Brevet FR2961345A1 — publié le 20111216

B10275 - 10-T0-078 1 CIRCUIT INTÉGRÉ PASSIF Domaine de l'invention La présente invention concerne des dispositifs intégrés passifs comprenant, à la surface d'un substrat, un empilement de couches isolantes et conductrices alternées formant des composants passifs tels que des inductances, des condensateurs, des coupleurs . Exposé de l'art antérieur On connaît des puces ou dispositifs intégrés assemblant des composants passifs, spécifiquement adaptés à réaliser des fonctions de filtrage, de couplage, de transformation, etc. De tels dispositifs comprennent, à la surface d'un substrat, par exemple un substrat de verre ou de silicium, un empilement de couches isolantes et conductrices alternées. Ces couches sont gravées pour former des composants élémentaires passifs souhaités. Ces composants sont interconnectés par l'intermédiaire de pistes et de nias conducteurs formés dans l'empilement de couches conductrices et isolantes. Par ailleurs, des plages de contact conductrices sont prévues à la surface de l'empilement pour assurer des connexions vers l'extérieur de la puce. La figure 1 est un schéma électrique d'un circuit passif très simple. Il s'agit d'un circuit LC de filtre passe- B10275 - 10-T0-078 2 bande. Une inductance 10 est connectée entre des bornes 14 et 15, et deux condensateurs 12 et 13 en série sont connectés entre les bornes 14 et 15, parallèlement à l'inductance 10. Les figures 2A à 2D représentent de façon schématique une puce de circuit intégré 20 correspondant à un exemple de réalisation du circuit de la figure 1. La figure 2A est une vue de dessus, et les figures 2B, 2C et 2D sont respectivement des vues en coupe selon les plans B-B, C-C et D-D de la figure 2A. On notera que la vue de dessus et les vues en coupe ne se correspondent pas rigoureusement. En particulier, dans la vue de dessus, les contours de certaines régions ont été dilatés ou contractés pour mieux distinguer ces régions de régions correspondantes d'autres niveaux de métallisation. Comme cela apparaît sur les vues en coupe (figures 2B à 2D), la puce 20 comprend, à la surface d'un substrat 21, un empilement 23 de couches conductrices et isolantes. L'empilement 23 comprend, à une première distance de la surface du substrat 21, des régions conductrices en cuivre d'un premier niveau de métallisation M1, et au dessus du niveau M1, d'autres régions conductrices en cuivre d'un second niveau de métallisation M2, une couche isolante séparant le niveau M2 du niveau M1. La puce 20 comprend un enroulement conducteur 10 constitué d'une piste de cuivre du niveau M1. L'enroulement 10 correspond à l'inductance 10 du schéma de la figure 1. Comme l'illustrent les figures 2A et 2D, chacun des condensateurs 12 et 13 du schéma de la figure 1 est constitué de l'empilement d'une électrode inférieure 24, d'une couche en un matériau diélectrique (respectivement 26 et 27), et d'une électrode supérieure (respectivement 28 et 29). L'électrode inférieure 24 est commune aux condensateurs 12 et 13, établissant ainsi une connexion en série entre les condensateurs 12 et 13. L'électrode inférieure 24 est constituée d'une région conductrice, par exemple en cuivre, d'un niveau inférieur au niveau M1, et les électrodes supérieures 28 et 29 sont constituées de régions de cuivre du niveau M1. B10275 - 10-T0-078 3 Un pont conducteur 30 (figures 2A et 2C), constitué d'une piste de cuivre du niveau M2, établit une connexion entre l'extrémité intérieure 10i de l'enroulement 10 (niveau Ml) et l'électrode supérieure 28 du condensateur 12 (niveau Ml). Des nias conducteurs 31 et 32, traversant la couche isolante qui sépare le niveau M2 du niveau M1, sont prévus pour relier le pont 30 (niveau M2) aux régions 10i et 28 (niveau M1). A la surface de la puce 20, des plages de contact 14 et 15 sont prévues pour assurer des connexions vers l'extérieur. Les circuits intégrés passifs sont généralement destinés à être assemblés à d'autres dispositifs électroniques à l'aide de billes de connexion soudées aux plages 14 et 15. Ainsi, les plages 14 et 15 sont réalisées en un matériau conducteur spécifiquement adapté à recevoir des billes de connexion, et présentant notamment une bonne adhérence avec les billes. Un tel matériau est couramment désigné dans la technique par le sigle UBM, de l'anglais "Under Bump Metallization". Il s'agit par exemple d'un empilement d'une couche d'or, d'une couche de cuivre, d'une couche de nickel et d'une couche de titane. Les plages 14 et 15 sont formées dans des ouvertures réalisées dans une couche isolante supérieure revêtant la puce 20, et sont en contact avec des régions de cuivre 34 et 35 du niveau de métallisation M2. La région 34 est reliée au pont 30 par une piste conductrice du niveau M2, et la région 35 est reliée à l'extrémité extérieure 10e de l'enroulement 10 (niveau Ml) par un via 36. Ainsi, l'inductance 10 est connectée entre les plages 14 et 15, et les condensateurs 12 et 13 en série sont connectés entre les plages 14 et 15, parallèlement à l'inductance 10. Lors de la fabrication des puces, toutes les plages de contact en le matériau UBM sont réalisées en même temps. Un inconvénient de ce type de structure est que la fabrication des puces est relativement longue et coûteuse. En particulier, la formation des métallisations des niveaux M1 et M2 comprend des étapes de dépôt électrolytique de cuivre B10275 - 10-T0-078 4 relativement longues, conduisant à un prix de revient des puces élevé. Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir des dispositifs intégrés passifs palliant au moins en partie certains des inconvénients des dispositifs existants. Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir des dispositifs intégrés passifs présentant une structure plus facile à fabriquer que les dispositifs existants. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un circuit intégré passif formé sur un substrat, comprenant des plages de contact en un matériau conducteur spécifiquement adapté à recevoir des billes de connexion, dans lequel ledit matériau conducteur établit en outre des connexions entre des régions d'un niveau de métallisation inférieur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce circuit comprend au moins une inductance constituée d'un enroulement formé dans ledit niveau de métallisation inférieur, le matériau conducteur établissant une connexion entre l'extrémité intérieure de l'enroulement et un composant du circuit. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce composant est un condensateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau conducteur est constitué de l'empilement d'une couche d'or, d'une couche de cuivre, d'une couche de nickel et d'une couche de titane. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 le niveau de métallisation inférieur est en cuivre. Un autre mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un circuit intégré passif, comprenant les étapes suivantes former, au dessus d'un substrat, des premières régions conductrices d'un premier niveau 35 de métallisation ; et former, au dessus du premier niveau de B10275 - 10-T0-078 métallisation, des deuxièmes régions conductrices en un matériau conducteur spécifiquement adapté à recevoir des billes de connexion, ces deuxièmes régions conductrices constituant : des plages de contact destinées à assurer des connexions vers 5 l'extérieur ; et des connexions entre des premières régions conductrices. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce circuit comprend au moins une inductance constituée d'un enroulement formé dans le premier niveau de métallisation, ledit matériau conducteur établissant une connexion entre l'extrémité intérieure de l'enroulement et un composant du circuit. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce composant est un condensateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 15 le premier niveau de métallisation est en cuivre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ce procédé comprend en outre une étape préliminaire, au niveau de la conception, de réduction de la longueur des connexions entre les premières régions conductrices. 20 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 25 la figure 1, précédemment décrite, est un schéma électrique d'un circuit passif simple ; les figures 2A à 2D, précédemment décrites, sont des vues de dessus et en coupe représentant de façon schématique une puce de circuit intégré correspondant à un exemple de 30 réalisation du circuit de la figure 1 ; et les figures 3A à 3C sont des vues en coupe représentant de façon schématique un mode de réalisation d'une puce de circuit intégré correspondant au circuit de la figure 1. B10275 - 10-T0-078 6 Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Dans le circuit intégré passif 20 décrit en relation avec les figures 2A à 2D, les métallisations des niveaux M1 et M2 sont en cuivre. On utilise ce matériau en raison de sa bonne conductivité électrique. On utilise d'ailleurs des niveaux M1 et M2 d'épaisseur relativement importante. A titre d'exemple, les métallisations du niveau M1 ont une épaisseur de l'ordre de 6 pm et les métallisations du niveau M2 ont une épaisseur de l'ordre de 3 pm. En effet, pour réaliser des composants passifs, et notamment pour réaliser des inductances, il est important d'utiliser des régions conductrices présentant une très bonne conductivité. On propose ici, pour simplifier la fabrication de ces circuits, de se passer du niveau de métallisation supérieur (niveau M2 dans l'exemple des figures 2A à 2D). Pour cela, comme cela sera expliqué plus en détail ci-après en relation avec les figures 3A à 3C, on utilise le matériau conducteur de type UBM, non seulement pour former des plages de contact destinées à assurer des connexions vers l'extérieur, mais aussi pour réaliser des connexions entre les composants du circuit. Les matériaux de type UBM sont bien adaptés à recevoir des billes de connexion mais sont moins bons conducteurs que les niveaux de métallisation habituellement utilisés pour former les composants et les interconnexions d'un circuit. Les métal- lisations de type UBM sont notamment moins épaisses que les métallisations du niveau supérieur de la puce (M2 dans les exemples ci-dessus). A titre d'exemple, un