最後更新:2026年10月8日次世代架構內連線・金屬化中國大陸:空气隙介质

氣隙介電層(Air Gap)是什麼

Air Gap Dielectric

氣隙介電層(Air Gap)是以空氣取代固態低介電常數(Low-k)材料作為金屬導線間絕緣材料的技術。空氣的相對介電常數k=1.0,比任何固體材料都低,可最大限度降低導線間寄生電容,減少訊號延遲與動態功耗。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 相關企業
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

氣隙介電層(Air Gap Dielectric)是以「空氣(Air)」取代固態低介電常數(Low-k)材料,作為金屬導線間絕緣材料的技術。空氣的相對介電常數k=1.0,比任何固體材料都低,因此能最大限度降低導線間的寄生電容,減少訊號延遲與動態功耗。

隨著導線微縮,相鄰金屬導線間的電容耦合(串擾電容)增加,導致訊號速度下降與功耗增加。在連Low-k材料(SiOC系,k≒2.5~3.0)與Ultra Low-k材料(多孔質SiOCH,k≒2.0~2.4)都難以應付的先進節點,導入氣隙(k=1.0)作為降低寄生電容的終極手段而受到矚目。

製造方法主要分為「減成法(subtractive)」與「鑲嵌法(damascene)」。減成法是在金屬導線圖案化後,於導線間填入犧牲絕緣膜,以選擇性蝕刻僅去除犧牲材料形成間隙,再以覆蓋膜封住上方。鑲嵌法則是在溝槽中填入銅(Cu)後,選擇性去除相鄰溝槽間的絕緣材料以形成氣隙。兩者的關鍵都在於高選擇比的蝕刻製程。

自IBM於2007年在45nm節點試製氣隙以來,英特爾在自家10nm製程(SuperFin世代)的部分導線層採用了氣隙,台積電與其他晶圓代工廠也在先進節點逐步導入。先進節點(3nm以後)的導線間距將小於20nm,氣隙正逐漸成為不可或缺的技術。

形成氣隙需要選擇性蝕刻(高選擇比去除犧牲材料)、以CVD/ALD精密形成封口膜,以及氣隙內部的檢測(TEM、SEM剖面觀察)等。材料方面則在評估採用旋塗介電材料(SOD)與犧牲有機膜(OPL)。據報告,採用氣隙的導線技術可降低20~30%的寄生電容,預期在AI用高速晶片的採用將加速。

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