Brevet FR2839581A1 — publié le 20031114

sections en biais de l'entrefer. CIRCUIT ELECTRONIQUE COMPRENANT UN CONDENSATEUR ET AU MOINS UN COMPOSANT SEMICONDUCTEUR, ET PROCEDE DE CONCEPTION D'UN TEL CIRCUIT La presente invention concerne un circuit electronique integre comprenant au moins un condensateur. Wile concerne plus particulierement un circuit integre dans lequel le fonctionnement d'un condensateur est susceptible d'etre perturbe par des composants semiconducteurs disposes a proximite du condensateur, ou reciproquement. Des circuits electroniques destines a de nombreuses applications comprennent des premiers condensateurs a armatures metalliques essentiellement planes, en plus d'autres composants semiconducteurs tels que des transistors, des diodes, des resistances ou, eventuellement, des seconds condensateurs d'un type different des premiers condensateurs. Les armatures metalliques essentiellement planes qui constituent lesdits premiers condensateurs vent sensiblement paralleles a la surface du substrat et peuvent avoir des dimensions geometriques relativement importantes telles que, par exemple, environ 50 micrometres de cote. On designe dans la suite par condensateurs lesdits premiers condensateurs a armatures metalliques esse ntiel le me nt p la nes, eta nt e nte nd u q u e d es se co nd s cond e nsate u rs tels qu'introduits ci-dessus peuvent etre presents parmi lesdits composants semiconducteurs. Ces condensateurs peuvent etre disposes sur la surface du substrat, a cote des composants semiconducteurs. On entend par > une configuration dans laquelle une premiere partie de la surface du substrat porte les composants semiconducteurs, et une seconde partie de la meme surface du substrat, distincte de la premiere partie, porte les condensateurs. La surface du substrat occupee par le circuit presente alors une taille importante. Le coOt du circuit electronique est alors eleve. Une autre configuration possible consiste a disposer les condensateurs au dessus des composants semiconducteurs elabores a la surface du substrat, 2 au sein de couches de materiaux isolants qui recouvrent la surface du substrat et les composants semiconducteurs. On entend par > une configuration dans laquelle les condensateurs vent superposes aux composants semiconducteurs au dessus a la surface du substrat qui les porte. Une importante economic de surface de substrat resulte de cette configuration par rapport a la configuration precedente, qui permet une reduction consequente du prix des circuits electroniques correspondents. On salt par ailleurs que des condensateurs de dimensions telles que celles citees plus haut vent particulierement sensibles aux parasites electriques et/ou electromagnetiques. Ceci est notamment le cas dans des circuits electroniques dits >. On designe par circuits > des circuits electroniques qui fonctionnent avec des signaux correspondent a des frequences inferieures a 10 megahertz environ. On trouve par exemple de tels circuits dans des terminaux de communication mobile. II s'agit notamment d'unites de gestion de puissance ou de circuits analogiques de traitement de signal tels que des filtres, des amplificateurs, des regulateurs, des comparateurs, etc. Lorsque les condensateurs vent disposes au dessus de composants semiconducteurs, ces derniers generent des parasites qui perturbent le fonctionnement des condensateurs. Reciproquement, les condensateurs peuvent aussi perturber le fonctionnement des composants au dessus desquels ils vent disposes. Ces perturbations vent liees aux distances reduites qui separent les condensateurs des composants semiconducteurs lorsqu'ils vent superposes a ces derniers. Un but de la presente invention consiste a permettre ia superposition de condensateurs et de composants semiconducteurs au dessus d'une surface d'un substrat, tout en evitant des perturbations reciproques des fonctionnements respectifs des condensateurs et des composants semiconducteurs. Un premier aspect de ['invention concerne ainsi un circuit electronique comprenant un substrat, un condensateur et au moins un composant semiconducteur portes par une surface du substrat, le condensateur et le - 3 composant semiconducteur etant disposes sensiblement au droit l'un de l'autre selon une direction perpendiculaire a la surface du substrat, dans lequel un ecran sensiblement plan et parallele a la surface du substrat, constitue d'un materiau metallique, est dispose entre le condensateur et le