PICS5

CONTEXTE

L’acronyme « PICS » est commun à plusieurs nœuds technologiques et signifie « Passive Integrated Connective Substrate ».

Le PICS5 s’inscrit dans le prolongement des technologies PICS précédentes :

Technologie	Nom ERIC	Mise en production	Description de la structure
PICS1	E00498…	Avant 2005 (NXP)	Pores – simple MIM*
PICS2	E00499…	2007 (NXP)	Tripodes – simple MIM
PICS3	E00417…	2010 (IPDiA)	Tripodes – double MIM
PICS4	E00420…	2018 (Murata MIS)	Tripodes – triple MIM
PICS5	E05000…	En développement	Nanopores – simple MIM

Toutes ces technologies sont complémentaires. Le PICS5 ne remplace pas les technologies précédentes, mais il permet d’étendre la gamme existante de nos composants. Il y a par exemple de nouveaux projets qui ont recours au PICS1 et au PICS2, malgré la disponibilité de technologies plus récentes.

NOUVEAUTÉS

La première nouveauté en PICS5 correspond à l’utilisation d’une nouvelle structure nanoporeuse qui présente une surface spécifique deux fois plus élevée que la structure en tripode historique dans un volume 5 fois plus faible. Cette structure est fabriquée par un procédé électrochimique à faible coût ne nécessitant pas de moyens lithographiques onéreux.

La deuxième nouveauté est que l’ensemble de la structure capacitive est réalisée par un procédé « basse » température (< 415 °C) compatible avec la mise en œuvre de diélectrique à forte permittivité.

Ces deux éléments permettent d’envisager une augmentation de la capacité spécifique bien au-delà de la 1.2 µF/mm² qui constitue la première étape du développement.

D’autre part, l’empilement technologique occupe une épaisseur très faible au-dessus du substrat (~17 µm). Cette configuration autorise des perspectives nouvelles en termes de réduction d’épaisseurs : des démonstrateurs à 40 µm ont été réalisés. Par ailleurs des substrats plus évolués peuvent être envisagés par exemple pour des applications hautes fréquences (verre, SOI, EPI gan, etc…).

PICS5 allow a high capacitor density (> 1.2 µF/mm²) associated to a low profile (< 50 µm).

HISTORIQUE

La technologie PICS5 est l’aboutissement de travaux effectués au sein du laboratoire commun entre Murata Caen et le CEA-Leti de Grenoble. Une dizaine de brevets a été déposée en lien avec cette thématique, le premier ayant été validé en 2015. Plusieurs thèses ont eu pour objet le PICS5 et ont permis de progresser dans le développement de cette technologie.

PICS5 (about ten patents) has been developped thanks to the collaboration of Murata and CEA-Leti.

BUSINESS

La technologie PICS5 cible principalement les secteurs de la téléphone et des supercalculateurs (HPC en anglais, pour « High Performance Computing »). Elle est également en cours de démonstration sur nos marchés historiques, comme celui du médical. Dans ces secteurs, des échantillons ont déjà été livrés à plusieurs clients pour évaluation.

PICS5 is well adapted to adress mobile and HPC markets.

ÉQUIPES

R&D Grenoble

• Julien EL SABAHY
• Brigitte SOULIER
• Frédéric VOIRON

Test Électrique

• Thierry FOURAGE (PCM)
• Yoan FRANÇOISE (CSP)

Infrastructure

• Benjamin GANDAIS et son équipe
• Christophe RENOUF

R&D Caen

• Yves AUBRY (Design)
• Mehdi JATLAOUI (Application/Caractérisation)
• Maxime LEMÉNAGER (Process/Yield Engin.)
• Filles RENARD (Process)
• François LE CORNEC (Process/Chef de projet)
• Mickaël POMMIER (Back-End)
• Sébastien JACQUELINE (Fiabilité)
• Hiroshi NAKAGAWA (Fiabilité)

Industrialisation

• Jean-Baptiste DAUMALLE (Dépôt)
• Jean-Michel DESRAMÉ (Dépôt)
• Moulay-Driss LEMRHARI (Dépôt)
• Vincent RENAUDE (Dépôt)
• David SOLANA-PAVON (Dépôt)
• Pascal DELAUNAY (Photo-lithographie/CD-SEM)
• Patrick MABIRE (Photo-lithographie/CD-SEM-Gravure)
• Marion LE DUIGOU (Gravure/Strucure 3D)
• Bruno CAGNARD (Diffusion)
• Léo MARIE (Diffusion)

PROCÉDÉ

Le processus de fabrication du PICS5 reprend certaines étapes qui nous sont familières. Toutefois, le cœur de la structure capacitive est nouveau. À titre d’exemple, nous retrouvons les étapes « LOT » pour le marquage des plaques et « MA » pour la réalisation des marques d’alignement. D’autre part, la fin du procédé représente également des similitudes : les étapes IN1, CO2, IN2 et UB. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, le processus de fabrication du PICS5 est simplifié et permet donc une réduction du temps de fabrication.

PICS5 has some similarities with former processes. The flow is simplified and the leadtime could be reduced.

ÉQUIPEMENTS

• ASM A400. C’est aussi un équipement d’ALD. Des travaux sont en cours pour adapter son utilisation au PICS5. Cela permettrait d’augmenter significativement la cadence de production. Maxime travaille également sur cet équipement, ainsi que Léo Marie.
• NIKON. Bien que le PICS5 soit compatible avec le steppers ASM, c’est le stepper Nikon qui a été choisi pour réaliser les étapes de photo-lithographie. C’est Pascal Delaunay qui adapte les étapes de photo-lithographie du PICS5 sur le stepper Nikon.
• MRC(6103). C’est un équipement de dépôt PVD (« Phisical Vapor Deposition ») qui a été adapté pour permettre des dépôts métalliques sur les lots PICS5. Jean-Baptiste Daumalle, Jean-Michel Desramé, Vincent Renaude et David Solana-Pavon ont effectué la remise en état et la mise en configuration de la MRC 6103. C’est Moulay-Driss Lemrhari qui est en charge de la brique de dépôt PVD pour le procédé PICS5.
• Un nouvel équipement est actuellement en cours de sélection auprès de différents fournisseurs. Une réorganisation de la salle blanche est nécessaire pour permettre son installation sur le site, courant 2021. Marion Le Duigou, qui a récemment suivi une formation au CEA-Leti, sera en charge du procédé sur cet équipement.
• CD-SEM. Un nouveau Microscope Électronique à Balayage est attendu début 2021. Cet équipement servira pour la caractérisation des lots PICS5 et de manière générale, il pourra être utilisé pour les autres procédés. Pascal Delaunay s’occupe également de cet équipement, tandis que Benjamin Gandais et Christophe Renouf gèrent l’aménagement de la salle blanche pour préparer son installation.

Several tools have been bought for PICS5.

PLANNING

Les premiers résultats électriques obtenus sur les échantillons PICS5 entièrement réalisés à Caen (sauf structure 3D) sont très encourageants.

• Fin 2020 : mesures complémentaires qui devraient permettre de consolider les premiers résultats.
• Début 2021 : validation complète des résultats électriques sur les premiers échantillons PICS5.
• Mars 2021 : S gate du procédé PICS5.
• Été 2021 : réception du nouvel équipement.

First electrical results on samples produced in Caen (except the 3D structure) are promising.

Breaking News !
À l’heure où ces lignes sont imprimées, le 1^er lot de PICS5 fabriqué à Caen présente un rendement de 90 %. C’est un « first time right » qui dépasse les attentes !