Brevet FR2951321A1 — publié le 20110415

LD-RI GRB09-2432FR Société Anonyme dite : STMICROELECTRONICS SA Dispositif semi-conducteur comprenant un guide d'ondes électromagnétiques Invention de : PILARD Romain GLORIA Daniel GIANESELLO Frédéric DURAND Cedric Dispositif semi-conducteur comprenant un guide d'ondes électromagnétiques La présente invention concerne le domaine des dispositifs semi-conducteurs à circuits intégrés. Il apparaît particulièrement avantageux d'équiper de tels dispositifs semi-conducteurs pour le transport de signaux. Il est proposé un dispositif semi-conducteur comprenant un substrat sur au moins une face duquel sont formés des circuits intégrés. Le dispositif semi-conducteur peut comprendre en outre au moins un guide d'ondes électromagnétiques comprenant deux plaques métalliques placées de part et d'autre d'au moins une partie de l'épaisseur dudit substrat et situées l'une en face de l'autre et deux parois longitudinales placées l'une en face de l'autre et formées par des pluralités de vias métalliques aménagés dans des trous traversant le substrat dans le sens de son épaisseur et s'étendant entre lesdites plaques métalliques. Le dispositif semi-conducteur peut comprendre en outre au moins une paroi transversale au moins à l'une des extrémités desdites parois longitudinales, cette paroi transversale étant formée par une pluralité de vias métalliques aménagés dans des trous traversant le substrat dans le sens de son épaisseur et s'étendant entre lesdites plaques métalliques. Le dispositif semi-conducteur peut comprendre en outre au moins une électrode aménagée dans un trou dudit substrat et reliée à au moins un composant électronique desdits circuits intégrés au travers d'un passage ou une ouverture de la plaque métallique située du côté des circuits intégrés, à distance du bord de ce passage. Au moins l'une desdites plaques métalliques peut présenter au moins un passage ou une ouverture et comprenant au moins une électrode s'étendant au-dessus et à distance de ce passage et reliée à au moins un composant électronique desdits circuits intégrés. Le dispositif semi-conducteur peut comprendre en outre au moins un obstacle aménagé dans au moins un trou du substrat, cet obstacle étant placé à l'intérieur du guide d'ondes électromagnétiques. Des dispositifs semi-conducteurs vont maintenant être décrits à titre d'exemples non limitatifs, illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une vue schématique de dessus d'un dispositif semi-conducteur ; - la figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale selon II-II du dispositif semi-conducteur de la figure 1 ; - la figure 3 représente une vue schématique de dessus d'un autre dispositif semi-conducteur ; - la figure 4 représente une vue schématique en coupe transversale selon IV-IV du dispositif semi-conducteur de la figure 3 ; - la figure 5 représente une vue schématique en coupe transversale d'un autre dispositif semi-conducteur ; - la figure 6 représente une vue schématique de dessus d'un autre dispositif semi-conducteur ; - la figure 7 représente une vue schématique en coupe longitudinale selon VII-VII du dispositif semi-conducteur de la figure 6 ; et - la figure 8 représente une vue schématique de dessus d'un autre dispositif semi-conducteur. Un dispositif semi-conducteur 1 représenté sur les figures 1 et 2 comprend un substrat 2, par exemple en silicium, présentant deux faces opposées avant et arrière 3 et 4. Sur la face avant 3 du substrat 2 sont formés des circuits intégrés 5 et une couche d'interconnexion 6 dans laquelle sont aménagés un réseau de connexion électrique 7, par exemple sur plusieurs niveaux métalliques reliés par des vias métalliques. Le dispositif 1 comprend en outre un guide d'ondes électromagnétiques 8. La structure du guide d'ondes électromagnétiques 8 peut comprendre deux plaques métalliques 9 et 10 formées de part et d'autre des faces opposées 