composant semiconducteur. Grace a la disposition de l'ecran entre le condensateur et le composant semiconducteur, des parasites electroniques eVou electromagnetiques emis par le composant semiconducteur vent arretes par i'ecran. Ces parasites ne perturbent alors pas le fonctionnement du condensateur. Le meme effet de 0 protection est obtenu pour le fonctionnement du composant semiconducteur vis-a-vis de parasites produits par le condensateur. II est a noter que le condensateur et le composant semiconducteur vent d its appartenir au meme circu it electron ique en ce sens qu'ils vent portes par le meme substrat. Neanmoins, il faut comprendre qutils peuvent appartenir chacun a des parties de circuit fonctionnellement differentes, reliees ou non entre elles, et que ['invention presente un interet lorsque des perturbations du fonctionnement de l'une au moins des parties de circuit peuvent resulter de la superposition du condensateur et du composant semiconducteur. Afin d'obtenir une protection plus efficace du fonctionnement du condensateur, I'ecran peut presenter des bords situes au moins partiellement a l'exterieur d'une projection de bords du condensateur dans un plan contenant l'ecran, selon la direction perpendiculaire a la surface du substrat. De plus, les bords de l'ecran peuvent etre situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du condensateur, suivant une direction parallele a la direction audit plan contenant l'ecran. Symetriquement, en vue d'obtenir une protection plus efficace du fonctionnement du composant semiconducteur, les bords de l'ecran peuvent etre partiellement situes a l'exterieur d'une projection de bords du composant semiconducteur dans le plan contenant l'ecran, selon la direction o perpendiculaire a la surface du substrat. De meme, les bords de l'ecran peuvent aussi etre situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du composant semiconducteur, suivant une direction parallele a la direction - 4 dudit plan contenant l'ecran. Selon la nature des parasites contre lesquels l'ecran est destine a realiser une protection, I'ecran peut etre avantageusement relic electriquement a une borne portee a un potentiel electrique determine. Dans un mode de mise en ceuvre prefere de ['invention, le composant semiconducteur est dispose a proximite de la surface du substrat, et le circuit comprend plusieurs couches de materieux isolants superposees qui recouvrent la surface du substrat et le composant semiconducteur. Le condensateur est dispose au sein d'au moins l'une des couches de materiau isolant au dessus du composant semiconducteur, c'est-a-dire d'un cote de celui-ci oppose au substrat. L'ecran est alors dispose au sein d'au moins une couche de materiau isolant intermediaire entre la surface du substrat et la (ou les) couche(s) de materiau isolant au sein de laquelle (desquelles) est dispose le condensateur. Dans cette mise en ceuvre de ['invention, I'ecran peut etre dispose au sein d'une couche de materiau isolant adjacente (suivant la direction perpendiculaire a la surface du substrat) a la (ou aux) couche(s) au sein de laquelle (desquelles) est dispose le condensateur, d'un meme cote de cette derriere couche que le substrat. En particulier, aucune partie de circuit electrique susceptible de perturber le fonctionnement du condensateur n'est intercalee entre l'ecran et le condensateur. Le circuit electronique peut neanmoins comprendre en outre des connexions metalliques ou des resistances disposees au sein de couches de materiaux isolants supplementaires, paralleles a la surface du substrat. Dans ce cas, afin de preserver un fonctionnement non-perturbe du condensateur contre d'eventuels parasites produits par ces connexions metalliques ou ces resistances, au moins les connexions metalliques et les resistances venant au droit du condensateur vent avantageusement situees du cote de l'ecran oppose au condensateur. Un second aspect de ['invention concerne un procede de conception d'un circuit electronique comprenant un condensateur et au moins un composant semiconducteur disposes selon l'agencement decrit precedemment, le procede comprenant les etapes suivantes: - 5 a) realisation de prototypes comprenant chacun un substrat, un condensateur de mesure d7un type determine respectif, le condensateur de mesure etant porte par une surface du substrat, chaque prototype comprenant en outre un ecran sensiblement plan et parallele a la surface du substrat, I'ecran etant