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Caractérisation et optimisation du dépôt de cuivre nanocristallin pour un collage hybride fine pitch


​​​​Une équipe de recherche du CEA-Leti et de STMicroelectronics réalise des avancées significatives dans le domaine des technologies d'intégration 3D en optimisant le dépôt de cuivre nanocristallin (NC-Cu) dédié à des applications de collage hybride à pitch fin. Leurs travaux visent à créer des interfaces cuivre- cuivre (Cu/Cu) fiables à des températures de collage réduites, un enjeu crucial au développement de dispositifs électroniques hautes performances tels que la mémoire à changement de phase (PCM) et les films quantiques. Ces toutes dernières avancées seront présentées aux côtés d'autres recherches du CEA-Leti à l'occasion du prochain événement Electronic Components and Technology Conference (ECTC) qui se tiendra le 28 mai 2025.

Publié le 26 mai 2025

​Le collage hybride, en particulier à pitch fin, est essentiel pour l'intégration 3D, car il permet de réduire les chemins électriques ainsi que les pertes de signal et d'améliorer les performances des dispositifs. Toutefois, les procédés de collage requièrent souvent des températures élevées, en général autour de 400 °C, ce qui peut nuire à certains matériaux sensibles et architectures complexes. L'équipe s'est ainsi donné pour objectif de réduire ce bilan thermique à environ 200 °C sans compromettre la fiabilité du collage.​

Des courants pulsés pour contrôler la structure du cuivre

Pour atteindre cet objectif, l'équipe de recherche s'est concentrée sur l'optimisation des paramètres d'électrodéposition par courant pulsé pour déposer du cuivre en petit grains dans des motifs de taille et de densité différentes sur des plaquettes (ou wafers) de 300 mm. Les petits grains augmentent la surface active disponible pour le collage, favorisant une meilleure adhérence, essentielle pour les applications à pas fin.

« Notre objectif a consisté à créer du cuivre en petits grains à l'aide de procédés standards pour permettre une mise en œuvre immédiate de cette méthode sur les lignes de production », explique Mathieu Loyer, chercheur au CEA-Leti et co-auteur de ce récent article de recherche. « Nous avons optimisé les paramètres d'électrodéposition, et notamment la densité de courant, pour réaliser des dépôts fiables de cuivre en petits grains. »

Grâce à l'optimisation du procédé, l'équipe a réussi à optimiser la durée du dépôt à 2-3 minutes, pour se conformer aux impératifs standards de fabrication.​

« En créant un procédé de collage à 200 °C pouvant être directement intégré à des lignes de fabrication standards, nous espérons rationaliser l'intégration et faciliter la création de ces puces », précise Mathieu Loyer. « Des tests sont en cours pour mesurer les améliorations en termes d'efficacité et de performance. À ce jour, le procédé est validé. »

Les conclusions de l'équipe indiquent que le NC-Cu reste stable et conserve son efficacité de collage plusieurs semaines après dépôt, soulignant ainsi son potentiel pour les applications de collage hybride à basse température. Avancée significative pour des technologies d'intégration 3D plus efficaces et évolutives, ces recherches pourraient ouvrir la voie à des progrès notables dans de multiples applications électroniques.



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