Influence de la géométrie du via

Avant d’évaluer l’influence de la géométrie du via sur les valeurs d’ESR et de capacité, il convient de déterminer les autres paramètres entrant en jeux dans la modélisation. Ainsi, une couche de passivation de 200 nm a été prise en compte, l’épaisseur des électrodes de TiN a été fixée à 100 nm, valeur traditionnellement utilisée pour les TSV, et celle des couches d’Al2O3 et de Ta2O5 a 20 et 40 nm

respectivement. Toutes les couches sont considérées comme étant parfaitement conformes. Deux paramètres géométriques influencent les performances électriques d’un TSC unitaire : le diamètre du via et sa profondeur.

4.2.1 Influence du diamètre du via

Le diamètre du via est un paramètre qui est fixé lors de la conception du masque de lithographie permettant la réalisation de l’étape de gravure. La Figure II. 9 représente l’évolution de la valeur capacitive en fonction du diamètre de via pour un TSC d’une profondeur fixée à 100 µm, épaisseur classique des interposeur silicium. La courbe en bleu représente les valeurs obtenues lors de l’utilisation d’une couche de 20 nm d’Al2O3 et la courbe en rouge celles obtenues pour une couche de

Ta2O5 de 40 nm. Dans les deux cas, la valeur capacitive augmente avec le diamètre (allant de pair

avec l’augmentation de la surface capacitive). Le gain de capacité offert par l’oxyde de tantale sur l’alumine augmente proportionnellement avec la surface capacitive disponible dans la structure. Pour un via de 100 x 100 µm, la valeur capacitive d’un TSC unitaire est de 147 pF dans le cas de l’alumine et 216 pF dans le cas de l’oxyde de tantale, soit une augmentation de 47 %.

Bien que l’augmentation du diamètre entraine l’augmentation de la valeur capacitive d’un TSC unitaire, il est important de prendre en considération le fait qu’au sein d’une matrice de TSC, l’augmentation du diamètre entraine une réduction de la densité de TSC. Ainsi, à l’échelle du dispositif, l’augmentation du diamètre n’entraine pas nécessairement l’augmentation de la densité de capacité.

La Figure II. 10 représente quant à elle l’évolution de l’ESR en fonction du diamètre du via, les valeurs présentées ont été calculées dans le cas de l’alumine. La différence avec l’oxyde de tantale est négligeable, car seule la différence d’épaisseur de 20 nm entre les deux diélectriques influence le résultat du calcul de l’ESR de la partie supérieure de la structure. Comme on peut le voir, la réponse résistive de la structure décroit exponentiellement avec l’augmentation du diamètre. La résistance série de la structure est inférieure à 5  pour les diamètres supérieurs à 45 µm, et peut atteindre jusqu’à 46  dans le cas d’un via de diamètre 5 µm. Cet effet est à prendre en considération lors de la conception de la matrice de TSC afin d’atteindre les objectifs d’ESR de la matrice.

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Figure II. 9. Évolution de la capacité en fonction du diamètre de via pour un TSC unitaire d’une profondeur de 100 µm : dans le cas de l’utilisation d’une couche de 20 nm d’Al2O3 (en bleu) et 40 nm de Ta2O5 (en rouge).

Figure II. 10. Évolution de l’ESR en fonction du diamètre de via pour un TSC unitaire d’une

profondeur de 100 µm.

4.2.2 Influence de la profondeur du via

La profondeur du via dépend de l’étape de gravure profonde des TSC par DRIE. La Figure II. 11 représente l’évolution de la résistance série de la structure en fonction de la profondeur du via pour un diamètre fixé à 50 µm. La courbe en bleu représente les valeurs obtenues lors de l’utilisation d’une couche de 20 nm d’Al2O3 et la courbe en rouge celles obtenues pour une couche de Ta2O5 de

40 nm. La capacité augmente linéairement avec la profondeur du via, puisque la surface capacitive disponible est proportionnelle à la profondeur. Pour un via de 50 x 250 µm, la valeur capacitive d’un TSC unitaire est de 153 pF dans le cas de l’alumine et 225 pF dans le cas de l’oxyde de tantale, on retrouve le gain de 47 % calculé précédemment.

Contrairement au diamètre du via, la profondeur de ce dernier n’influence pas la densité de TSC de la matrice. Ainsi, l’augmentation de la profondeur du TSC entraine l’augmentation proportionnelle de la densité de capacité de la matrice de TSC.

La courbe rouge visible sur la Figure II. 12 représente l’évolution de la résistance série de la structure en fonction de la profondeur du via pour un diamètre fixé à 50 µm, les valeurs présentées ont été calculées dans le cas de l’alumine. L’ESR augmente linéairement avec la profondeur de la structure, un ESR de 10,4  est observé dans le cas d’un TSC de 50 x 250 µm.

Les croix bleues visibles sur la Figure II. 12 représentent quant à elles les valeurs de résistance de la composante longitudinale de l’électrode inférieure. Comme on peut le voir sur le graphique, les deux courbes sont confondues, mettant en évidence le fait que cette composante domine largement la valeur d’ESR de la structure complète. Ainsi, la résistance série de la structure est limitée par le transport longitudinal de l’électrode inférieure (selon l’axe Z).

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Figure II. 11. Évolution de la capacité en fonction de la profondeur d’un TSC unitaire pour un diamètre de 50 µm : dans le cas de l’utilisation d’une couche de 20 nm

d’Al2O3 (en bleu) et 40 nm de Ta2O5 (en rouge).

Figure II. 12. Évolution de l’ESR en fonction de la profondeur du TSC unitaire pour un diamètre de 50

µm.