constitue de materiau metallique et dispose au droit du condensateur de mesure selon une direction perpendiculaire a la surface du substrat; b) mesure de caracteristiques electriques respectives des condensateurs de mesure au sein des prototypes; Jo c) execution de simulations, au moyen d'au moins un logiciel de conception assistee de circuits electroniques, du fonctionnement du circuit electronique en utilisant certaines des caracteristiques electriques mesurees des condensateurs de mesure; d) selection d'un type de condensateur en fonction des resultats des simulations; e) fabrication du circuit electronique avec un condensateur du type selectionne. Selon un mode d'execution prefere du procede, I'etape c) comprend elle-meme une premiere etape c1) lors de laquelle on genere des modeles electriques associes aux condensateurs de mesure en utilisant les caracteristiques electriques mesurees, et une seconde etape c2) lors de laquelle on execute les simulations en utilisant certains au moins des modeles electriques generes. De fa,con analogue, un procede de conception d'un circuit electronique selon ['invention peut etre mis en ceuvre en utilisant des prototypes comprenant chacun un composant semiconducteur de mesure porte par une surface d'un substrat, et comprenant un ecran sensiblement plan et parallele a la surface du second substrat, constitue de materiau metallique, et dispose au droit du composant semiconducteur de mesure. Le procede comprend alors la realisation de mesures de caracteristiques electriques des composants semiconducteurs de mesure au sein des prototypes respectifs. Des simulations, au moyen d'au moins un logiciel de conception assistee de circuits -6 electroniques, d'un fonctionnement du circuit electronique vent alors executees en utilisant certaines des caracteristiques electriques mesurees des composants semiconducteurs de mesure, et un type de composant semiconducteur est selectionne, en fonction des resultats des simulations, pour la fabrication du circuit electronique. De meme que precddemment, des modeles electriques des composants semiconducteurs etablis sur la base des caracteristiques electriques mesurees peuvent etre utilises comme elements intermediaires de simulation de fonctionnement du circuit electronique. D'autres particularites et avantages de la presente invention apparatront dans la description ci-apres d'un exemple de realisation non limitatif, en reference a ['unique figure annexee. La figure est une vue en coupe d'un circuit electronique elabore selon ['invention. A la figure, pour des raisons de clarte, les dimensions des differentes parties de composants representees ne vent pas en proportion avec leurs dimensions reelles. On designe par D une direction perpendiculaire a la surface du substrat. Cette direction D est orientee vers le haut de la figure, et les mots >, >, > et > utilises dans la suite le vent en reference a cette orientation. A titre d'exemple, un circuit electronique tirant un avantage particulier de ['invention fait partie d'un premier etage de circuits de traitement de signaux radio incorpores dans un terminal mobile de communication. Ce premier etage de circuits est communement designe par >. II peut notamment s'agir d'un filtre, dont le schema de fonctionnement electrique est :5 connu de l'Homme du metier, et qui peut etre concu pour fonctionner alternativement en mode GSM/DCS ou en mode W-CDMA. Ce type de circuit analogique necessite un comportement parfaitement lineaire et un niveau de bruits parasites tres teas qui rendent l'utilisation de la presente invention particulierement favorable. Par exemple, le circuit considere incorpore des condensateurs a hauteur de capacites totales de 1, 7 nanofarad et de 21,3 picofarads, pour les parties de circuit dediees respectivement aux modes GSM/DCS et W-CDMA. Ces condensateurs vent realises selon la technologie - 7 dite Jo dimensions des substrats utilises. Conformement a la figure, des composants semiconducteurs 10, actifs ou passifs, vent elabores au niveau d'une surface plane S d'un substrat de silicium 100. Ces composants semiconducteurs vent obtenus par des technologies usuelles de fabrication de composants tels que des transistors, notamment par les technologie bipolaire, CMOS ( Oxide-Semiconductor>>) et BICMOS, cette derriere technologie associant entre eux des transistors des deux types bipolaire et CMOS. Ces technologies utilisees peuvent etre notamment adaptees pour