3 et 4 du substrat 2 et situées l'une en face de l'autre. La plaque métallique 9 peut être disposée sur la face 3 du substrat 2 ou dans un niveau métallique de la couche d'interconnexion 6. Selon cet exemple, les circuits intégrés 5 et la plaque métallique 9 sont sur des zones différentes de la surface avant 3 du substrat 2. La structure du guide d'ondes électromagnétiques 8 peut comprendre en outre deux parois longitudinales 11 et 12 placées l'une en face de l'autre et formées respectivement par des pluralités de vias métalliques 13 et 14 aménagés dans et remplissant des trous 15 et 16 traversant le substrat 2 dans le sens de son épaisseur et distants les uns des autres. Les vias métalliques 13 et 14 s'étendent entre les plaques métalliques 9 et 10, d'une plaque métallique à l'autre, de façon adjacente ou à proximité de deux bords opposés de ces plaques. Selon l'exemple représenté, les vias métalliques 13 d'une part et les vias métalliques 14 d'autre part peuvent être alignés, de telle sorte que les parois longitudinales 11 et 12 qu'ils forment sont rectilignes. La distance entre les vias métalliques 13 et la distance entre les vias métalliques 14 peuvent être approximativement égales à X/10. En outre, les parois longitudinales 11 et 12 peuvent être parallèles, leur distance dépendant de la longueur d'onde d'utilisation (X), Par exemple une longueur d'onde égale à 430 micromètres pour un fonctionnement à 120 gigaHertz. Le guide d'ondes électromagnétiques 8 se présente donc sous la forme d'un couloir. Les plaques métalliques 9 et 10 peuvent présenter des passages ou ouvertures 17 et 18 en vis-à-vis, par exemple circulaires. Selon un mode d'exécution, le dispositif semi-conducteur 1 peut comprendre en outre une électrode métallique 19 qui plonge à l'intérieur du guide d'ondes électromagnétiques 8. Cette électrode 19 peut être formée dans un trou 20, par exemple cylindrique, traversant le substrat 2 dans le sens de l'épaisseur et situé dans la partie centrale des passages opposés 17 et 18 des plaques métalliques 9 et 10, à distance des bords de ces passages, de telle sorte que l'électrode métallique 19 est isolée électriquement du guide d'ondes électromagnétiques 8. Le réseau de connexion électrique 7 comprend des moyens 7a adaptés pour relier l'extrémité de l'électrode métallique 19, située du côté de la face 3 du substrat 2, à un composant électronique 5a des circuits intégrés 5 portés par le substrat 2. Le guide d'ondes électromagnétiques 8 peut être isolé électriquement ou relié à un potentiel de référence du composant électronique 5a par des moyens adaptés 7b du réseau de connexion électrique 7. I1 résulte de ce qui précède que, en qualité d'émetteur, l'électrode 19 peut être apte à générer, dans le guide d'ondes électromagnétiques 8, des ondes électromagnétiques, sous l'effet de signaux radiofréquence issus du composant électronique 5a, ou, en qualité de récepteur, l'électrode 19 peut aussi être apte à capter, des ondes électromagnétiques dans le guide d'ondes électromagnétiques 8, pour délivrer des signaux radiofréquence au composant électronique 5a. Dans une variante de réalisation, le trou 20 recevant l'électrode 19 pourrait s'étendre sur une partie de l'épaisseur à partir de la face 3 de ce substrat, l'électrode 20 étant alors plus courte. Dans ce cas, la plaque 10 prévue sur la face arrière 4 du substrat 2 pourrait ne pas présenter le passage 18 et pourrait être pleine. Selon un autre mode d'exécution illustré sur les figures 3 et 4, un dispositif semi-conducteur 21 peut se différencier du dispositif semi-conducteur 1 décrit ci-dessus par le fait que l'électrode métallique 19 est supprimée, le trou 20 n'existant plus, et est remplacée par une électrode métallique 22 réalisée sous la forme d'une bande, dans la couche d'interconnexion 6, parallèlement à la face avant 3 du substrat 2 ou à la plaque avant 9. Cette électrode métallique 22 peut