Alignement entre les TSV avant et arrière

Les termes « TSV avant » et « TSV arrière » sont utilisés à des fins pratiques dans le cadre de ce projet. Toutefois, le seul véritable TSV obtenu est celui complété par l’union des deux. Il est donc important au point de vue pratique de réussir à aligner les TSV avant et TSV arrière de sorte à obtenir un TSV complet gravé de bord en bord des tranches. C’est l’union entre les TSV arrière et les TSV avant qui permet de poser un critère d’arrêt de gravure basée sur la détection par fuite d’hélium.

Comme première idée de procédé, la photolithographie par « stepper » était préférée par rapport à l’aligneur par contact pour tous ses avantages décrits à la section 3.2.4. L’alignement se faisait alors grâce à la reconnaissance du méplat des tranches par le « stepper ». Pour une précision accrue de la photolithographie, l’impression au « stepper » sur la face avant des tranches était alignée grâce à des marqueurs (section 5.1.6.3). Par contre, de tels marqueurs n’ont pas pu être utilisés sur la face arrière, car le « stepper » utilisé n’est pas équipé d’un système d’alignement entre les motifs de la face avant et ceux de la face arrière. Pour anticiper un désalignement des TSV avant et arrière, la gravure a dû être arrêtée de façon précoce à défaut d’absence de critère d’arrêt de gravure par détection de fuite d’hélium fiable.

Étant donné que les TSV arrière n’ont qu’à rejoindre les TSV avant peu importe la position (ils n’ont pas à être totalement centrés l’un à l’autre), un désalignement d’environ 15 µm (diamètre souhaité des TSV arrière divisé par 2) par rapport aux TSV avant était maximalement permis. Nous jugions qu’une valeur de 15 µm représentait une assez grande marge d’erreur pour arriver à l’assemblage au « stepper », mais cela n’a pas été le cas. Un résultat au « stepper », après la formation des structures, est présenté à la Figure 6.20.

Figure 6.20 : Désalignement entre les TSV avant et les TSV arrière pour une exposition aux UV alignée au « stepper ».

L’image de la Figure 6.20 est un cas observé à mi-distance entre le méplat et le centre pour lequel les TSV arrière n’ont pas rejoint les TSV avant. Les TSV arrière ont d’ailleurs presque rejoint les cavités latérales des tranchées à cause du manque de protection par de la résine lors de la gravure des TSV avant dans les premiers tests. Pour confirmer l’hypothèse que ce désalignement est dû au « stepper », plusieurs endroits ont été inspectés au SEM. À certains endroits, les TSV arrière rejoignaient les cavités latérales des tranchées (Figure 6.21a, Figure 6.21b et Figure 6.21c) et à d’autres, les TSV avant (Figure 6.21d). La Figure 6.22 représente deux images aplaties prises au microscope optique placées l’une par-dessus l’autre à deux endroits différents (centre et bord), avec les tranchées placées vis-à-vis. L’aplatissement des images n’est effectué que pour élargir artificiellement les TSV arrière de sorte à pouvoir mieux distinguer la différence d’alignement.

TSV avant

TSV arrière

Tranchées

a) b)

c) d)

Figure 6.21 : Vues de surface avant (a,c) et arrière (b,d) de différents désalignement entre les TSV avant et les TSV arrière sur une même tranche.

Figure 6.22 : Deux images aplaties placées l’une par-dessus l’autre, avec les tranchées vis-à-vis, à deux endroits différents sur une tranche.

Sur la Figure 6.21a et la Figure 6.21b, nous pouvons voir que les TSV arrière ont rejoint les cavités latérales des tranchées (défauts associées au premier procédé de dépôt; section 6.4.2). Sur la Figure 6.21c aussi, mais cette fois les cavités latérales des tranchées sont alignées vis-à-vis le centre des TSV arrière, au lieu du bord. Les cavités latérales ont rejoint les TSV arrière, malgré le résultat présenté à la Figure 6.20 à cause de l’imperfection d’uniformité de gravure. Finalement, l’image de la Figure 6.21d démontre qu’à certains endroits, les TSV arrière ont bien rejoint les TSV avant. Cette dernière image a été obtenue en intensifiant la luminosité et le contraste d’acquisition au SEM.

À la lumière de ces résultats, il est clair que le désalignement n’est pas le même partout à travers la tranche et donc que l’alignement entre les motifs de la face avant et ceux de la face arrière n’est pas réussi au « stepper ». En revanche, la Figure 6.22 permet de supposer une bonne uniformité de gravure à travers la tranche en termes de forme et de profondeur des structures. Ceci dit, comme le « stepper » que nous utilisons n’est pas équipé pour effectuer un alignement entre les motifs de la face avant et ceux de la face arrière, il a dû être remplacé par l’aligneur par contact. Le résultat obtenu est présenté à la Figure 6.23 (vue de surface) et la Figure 6.24 (vue de profil).

Figure 6.23 : Vue de surface arrière de l’ouverture des TSV arrière pour deux différents focus, démontrant l’alignement réussi à l’aligneur par contact entre les TSV avant et les TSV arrière.

a) b)

Figure 6.24 : Vue de profil de l’alignement réussi à l’aligneur par contact entre les TSV avant et les TSV arrière à deux endroits sur la tranche : a) au centre et b) au bord.

Aux bords du masque de photolithographie (correspondant au bord de la tranche), la densité de TSV était intentionnellement réduite à 25% afin de pouvoir observer à quel point les TSV arrière ont rejoint les TSV avant en comparant avec des TSV avant intouchés. C’est pourquoi un TSV arrière sur deux est absent de l’image de la Figure 6.24b. Sur cette figure, la profondeur des TSV avant qui ne sont pas vis-à-vis un TSV arrière est de 41,1 µm.

Par rapport à ce qui est espéré :

 La profondeur finale des TSV avant est d’environ 29 µm et celle des TSV arrière, de 346 µm;

 Les TVS arrière rejoignent les TSV avant partout sur la tranche avec un désalignement qui ne varie que de quelques microns en fonction de l’endroit sur la tranche.

L’utilisation de l’aligneur par contact dans le procédé requière toutefois un temps de main d’œuvre élevé pour deux raisons :

 L’aligneur par contact est opéré manuellement pendant tout le traitement d’une tranche;

 Le masque de photolithographie doit être nettoyé fréquemment.

TSV arrière

TSV avant