obtenir des dimensions caracteristiques de transistors (par exemple des largeurs de grille ou de base) o inferieures a 0,35 micrometre. Plusieurs couches de materiaux isolants, respectivement referencees 1-6, telles que des couches de silice SiO2 ou de nitrure de silicium SiNX, vent superposees selon la direction D. Ces couches 1-6 comprennent des connexions metalliques qui sont, par exemple, des pistes 14 disposees parallelement a la surface S et des connexions 15 permettant la circulation de courants electriques selon la direction D, appelees > dans le jargon de l'Homme du metier. Ces connexions metalliques peuvent etre elaborees en utilisant l'une des methodes suivantes: la methode classique de gravure du metal, par exemple lorsque le metal est de l'aluminium, la methode Damascene ou la methode >, pour lesquelles le metal peut etre, en particulier, le cuivre. Certaines de ces couches de materiaux isolants (couche 2 sur la - 8 figure) peuvent en outre incorporer des resistances 16, formees chacune d'un segment de materieu choisi pour son comportement ohmique, tel que, par exemple, du nitrure de tamale TaN. Un condensateur 11, du type MIM introduit plus haut, est incorpore dans la couche 5 et situe au droit de certains des composants 10. Le condensateur 11 comprend une premiere armature 11 a et une seconde armature 11b, planes et paralleles a la surface S (voir figure), et disposees en regard l'une de l'autre. La couche superieure 6 de materiau isolant, disposee au dessus de la couche 5, peut incorporer une piste 13 d'alimentation de ['armature superieure 11b. Selon ['invention, la couche 4 de materisu isolant incorpore un ecran metallique 12 parallele a la surface S. Le materiau de l'ecran 12 peut etre du cuivre, de l'aluminium, du tungstene, du tamale, ou un alliage comprenant au moins l'un des metaux precedents. Pour garantir une protection efficace du ronctionnement du - condensateur 11, les bords de l'ecran 12 doivent etre situes a l'exterieur d'une projection, selon la direction D, des bords du condensateur 11 dans un plan contenant l'ecran 12. II est en outre recommande que les bords de l'ecran 12 soient situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du condensateur 11 dans le plan contenant l'ecran. Dans l'exemple decrit ici, les dimensions de l'ecran 12 dans un plan parallele a la surface S vent choisies de fa,con a ce que l'ecran 12 presente une surface peripherique de largeur d d'environ 10 micrometres s'etendant au dela du droit d'un contour du condensateur 11. Ainsi, I'ecran 12 peut intercepter des parasites emis par l'un des composants semiconducteurs 10 en direction du condensateur 11 selon une direction P oblique par rapport a la direction D. Si l'un des composants semiconducteurs 10 est particulierement sensible a des parasites emis par le condensateur 11, les bords de l'ecran 12 doivent alors aussi etre situes a l'exterieur d'une projection de bords du composant semiconducteur sensible dans un plan contenant l'ecran. II est alors encore recommande que les bords de l'ecran 12 soient situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du composant semiconducteur sensible. Sans reduire la capacite de protection du condensateur 11 par l'ecran 12 contre des parasites emis par certains de composants semiconducteurs 1O, I'ecran peut comporter des ouvertures 12a. Ces ouvertures 12a, traversant l'ecran 12 entre des faces inferieure et superieure de cet ecran 12, ont des largeurs respectives d'environ 1 micrometre, mesurees parallelement a la surface S. Wiles vent separees entre elles d'environ 100 micrometres et permettent la diffusion d'atomes d'hydrogene au travers de l'ecran 12 selon la direction D. De tels atomes d'hydrogene vent utilises lors de la fabrication du circuit electronique, en particulier pour saturer des liaisons pendantes eventuellement presentes a ['interface entre des parties de materiau silicium et des parties de silice du circuit electronique. Du fait de sa proximite avec l'ecran 12, le condensateur 11, ainsi que, eventuellement, chacun des composants semiconducteurs 10, peut developper une interaction avec l'ecran 12 qui altere son comportement electrique par rapport a une situation dans laquelle ce condensateur ou ce composant semiconducteur est considere isolement. Cette interaction peut etre de type influence capacitive, inductive ou autre, et peut etre modelisee par un schema electrique equivalent. Le schema electrique equivalent est alors