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Thèse Année : 2023

Acoustic characterization of direct bonding energy

Caracterisation acoustique de l'énergie de collage direct

Amine Iklil
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1376383
  • IdRef : 277174864

Résumé

Direct bonding is an essential wafer assembly technique for 3D ICs applications. This process doesn’t require any adhesive material. Its quality is mainly defined by two parameters: the presence of imperfections at the interface and the bonding energy. In other to quantify the bonding energy, DCB (Double Cleavage Beam technique) is mainly the current performed technique. But it is not a NDT (None Destructive Technique). Scanning acoustic microscopy (SAM) could relax this issue. The first challenge facing the bonding energy characterization by SAM is the thickness of the bonding layer which is less than one nanometers. In these conditions, the time signal related to the bonding interface isn’t recovered. To counterbalance this constraint, frequency domain analysis based on the concept of multilayer resonance is proposed. The results obtained within the propagation modelization of high-frequency ultrasound waves (of the range of 200 MHz) in a multilayer structure shows the feasibility of the detection of bonding quality. Sensibility studies have shown the potential of the technique presented. Experimentally, the results obtained on the bench test allows comparing acoustic measurements with those obtained by destructive methods. The studies carried out so far allow identifying the current limitations of the test bench and to propose changes allowing reaching the theoretical results linking the bonding energy to the frequency of the ultrasonic resonance of the structure.
Le collage direct est une technique d’assemblage de semi-conducteur prisée par l’industrie de la microélectronique.Cette méthode ne nécessite pas de matière adhésive pour atteindre des niveaux d’adhésion de qualité. La qualitédu collage est définie par deux paramètres : la présence de défauts à l’interface et l’énergie de collage. Le contrôlede l’énergie de collage est effectué actuellement avec la technique de clivage de coin. Cette technique permet demesurer l’énergie de collage grâce à l’ouverture de l’échantillon, ce qui détériore les wafers. C’est dans ce contexteque la microscopie acoustique peut interagir pour apporter une approche différente comme étant une méthode nondestructive. Le premier défi devant la caractérisation de l’énergie de collage est l’épaisseur de la couche de collagequi est de l’ordre de quelques nanomètres. Ces dimensions ne permettent pas de récupérer un signal temporel del’interface du collage. Pour s’affranchir de cette contrainte, l’analyse dans le domaine des fréquences en s’appuyantsur le concept de résonance d'une plaque multicouche est la méthode proposée. Les résultats présentés ont étéobtenus grâce à la modélisation de la propagation d’onde ultrasonore hautes fréquences (de l’ordre de 200 MHz)au sein de structures multicouches. Une étude de sensibilité sera présentée, permettant d'identifier le potentiel dela méthode de caractérisation. D’un point de vue expérimental, les résultats obtenus sur les microscopesacoustiques de laboratoire et industriels permettent de comparer les mesures acoustiques avec celles obtenues pardes méthodes usuelles destructives. Les expériences qui ont été menées à ce jour permettent d’identifier les limitesactuelles du banc de test et de proposer des changements permettant d’approcher les résultats théoriques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04551513 , version 1 (18-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04551513 , version 1

Citer

Amine Iklil. Acoustic characterization of direct bonding energy. Acoustics [physics.class-ph]. Université de Montpellier, 2023. English. ⟨NNT : 2023UMONS063⟩. ⟨tel-04551513⟩
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