mode de réalisation d'une métallisation de type UBM comprend un empilement d'une couche de titane de 200 nm d'épaisseur, d'une couche de nickel de 650 nm d'épaisseur, d'une couche de cuivre de 700 nm B10275 - 10-T0-078 7 d'épaisseur, et d'une couche d'or de 75 nm, cette dernière couche constituant la couche supérieure de l'empilement, destinée à recevoir une bille de connexion. Ainsi, une telle métallisation présente une épaisseur totale d'approximativement 1,5 pm, et une conductivité nettement inférieure à celle d'une couche de cuivre de 3 pm d'épaisseur. Cette plus faible conductivité est habituellement compensée par les dimensions relativement importantes (en vue de dessus) des plages de contact destinées à assurer des connexions vers l'extérieur. Les inventeurs ont constaté que dans de nombreuses configurations de circuit, les métallisations de niveau supérieur ne servent qu'à établir des connexions, et non pas à former des composants. Dans le cas de la figure 2, seule une connexion courte est réalisée en métal de niveau M2. Et dans de nombreux circuits existants on pourra réaliser de légères modifications pour réduire la longueur des connexions du niveau supérieur. Les essais menés par les inventeurs ont permis de montrer que l'utilisation de matériaux de type UBM pour réaliser des connexions courtes entre des composants d'un circuit intégré passif, ne conduit pas à dégrader les performances de ce circuit. Les figures 3A à 3C représentent de façon schématique un mode de réalisation d'une puce de circuit intégré 40 correspondant au circuit de la figure 1. Les figures 3A, 3B et 3C sont respectivement des vues en coupe de la puce 40 selon des plans identiques aux plans de coupe des figures 2B, 2C et 2D. La puce 40 comprend, à la surface d'un substrat 21, un empilement 23 de couches isolantes et conductrices. L'empilement 23 comprend, au dessus de la surface du substrat 21, des régions conductrices, par exemple en cuivre, d'un premier niveau de métallisation M1. Au dessus du niveau M1, d'autres régions conductrices en un matériau de type UBM forment : - des plages de contact destinées à assurer des connexions vers 35 l'extérieur ; et B10275 - 10-T0-078 8 - des connexions entre des régions du niveau M1, et notamment entre des composants de la puce dont au moins une électrode est formée dans le niveau M1. Ces régions conductrices en un matériau de type UBM sont disposées à un même niveau que l'on appellera simplement UBM dans la suite de la description. Une couche isolante sépare le niveau UBM du niveau M1. La puce 40 comprend un enroulement conducteur 10 constitué d'une piste métallique du niveau M1. L'enroulement 10 correspond à l'inductance 10 du schéma de la figure 1. Chacun des condensateurs 12 et 13 du schéma de la figure 1 est constitué de l'empilement d'une électrode inférieure 24, d'une couche en un matériau diélectrique (respectivement 26 et 27), et d'une électrode supérieure (respectivement 28 et 29). L'électrode inférieure 24 est commune aux condensateurs 12 et 13, établissant ainsi une connexion en série entre les condensateurs 12 et 13. L'électrode inférieure 24 est constituée d'une région conductrice d'un niveau inférieur au niveau M1, et les électrodes supérieures 28 et 29 sont constituées de régions métalliques du niveau M1. Un pont conducteur 42 (figure 3B), constitué d'une région métallique du niveau UBM, établit une connexion entre l'extrémité intérieure 10i de l'enroulement 10 (niveau Ml) et l'électrode supérieure 28 du condensateur 12 (niveau Ml). Des nias conducteurs 43 et 44, traversant la couche isolante qui sépare les niveaux UBM et M1, sont prévus pour relier le pont 42 aux régions 10i et 28. A la surface de la puce 40, des plages de contact 14 et 15, formées dans le niveau UBM, sont prévues pour assurer des connexions vers l'extérieur. La plage 14 est reliée au pont 42, et la plage 15 est reliée à l'extrémité extérieure 10e de l'enroulement (niveau Ml) par un via 46. Ainsi, l'inductance 10 est connectée entre les plages 14 et 15, et les condensateurs 12 et 13 en série sont connectés 35 entre les plages 14 et 15, parallèlement à l'inductance 10. B10275 - 10-T0-078 9 Un avantage d'une telle structure est que les puces sont plus faciles à fabriquer que les puces usuelles du type décrit en relation avec les figures 2A à 2D. La fabrication de la puce 20 (figures 2A à 2D) 5 comprend notamment les étapes successives suivantes : - former les métallisations du niveau M1 ; - former les métallisations du niveau M2 ; - revêtir la puce d'une couche isolante ; - former des ouvertures dans la couche isolante en regard de 10 régions métalliques du niveau M2 ; et - former, dans les ouvertures, des plages de contact en un matériau de type UBM, destinées à assurer des connexions vers l'extérieur. La fabrication de la puce 40 décrite en relation avec 15 les figures 3A à 3C comprend notamment les étapes successives suivantes : - former les métallisations du niveau M1 ; - former les métallisations du niveau UBM ; - revêtir la puce d'une couche isolante ; 20 - former des ouvertures dans la couche isolante en regard de régions conductrices du niveau