Éléments passifs intégrés

Les composants passifs sont omniprésents en électronique, que ce soit dans les applications les plus simples ou les plus complexes. Comme les éléments passifs sont des dispositifs volumineux si ils sont comparés aux dispositifs actifs comme des transistors, il est intéressant de chercher à les intégrer au sein de puces. Cependant, l'intégration des éléments passifs est un défi au niveau du procédé de fabrication, car chaque composant passif ainsi réalisé doit avoir des performances au moins équivalentes à celle de son homologue discret pour présenter un intérêt d'un point de vue économique.

Les problématiques soulevées par l'intégration des composants passifs n'ont pas toujours suscité les mêmes intérêts que pour les composants actifs, intégrés notamment avec les technologies CMOS. En effet, le monde de la microélectronique est rythmé depuis 40 ans par la loi de Moore, qui est vérifiée depuis 1973 et devrait encore l'être quelques années avant de bloquer devant des effets physiques parasites. La majorité des efforts d'intégration ont été focalisés sur les composants actifs et plus particulièrement sur les transistors. Depuis 2004, la tendance à la miniaturisation souffre d'un ralentissement causé par des difficultés techniques très diverses : on peut citer par exemple, la dissipation thermique qui empêche une montée en fréquence des composants en dépit de leur taille plus faible. Les limitations physiques rencontrées rendent de plus en plus difficile la miniaturisation. L'industrie du semi-conducteur ne peut pas compter diviser la taille des transistors de génération en génération et doit par conséquent trouver un nouveau paradigme pour continuer de réduire les tailles et les coûts. À chaque nœud technologique (180 nm, 90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm…), des limitations qui étaient jusqu'alors négligeables deviennent prépondérantes et la moindre non-uniformité lors du procédé de fabrication augmente de façon exponentielle la dispersion des caractéristiques des composants.

L'intégration des éléments passifs est donc moins avancée que celle des éléments actifs, mais les besoins de miniaturisation dans certains domaines tendent à réduire les différences.

Certains domaines d'application nécessitent de plus en plus de composants passifs de fortes valeurs, qui tireraient profit d'un meilleur niveau d'intégration. C'est le cas des applications radiofréquences avec les capacités de découplage, ou encore des fonctions d'alimentation des circuits.

Dans ce dossier, nous abordons les problématiques liées à l'intégration avec les différentes options technologiques et leurs influences sur les performances électriques. L'aspect technologique définit les principales caractéristiques et les performances électriques de ces éléments intégrés. Ensuite, les principaux composants passifs sont passés en revue, aussi bien d'un point de vue procédé de fabrication, avec les matériaux couramment utilisés et la structure des composants, que d'un point de vue électrique, avec les principales caractéristiques et performances atteintes. Les éléments passifs de base que sont les résistances, les inductances et les capacités sont donc détaillés.