Conception et modélisation électrique de structures de protection contre les décharges électrostatiques en technologies BICMOS et CMOS analogique PDF Download
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Author: Géraldine Bertrand
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 140
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Book Description
Avec la réduction des dimensions lithographiques et l'introduction de nouveaux procédés technologiques, les circuits intégrés sont devenus plus vulnérables aux décharges électrostatiques (ESD). Ainsi, pour minimiser le nombre d'itérations de masques liées à ce problème, il faut désormais prendre en compte l'ESD très tôt dans le développement de nouveaux produits et, pour cela, pouvoir prédire l'efficacité d'une stratégie de protection. La mise à disposition de bibliothèques d'éléments de protection optimisés, incluant leur dessin technologique ainsi qu'un modèle électrique de type SPICE, répond à ce besoin. Cependant, les structures de protection contre les ESD sont des composants qui fonctionnent dans des régimes de claquage par avalanche et de fort courant qui ne sont pas décrits par les modèles SPICE standards. Nous présentons dans notre mémoire une méthodologie permettant l'extension des modèles classiques à ces domaines, dans le cas de deux structures respectivement utilisées en technologies BiCMOS et CMOS analogique : le transistor bipolaire NPN vertical autopolarisé, et le transistor NMOS qui fonctionne grâce à l'action de son transistor NPN latéral parasite. Cette méthodologie repose sur une analyse approfondie des mécanismes de fonctionnement et de défaillance des composants à l'aide de simulations physiques bidimensionnelles, de caractérisations en impulsion (TLP) et d'expériences de microscopie à émission lumineuse (EMMI).
Author: Géraldine Bertrand
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 140
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Book Description
Avec la réduction des dimensions lithographiques et l'introduction de nouveaux procédés technologiques, les circuits intégrés sont devenus plus vulnérables aux décharges électrostatiques (ESD). Ainsi, pour minimiser le nombre d'itérations de masques liées à ce problème, il faut désormais prendre en compte l'ESD très tôt dans le développement de nouveaux produits et, pour cela, pouvoir prédire l'efficacité d'une stratégie de protection. La mise à disposition de bibliothèques d'éléments de protection optimisés, incluant leur dessin technologique ainsi qu'un modèle électrique de type SPICE, répond à ce besoin. Cependant, les structures de protection contre les ESD sont des composants qui fonctionnent dans des régimes de claquage par avalanche et de fort courant qui ne sont pas décrits par les modèles SPICE standards. Nous présentons dans notre mémoire une méthodologie permettant l'extension des modèles classiques à ces domaines, dans le cas de deux structures respectivement utilisées en technologies BiCMOS et CMOS analogique : le transistor bipolaire NPN vertical autopolarisé, et le transistor NMOS qui fonctionne grâce à l'action de son transistor NPN latéral parasite. Cette méthodologie repose sur une analyse approfondie des mécanismes de fonctionnement et de défaillance des composants à l'aide de simulations physiques bidimensionnelles, de caractérisations en impulsion (TLP) et d'expériences de microscopie à émission lumineuse (EMMI).
