Technique qui remplace une partie de l'isolant entre les interconnexions par une cavité. La permittivité relative de l'air étant proche de 1, la capacité entre lignes diminue fortement.
Nom japonais: エアギャップ
« Lame d'air (air gap) » apparaît dans 1 questions d'entraînement réparties sur 1 thèmes, dont Transistors avancés (FinFET et GAA).
Domaine: Procédés d'interconnexion
La capacité entre lignes voisines est proportionnelle à la permittivité relative (k) du matériau qui les sépare. Le dioxyde de silicium a un k d'environ 3,9, les films low-k dopés au carbone atteignent environ 2,5 à 3, et l'air ou le vide se situe à environ 1, moins que n'importe quel solide. Remplacer une partie du diélectrique entre lignes par une lame d'air réduit donc la capacité entre lignes d'environ 20 à 30 % dans les structures réelles, ce qui diminue le retard RC, la puissance dynamique de commutation et la diaphonie entre signaux adjacents.
Une approche consiste à terminer d'abord les lignes de cuivre, à retirer par gravure le diélectrique qui les sépare, puis à déposer un film de couverture à faible recouvrement de marche, qui se referme au sommet et scelle une cavité en dessous. Une autre dépose volontairement un diélectrique incapable de remplir de façon conforme les espaces étroits, laissant des cavités entre les lignes rapprochées. Dans les deux cas, la lame d'air ne se forme naturellement que là où les lignes sont serrées, c'est-à-dire là où la capacité compte le plus. Le principe de la lame d'air s'applique aussi aux espaceurs situés le long des grilles de transistors, pour réduire la capacité grille-contact.
Une cavité affaiblit mécaniquement l'empilement d'interconnexions, ce qui pose problème lors de la CMP, de la découpe des plaquettes et sous les contraintes de mise en boîtier. L'air conduit mal la chaleur : les lignes entourées de lames d'air chauffent davantage. Un via arrivant du niveau supérieur ne doit pas percer dans une cavité ; les dessins de masques tiennent donc les lames d'air à l'écart des zones d'atterrissage des vias, parfois au prix d'un masque supplémentaire. L'humidité et les produits chimiques de procédé ne doivent pas rester piégés à l'intérieur. Pour ces raisons, les lames d'air sont généralement réservées aux niveaux denses à pas serré, où la réduction de capacité est la plus rentable, les autres niveaux conservant un diélectrique low-k solide.
En dehors de la conception des interconnexions, une lame d'air est généralement un défaut. Dans les boîtiers, un délaminage entre la résine de moulage et la puce ou la grille de connexion (lead frame) laisse une fine couche d'air qui affaiblit l'assemblage et peut conduire à des fissures. La microscopie acoustique à balayage (SAT) la détecte de façon non destructive : solides et air diffèrent tant par leur impédance acoustique qu'une lame d'air réfléchit la quasi-totalité des ultrasons, ce qui fait ressortir nettement délaminages, fissures et cavités. Les cavités non voulues dans le remplissage métallique ou diélectrique sont de même traitées comme des défauts.
Réponse : A. Les résistances parasites des sources/drains et contacts, et les capacités parasites autour de la grille
Lorsque les transistors rétrécissent, la part des résistances des sources/drains et des contacts augmente par rapport à celle du canal, pouvant représenter près de la moitié de la résistance à l'état passant dans les nœuds avancés. De plus, l'espacement entre grille et contact se réduit à une quinzaine de nm, ce qui accroît les capacités parasites. L'amélioration des parties extrinsèques est donc devenue centrale : nouveaux matériaux de contact, espaceurs à lame d'air ou à faible permittivité, alimentation par la face arrière, etc.
La capacité varie avec la permittivité du matériau entre les conducteurs, et l'air a une permittivité relative d'environ 1, inférieure à celle de tout diélectrique solide. Remplacer une partie du diélectrique par de l'air abaisse la capacité entre lignes, typiquement d'environ 20 à 30 %.
Un diélectrique low-k est un film solide de permittivité réduite, typiquement d'environ 2,5 à 3, qui remplit l'espace entre les lignes. Une lame d'air laisse une partie de cet espace vide, ce qui permet une capacité effective plus faible, mais avec une moindre tenue mécanique et une moins bonne conduction thermique.
Elles réduisent la résistance mécanique, dégradent la dissipation thermique et créent un risque que des vias atterrissent dans la cavité. Ces problèmes limitent les lames d'air aux niveaux d'interconnexion les plus denses.
L'amélioration des parties extrinsèques est donc devenue centrale : nouveaux matériaux de contact, espaceurs à lame d'air ou à faible permittivité, alimentation par la face arrière, etc.
Quels facteurs limitant les performances gagnent en importa…Résistance à l'état passant (RDS(on)) Contact Alimentation par la face arrière (backside power delivery) Barrière métallique Chute IR (IR drop) Couche d'amorçage (seed layer) Couche de passivation Diaphonie (crosstalk) Effet de peau Équation de Black