pris en compte dans la prevision du fonctionnement du circuit electronique afin de satisfaire le plus possible ['application pour laquelle le circuit electronique est destine. En particulier, un type du condensateur 11 et/ou de cheque composant semiconducteur 10 peut etre choisi en tenant compte de ce schema electrique equivalent. Dans une mise en ceuvre preferee de cette methode de prise en compte de ['influence de l'ecran sur le fonctionnement de chaque composant electronique, une bibliotheque de caracteristiques electriques de composants electroniques est constituee, dans laquelle chaque composant est considere en presence diun ecran tel que decrit plus haut. Cette bibliotheque regroupe des caracteristiques de condensateurs pouvant etre utilises en tent que condensateur 11 dans le filtre > precedent, et des caracteristiques - 10 de composants semiconducteurs pouvant etre utilises en tent que composants semiconducteurs 10. Des types de condensateurs et de composants semiconducteurs dont les caracteristiques electriques vent regroupees dans la bibliotheque vent distingues, par exemple, par leurs dimensions geometriques respectives, leurs formes, les materioux qui les constituent, etc. Pour cheque composant, de telles caracteristiques electriques vent obtenues par des mesures electriques effectuees sur au moins un prototype de ce composant elabore avec un ecran sur un substrat. Ces caracteristiques electriques vent ensuite introduites dans la bibliotheque en vue de leur 0 exploitation ulterieure lors de la conception d'un circuit electronique. Ainsi, les caracteristiques electriques des composants contenues dans la bibliotheque prennent en compte ['influence de l'ecran sur le fonctionnement de ces composants. De fa,con connue, lors de la conception d'un circuit electronique, prealablement a la fabrication de ce circuit, un concepteur de circuits simule le fonctionnement du circuit au moyen d'un logiciel de conception assistee specialement adapte. De tels logiciels de conception assistee utilisent des bibliotheques pre-etablies de caracteristiques electriques de composants electroniques, et determinant des caracteristiques du fonctionnement du circuit en calculant des reponses electriques des composants du circuit. En fonctioh de ces caracteristiques, le concepteur de circuits modifient des types de certains composants afin d'ajuster le fonctionnement du circuit par rapport a un cahier des charges predefini. L'utilisation de caracteristiques electriques de composants etablies en presence d'ecrans permet de prendre en compte ['influence des ecrans dans les simulations. Le fonctionnement ainsi simule du circuit electronique concorde alors tres exactement avec le fonctionnement reel du circuit. Lors de la simulation, le choix de types de composants en fonction des resultats des simulations permet une tres bonne optimisation du fonctionnement du circuit par rapport a un cahier des charges. Afin de permettre une prise en compte la plus exacte possible de ['influence de l'ecran sur le fonctionnement du composant electronique, un type determine de configuration d'ecran est fixe pour tous les prototypes de composants, et est repris pour l'ecran 12 du circuit electronique fabrique. Le choix d'un type unique de configuration d'ecran permet d'eviter une declinaison de cheque composant dans la bibliotheque en fonction du type de l'ecran qui est mis en presence de ce composant. Le type de configuration de ltecran peut etre defini par des caracteristiques communes d'ecrans telles que, par exemple, des dimensions minimales d'ecran dans un plan parallele a la surface du substrat, une epaisseur d'ecran, une resistivite electrique du materiau constitutif de l'ecran, une distance de separation entre l'ecran et le cornposant electronique concerne, etc. - 12 REVENDICATIONS 1. Circuit electronique comprenant un substrat (100), un condensateur (11) et au moins un composant semiconducteur (10) portes par une surface (S) du substrat, le condensateur et ie composant semiconducteur etant disposes sensiblement au droit l'un de l'autre selon une direction (D) perpendiculaire a la surface (S) du substrat, dans lequel un ecran sensiblement plan (12) et parallele a la surface du substrat, constitue d'un materiau metallique, est dispose entre le condensateur et le composant semiconducteur. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel l'ecran comporte des 0 ouvertures (12a). 