avantageuse, le premier substrat 100 est solidarisé sur le deuxième substrat 500 à partir de la première couche 300 du premier substrat 100 et de la deuxième couche 700 du deuxième substrat 500, par un collage réalisant une solidarisation mécanique et produisant avantageusement une continuité électrique. Selon un mode de réalisation, la deuxième couche 700 comprend un organe de connexion électrique, autrement dit tout type d'organe pouvant être mis en continuité électrique. Avantageusement, la première couche 300 du premier substrat 100 et la deuxième couche 700 du deuxième substrat 500 sont alignées de telle manière que l'alignement du premier substrat 100 et du deuxième substrat 500 crée au moins une connexion électrique continue provenant de la mise en contact des première et deuxième couches 300, 700, respectivement des premier et deuxième substrats 100, 500.

Plusieurs types de collage existent pour réaliser en une seule étape un assemblage mécanique et une interconnexion métallique. Deux principales technologies coexistent, notamment par la forte adhésion, la bonne conduction électrique et la forte densité d'interconnexions obtenue. Il s'agit du scellement par thermo-compression ou du collage direct. A titre préféré, la présente invention utilise la méthode de collage direct ou « direct bonding » en anglais permettant le collage direct entre plaques ou entre puces, ne nécessitant ni matériau de collage, ni besoin 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 100 et le deuxième substrat 500. De manière particulièrement avantageuse, selon un mode de réalisation où on réalise un empilement d'une pluralité de substrats, l'étape de recuit de consolidation du scellement entre un premier substrat 100 et un deuxième substrat 500, peut se faire après chaque report d'un premier substrat sur un deuxième substrat et/ou après la formation de l'empilement de la pluralité de substrats 100, 500. La figure 7 illustre l'étape de contrôle de l'alignement effectuée de préférence après l'étape de solidarisation des premier et deuxième substrats 100, 500, par des moyens d'émission et de réception optiques 901 , 902. Ces moyens de contrôle 901 , 902 font, de manière particulièrement avantageuse, office de caméras optiques et de détecteurs d'un signal optique au travers des premier et deuxième membranes 801 , 802 du premier substrat 100. Avantageusement, ce contrôle permet de vérifier le bon alignement et la complémentarité des motifs 201 , 202 positionnées sur le premier substrat 100 avec les motifs 601 , 602 positionnées sur le deuxième substrat 500. Ce contrôle peut être réalisé soit « in situ » (c'est-à-dire dans le même équipement que celui où a été effectuée l'étape de collage), soit dans un autre équipement.

La figure 8 illustre un mode de réalisation où au moins des première et deuxième tranchées 551 , 552 ont été formées à partir de la deuxième face 502 du deuxième substrat 500. De manière particulièrement avantageuse, ces tranchées 551 , 552 formées à partir du deuxième substrat 500 couplées aux tranchées 151 , 152 formées à partir du premier substrat 100 permettent d'aligner les motifs 201 , 202, 601 , 602 avec une meilleure précision. Avantageusement, les première et deuxième tranchées 551 , 552 du deuxième substrat 500 sont formées selon le même procédé que celui utilisé lors de la formation des première et deuxième tranchées 151 , 152 du premier substrat 100. Dans ce mode de réalisation particulier, on utilise de préférence des caméras optiques comme moyens d'émission optique 901 , 902 positionnées au regard de la deuxième face 102 du premier substrat 100 pour émettre un signal optique au travers des premières 801 , 803 et deuxièmes 802, 804 membranes respectivement des premier et deuxième substrats 100, 500 et des détecteurs comme moyens de réception optique 801 , 802 positionnés au regard de la deuxième face 502 du deuxième substrat 500 pour recevoir le signal optique émis par lesdites caméras 901 , 902. De manière particulièrement avantageuse, l'épaisseur de la membrane 801 ,

802 devra être suffisamment fine pour que le contraste obtenu entre les zones peu transmissives (en général correspondant aux motifs 201 , 202 d'alignement) et les zones plus transmissives (en général autour des motifs 201 , 202) soit supérieur à la sensibilité du système d'acquisition d'image. L'homme du métier saura, par des procédures de routine, déterminer l'épaisseur maximale de membrane compatible avec son système d'acquisition d'image. Il sera possible pour lui d'augmenter ce contraste en utilisant pour réaliser les motifs 201 , 202 un matériau très absorbant à la longueur d'onde utilisée ou en augmentant la transmission optique à travers la membrane.

Les figures 9A et 9B illustrent, à titre d'exemple, la transmission obtenue pour différentes épaisseurs h de membrane en fonction de la longueur d'onde pour des membranes à base de silicium (figure 9A) et pour des membranes à base de nitrure de silicium (figure 9B).

La au moins une membrane 801 , 802 du premier substrat 100 est, par exemple, configurée de sorte à laisser passer au moins 50% des rayons dans le spectre visible. De manière particulièrement avantageuse, le contraste est supérieur à la sensibilité du système d'acquisition. On entend par spectre visible ou spectre optique, la partie du spectre électromagnétique visible pour l'œil humain, c'est-à-dire une représentation de l'ensemble des composantes monochromatiques de la lumière visible. La membrane 801 , 802 a, par exemple, une épaisseur de préférence inférieure à 10 microns, typiquement entre 1 et 5 microns. Avantageusement, la membrane 801 , 802 devra être suffisamment rigide pour qu'elle ne se déforme pas sous son propre poids.

La déformée u(0) d'une membrane (en son centre, point de déformée maximale) carrée, d'épaisseur h et de largeur L dans un matériau dont le module d'Young est E, le coefficient de poisson est υ, et la masse volume est p est donnée par la relation suivante :

p(l - ,9 ² )L ⁴

U ⁽⁰⁾ = 2Eh*

Les figures 10A et 10B illustrent la déformée d'une membrane (en nanomètres) en fonction de l'épaisseur h de la membrane. La figure 10A illustre le cas d'une membrane à base de silicium pour une taille de membrane comprise entre 10 et 500 microns de côté. La figure 10B illustre le cas d'une membrane à base de nitrure de silicium pour une taille de membrane comprise entre 10 et 500 microns de côté. On peut constater que la déformée de la membrane est inférieure à quelques nanomètres ce qui garantira la qualité de l'alignement. C'est donc la transmission optique de la membrane qui sera à optimiser.

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. L'invention s'applique en outre à tout type de dispositif microélectronique mécaniquement autonome. On entend par dispositif mécaniquement autonome, un dispositif autoporteur, utilisable indépendamment d'un autre dispositif et qui se suffit à lui-même d'un point de vue mécanique.

Le procédé peut, à titre préféré, être répété jusqu'à obtenir un empilement d'une pluralité de substrats 100, 500 quelle que soit leur épaisseur et pourvus de membranes 801 , 802, 803,, 804 dotées de motifs 201 , 202, 601 , 602 d'alignement pour qu'une stabilité mécanique soit obtenue. L'alignement entre les différents substrats 100, 500 formant l'empilement se fera au travers des membranes dotées de motifs 201 , 202, 601 , 602 d'alignement. Le concept d'alignement peut, de manière particulièrement avantageuse, être ainsi extrapolé à une pluralité d'autres substrats de tout type, indépendamment de leur opacité et de leur épaisseur.