s'étendre au-dessus d'une partie médiane du passage 17 de la plaque métallique 9, par exemple en le traversant d'un côté à l'autre, et peut être reliée au composant électronique 5a. Dans cet exemple, le passage ou ouverture 17 de la plaque métallique 9 est rectangulaire. La plaque 10 peut présenter ou non un passage 18. Comme dans le cas du dispositif semi-conducteur 1, l'électrode métallique 22, reliée au composant électronique 5a, peut agir en qualité d'émetteur ou en qualité de récepteur d'ondes électromagnétiques dans le guide d'ondes électromagnétiques 8. Selon un autre mode d'exécution illustré sur la figure 5, un dispositif semi-conducteur 23 peut se différencier du dispositif semi-conducteur 1 par le fait que la plaque métallique 9 n'est pas réalisée au-dessus de la face 3 du substrat 2 mais est formée par une couche locale 24 du substrat 2, en surface ou en profondeur, résultat d'une transformation de la matière de ce substrat 2. Dans le cas où le substrat 2 est en silicium, cette transformation pourrait être obtenue par implantation d'ions, par exemple du phosphore, du bore, de l'arsenic, de l'antimoine. Alors, des composants électroniques des circuits intégrés 5, par exemple le composant électronique 5a, pourraient être réalisés au- dessus de la zone de la couche locale 24 remplaçant la plaque avant 9. Selon un autre mode d'exécution illustré sur les figures 6 et 7, un dispositif semi-conducteur 25 comprend également un substrat 26 et un guide d'ondes électromagnétiques 27 associé à ce substrat 26. Le guide d'ondes électromagnétiques 27 comprend également des plaques métalliques avant et arrière 28 et 29, rectangulaires, placées de part et d'autre du substrat 26 et en vis-à-vis, ainsi que des parois longitudinales opposées 30 et 31 formées par des pluralités de vias métalliques 32 et 33 ménagés au travers du substrat 26 dans des trous traversants 34 et 35 et localisés le long des bords longitudinaux des plaques métalliques avant et arrière 28 et 29 et entre ces dernières. Selon cet exemple, le guide d'ondes électromagnétiques 27 comprend en outre des parois transversales opposées 36 et 37 formées par des pluralités de vias métalliques 38 et 39 ménagés au travers du substrat 26 dans des trous traversants 40 et 41 et localisés le long des bords transversaux des plaques métalliques avant et arrière 28 et 29 et entre ces dernières. Le guide d'ondes électromagnétiques 27 se présente donc sous la forme d'une cage allongée. Par exemple selon son axe longitudinal, la plaque métallique avant 28 présente des passages ou ouvertures 42 et 43 espacés longitudinalement. La plaque métallique arrière 29 peut également présenter des passages ou ouvertures 44 et 45 disposés en face des passages 42 et 43. Le dispositif semi-conducteur 25 comprend en outre des électrodes 46 et 47 qui, selon l'exemple représenté, correspondent chacune à l'électrode 19 de l'exemple décrit en référence aux figures 1 et 2. Les électrodes 46 et 47 sont formées dans des trous traversants 48 et 49 du substrat 26 disposés au milieu des passages 42 et 43 de la plaque avant 28 et au milieu des passages 44 et 45 de la plaque arrière 29. Comme dans l'exemple décrit en référence aux figures 1 et 2, les extrémités avant des électrodes 46 et 47 sont respectivement reliées à des composants électroniques 50 et 51 des circuits intégrés formés sur la face avant du substrat 26 par des moyens de connexion électrique 52a et 52b aménagés dans une couche avant d'interconnexion 53. Comme dans l'exemple décrit en référence aux figures 1 et 2, les électrodes 46 et 47, respectivement reliées aux composants électroniques 50 et 51, peuvent agir en qualité d'émetteur ou de récepteur. Ainsi, l'électrode 46 agissant en qualité d'émetteur l'électrode 47 agissant en qualité de récepteur, ou réciproquement, les composants électroniques 50 et 51 peuvent échanger des signaux par l'intermédiaire des ondes électromagnétiques