3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel des bords de ltecran (12) vent au moins partiellement situes a l'exterieur d'une projection de bords du condensateur (11) dans un plan contenant l'ecran, selon la direction (D) perpendiculaire a la surFace du substrat. 4. Circuit selon la revendication 3, dans lequel les bords de l'ecran vent situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du condensateur, suivant une direction parallele a la direction audit plan contenant l'ecran. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel des bords de l'ecran (12) vent au moins partiellement situes a l'exterieur d'une projection de bords du composant semiconducteur (10) dans un plan contenant l'ecran, selon la direction (D) perpendiculaire a la surface du substrat. 6. Circuit selon la revendication 5, dans loquel les bords de l'ecran vent situes a au moins 2 micrometres de la projection des bords du composant semiconducteur, suivant une direction parallele a la direction audit plan contenant l'ecran. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendication precedentes, dans lequel le composant semiconducteur (10) est dispose a proximite de la surface (S) du substrat (100), le circuit comprenant plusieurs couches de materiaux isolants superposees (1-6) qui recouvrent la surface du substrat et le - 13 composant semiconducteur, le condensateur etant dispose au sein d'au moins une couche (5) de materiau isolant au dessus du composant semiconducteur, et dans lequel i'ecran (12) est dispose au sein d'au moins une couche (4) de materiau isolant intermediaire entre la surface du substrat et la couche de materieu isolant au sein de laquelle est dispose le condensateur. 8. Circuit selon la revendication 7, dans lequel la couche (4) de materiau isolant au sein de laquelle est dispose l'ecran (12) est adjacente a la couche (5) de materiau isolant au sein de laquelle est dispose le condensateur. 9. Circuit selon la revendication 7 ou la revendication 8, comprenant en 0 outre des connexions metalliques (14, 15) ou des resistances (16) disposees au sein de couches de materioux isolants supplementaires (1-3) paralleles a la surface (S) du substrat, dans lequel au moins les connexions metalliques et les resistances venant au droit du condensateur vent situees du cote de l'ecran (12) oppose au condensateur. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel l'ecran (12) est relic electriquement a une borne portee a un potentiel electrique determine. 11. Circuit selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel le materiau de l'ecran (12) est choisi parmi une liste de metaux comprenant le cuivre, I'aluminium, le tungstene, le tamale, et un alliage comprenant au moins l'un des metaux precedents. 12. Procede de conception d'un circuit electronique selon l'une quelconque des revendications 1 a 11, comprenant les etapes suivantes: a) realisation de prototypes comprenant chacun un substrat, un condensateur de mesure ou un composant semiconducteur de mesure d'un type determine respectif, le condensateur de mesure ou le composant semiconducteur de mesure etant porte par une surface du substrat, chaque prototype comprenant en outre un ecran sensiblement plan et parallele a la surface du substrat, I'ecran etant constitue de materiau metallique et dispose au droit du condensateur de mesure ou du composant semiconducteur de mesure selon une direction perpendiculaire a la surface du substrat; 14 b) mesure de caracteristiques electriques respectives des condensateurs de mesure ou des composants semiconducteurs de mesure au sein des prototypes; c) execution de simulations, au moyen d'au moins un logiciel de conception assistee de circuits electroniques, du fonctionnement du circuit electronique en utilisant certaines des caracteristiques electriques mesurees des condensateurs de mesure ou des composants semiconducteurs de mesure; d) selection d'un type de condensateur ou de composant semiconducteur en fonction des resultats des simulations; et e)fabrication du circuit electronique avec un condensateur (11) ou un composant semiconducteur (10) du type selectionne. 13. Procede selon la revendication 12, dans lequel l'etape c) comprend les etapes suivantes: =, c1)generation de modeles electriques associes aux condensateurs de mesure ou aux composants semiconducteurs de mesure en utilisant les caracteristiques electriques mesurees; et c2) execution de simulations en utilisant certains au moins des modeles electriques generes.