UBM destinées à assurer des connexions vers l'extérieur. La structure proposée permet donc de se passer d'une étape, à savoir la formation d'un niveau de métallisation 25 supérieur en cuivre. Par ailleurs, la fabrication de la structure proposée comprend, dans un premier temps, la formation des plages de contact du niveau UBM, et dans un second temps, la formation d'ouvertures dans la couche isolante supérieure en regard de ces 30 plages de contact. Ceci permet d'obtenir des plots de contact de dimensions réduites par rapport aux dispositifs usuels. En effet, la fabrication des structures usuelles du type décrit en relation avec les figures 2A à 2D comprend, dans un premier temps, la formation d'ouvertures dans la couche isolante 35 supérieure en regard de régions métalliques du niveau M2, et B10275 - 10-T0-078 10 dans un second temps, la formation de plages de contact par dépôt d'un matériau de type UBM dans ces ouvertures. Le matériau de type UBM recouvre alors également les parois des ouvertures et peut s'étendre à la surface de la couche isolante, en périphérie des ouvertures. Les plots de contact présentent donc des dimensions plus importantes que dans la structure proposée, et il faut donc prévoir une distance plus importante entre deux plots et/ou entre un plot et le bord de la puce, pour prévenir tout risque de court-circuit. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on a décrit ci-dessus des exemples de circuits intégrés passifs correspondant à un schéma électrique très simple (schéma de la figure 1). L'invention ne se restreint pas à ce cas particulier. L'homme de l'art saura utiliser la structure proposée pour réaliser tout autre dispositif intégré passif dans lequel les métallisations du niveau supérieur comprennent essentiellement des pistes d'interconnexion courtes entre des composants formés dans des niveaux inférieurs, et vers des plages de contact destinées à assurer des connexions vers l'extérieur. Le circuit intégré pourra notamment comprendre d'autres composants que des inductances et des condensateurs. Dans les exemples décrits ci-dessus, on a proposé de remplacer des métallisations en cuivre du niveau M2 par un matériau de type UBM. L'invention ne se restreint pas à ce cas particulier. Le niveau de métallisation supérieur que l'on propose de remplacer par un UBM pourra être un autre niveau que le niveau M2 et pourra être constitué d'un autre matériau que le cuivre. En outre, on a donné ci-dessus un exemple de composition d'un matériau de type UBM. L'homme de l'art saura mettre en oeuvre la structure proposée en utilisant des matériaux de type UBM de compositions différentes. REVENDICATIONS1. Circuit intégré passif (40) formé sur un substrat (21), comprenant des plages de contact (14, 15) en un matériau conducteur (UBM) spécifiquement adapté à recevoir des billes de connexion, dans lequel ledit matériau conducteur établit en outre des connexions (42) entre des régions (10i, 28) d'un niveau de métallisation inférieur (Ml). 2. Circuit selon la revendication 1, comprenant au moins une inductance (10) constituée d'un enroulement formé dans ledit niveau de métallisation inférieur (Ml), dans lequel ledit matériau conducteur (UBM) établit une connexion (42) entre l'extrémité intérieure (10i) de l'enroulement et un composant (12) du circuit. 3. Circuit selon la revendication 2, dans lequel ledit composant est un condensateur. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit matériau conducteur (UBM) est constitué de l'empilement d'une couche d'or, d'une couche de cuivre, d'une couche de nickel et d'une couche de titane. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 20 à 4, dans lequel le niveau de métallisation inférieur (Ml) est en cuivre. 6. Procédé de fabrication d'un circuit intégré passif (40), comprenant les étapes suivantes : former, au dessus d'un substrat (21), des premières 25 régions conductrices d'un premier niveau de métallisation (Ml) ; et former, au dessus du premier niveau de métallisation (Ml), des deuxièmes régions conductrices en un matériau conducteur (UBM) spécifiquement adapté à recevoir des billes de 30 connexion, ces deuxièmes régions conductrices constituant : - des plages de contact (14, 15) destinées à assurer des connexions vers l'extérieur; et - des connexions (42) entre des premières régions conductrices (10i, 28).B10275 - 10-T0-078 12 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit circuit comprend au moins une inductance (10) constituée d'un enroulement formé dans le premier niveau de métallisation (Ml), ledit matériau conducteur (UBM) établissant une connexion (42) entre l'extrémité intérieure (10i) de l'enroulement et un composant (12) du circuit. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ledit composant est un condensateur (12). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 10 à 8, dans lequel le premier niveau de métallisation (Ml) est en cuivre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, comprenant en outre une étape préliminaire, au niveau de la conception, de réduction de la longueur des connexions entre les 15 premières régions conductrices.