circulant dans le guide d'ondes électromagnétiques 27, porteuses de ces signaux. Comme illustré sur la figure 7, le substrat 26 du dispositif semi-conducteur 25 peut en outre présenter au moins un trou 54, le traversant ou non, rempli par un matériau métallique 54a. Se trouve ainsi formé au moins un obstacle apte à filtrer ou modifier les ondes électromagnétiques circulant dans le guide d'ondes électromagnétiques 27 d'une électrode à l'autre. De tels obstacles pourraient être aménagés dans tous les exemples décrits. Selon une variante de réalisation, les électrodes 46 et 47 pourraient être remplacées par l'électrode 22 décrite en référence aux figures 3 et 4. Selon un autre mode d'exécution illustré sur la figure 8, un dispositif semi-conducteur 55 se différencie du dispositif semi- conducteur 1 décrit en référence aux figures 1 et 2 par le fait que les parois longitudinales 56 et 57 de son guide d'ondes électromagnétiques 58 présentent des parties d'extrémité 56a et 57a allant en s'évasant et par le fait que ce guide d'ondes électromagnétiques 58 comprend, à l'opposé de ces parties d'extrémité évasées 56a et 57a, une paroi transversale 59 formée comme l'une de parois transversales 36 ou 37 de l'exemple décrit en référence aux figures 6 et 7. Le guide d'ondes électromagnétiques 58 se présente alors sous la forme d'un couloir longitudinal fermé à l'une des ses extrémité et ouvert à l'autre. Ainsi, une électrode 60 de ce dispositif semi-conducteur 55, reliée à un composant électronique 61, comme par exemple selon la figure 1, peut être utilisée en qualité d'émetteur, pour émettre vers l'extérieur des ondes électromagnétiques par l'ouverture d'extrémité située à l'extrémité des parties évasées 56a et 57a du guide d'ondes électromagnétiques 58, ou en qualité de récepteur, pour capter les ondes électromagnétiques entrant dans le guide d'ondes électromagnétiques 58. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles, en particulier en combinant les exemples décrits, sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS1. Dispositif semi-conducteur comprenant un substrat (2) sur au moins une face (3) duquel sont formés des circuits intégrés, et comprenant au moins un guide d'ondes électromagnétiques (8) comprenant deux plaques métalliques (9, 10) placées de part et d'autre d'au moins une partie de l'épaisseur dudit substrat et situées l'une en face de l'autre et deux parois longitudinales (11, 12) placées l'une en face de l'autre et formées par des pluralités de vias métalliques (13, 14) aménagés dans des trous (15, 16) traversant le substrat dans le sens de son épaisseur et s'étendant entre lesdites plaques métalliques (9, 10). 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre au moins une paroi transversale (37) au moins à l'une des extrémités desdites parois longitudinales, cette paroi transversale étant formée par une pluralité de vias métalliques (39) aménagés dans des trous (41) traversant le substrat dans le sens de son épaisseur et s'étendant entre lesdites plaques métalliques (9, 10). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant au moins une électrode (19, 22) aménagée dans un trou dudit substrat et reliée à au moins un composant électronique (5a) desdits circuits intégrés au travers d'un passage ou une ouverture (17) de la plaque métallique (9) située du côté des circuits intégrés, à distance du bord de ce passage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel au moins l'une desdites plaques métalliques (9) présente au moins un passage ou une ouverture (17) et comprenant au moins une électrode (22) s'étendant au-dessus et à distance de ce passage et reliée à au moins un composant électronique desdits circuits intégrés. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un obstacle (54a) aménagé dans au moins un trou (54) du substrat, cet obstacle étant placé à l'intérieur du guide d'ondes électromagnétiques.