Author: Marise Bafleur
Publisher: Elsevier
ISBN: 0081011601
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 286
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Book Description
Failures caused by electrostatic discharges (ESD) constitute a major problem concerning the reliability and robustness of integrated circuits and electronic systems. This book summarizes the many diverse methodologies aimed at ESD protection and shows, through a number of concrete studies, that the best approach in terms of robustness and cost-effectiveness consists of implementing a global strategy of ESD protection. ESD Protection Methodologies begins by exploring the various normalized test techniques that are used to qualify ESD robustness as well as characterization and defect localization methods aimed at implementing corrective measures. Due to the increasing complexity of integrated circuits, it is important to be able to provide a simulation in which the implemented ESD protection strategy provides the desired protection, while not harming the performance levels of the circuit. Therefore, the main features and difficulties related to the different types of simulation, finite element, SPICE-type and behavioral, are then studied. To conclude, several case studies are presented which provide real-life examples of the approaches explained in the previous chapters and validate a number of the strategies from component to system level. - Provides a global ESD protection approach from component to system, including both the proposal of investigation techniques and predictive simulation methodologies - Addresses circuit and system designers as well as failure analysis engineers - Provides the description of specifically developed investigation techniques and the application of the proposed methodologies to real case studies
Author: Christelle Delage
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 116
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Book Description
Ce mémoire traite de la protection des circuits intégrés contre les décharges électrostatiques (ESD), en technologie BiCMOS de puissance. Notre étude repose essentiellement sur la simulation physique bidimensionnelle et la caractérisation. Les tests industriels ne rendant pas compte du comportement dynamique des structures de protection lors d'une décharge électrostatique , nous avons dû mettre au point un banc de caractérisation impulsionnel, TLP (Transmission Line Pulsing). Deux principaux éléments de protection ESD ont ainsi pu être étudiés : le transistor bipolaire npn autopolarisé est une structure de protection courramment utilisée en technologie BiCMOS. Grâce à la simulation physique, nous expliquons son mode de défaillance et nous étudions l'effet de certains paramètres technologiques sur ses performances. Les résultats de simulation sont confrontés aux mesures expérimentales et à l'analyse de défaillance. L'efficacité de cette structure de protection est ensuite démontrée sur la sortie d'un inverseur CMOS. Le thyristor apparaît comme une structure de protection très robuste mais délicate à utiliser. Pour répondre à la spécification très sévère d'une application de l'électronique automobile, nous avons conçu une nouvelle structure de protection, le MILSCR (MIrrored Lateral SCR). La simulation physique nous a permis de comprendre son mode de défaillance et de l'optimiser pour l'application considérée. Les résultats expérimentaux démontrent sa grande efficacité à protéger contre les deux polarités de décharge électrostatique. Nous proposons enfin une méthodologie de conception des structures de protection ESD.
Author:
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Category : Integrated circuits
Languages : en
Pages : 408
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Book Description
Author: Christelle Delage
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Author: Yuan Gao
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Dans l'industrie semiconducteur, une décharge électrostatique peut se produire tout au long de la vie d'une puce électronique, et constitue un vrai problème pour la fiabilité du circuit intégré et une cause majeure de défaillance. Un nouveau modèle, modèle du composant chargé (CDM, Charged Device Model) a été récemment développé pour simuler un composant chargé qui se décharge au travers d'une de ses broches vers la masse. La forme d'onde d'une telle décharge se présente comme une impulsion de courant de grande amplitude (15A pour un CDM de 1KV sur une capacité de charge de 10pF) d'une durée de seulement quelques nanosecondes. En effet, il est de plus en plus courant de constater des signatures de défaillance ESD au coeur des circuits intégrés, généralement des claquages d'oxyde qui sont typiquement induites par les décharges CDM. Une protection ESD ayant une dynamique de déclenchement inappropriée ou la circulation d'un fort courant de décharge (dans le substrat ou sur les pistes métalliques) peut induire localement des variations de potentiel suffisantes pour endommager les oxydes (3-5nm d'épaisseur pour la technologie CMOS 45nm). Face aux défis de la décharge CDM, dans cette thèse, nous nous sommes intéressée d'abord à la détection et la compréhension des défauts latents induits par les stress CDM dans les circuits intégrés, en utilisant une technique de haute sensibilité, « la mesure de bruit en basse fréquence ». Un convertisseur DC-DC a été stressé par le test CDM, après chaque étape de traitement (stockage, recuit, et vieillissement), et l'évolution des défauts latents générés a été étudiée. Ensuite, nous avons proposé une méthodologie de modélisation du circuit intégré complet afin de simuler la stratégie de protection vis-à-vis des stress CDM en limitant les problèmes de convergence de simulation. Son originalité réside dans la modélisation de la résistance du substrat en très forte injection adaptée à la décharge CDM à l'aide de la mesure VF-TLP (Very Fast Transmission Line Pulsing) et de la simulation physique 2D et 3D. La méthodologie a été validée sur une technologie CMOS avancée 45nm et une technologie BiCMOS 0,25mm). A la fin, la méthodologie de simulation CDM a été validée sur un produit commercial.
Author: Marise Bafleur
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1784053260
Category : Electric action of points
Languages : fr
Pages : 281
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Book Description
Les défaillances induites par les décharges électrostatiques (ESD) constituent un problème majeur de fiabilité et de robustesse des circuits intégrés et des systèmes électroniques. Dans certaines applications comme celles de l’automobile, ce pourcentage peut être proche de 20 %. Les problèmes de défaillance catastrophiques induits par des décharges électrostatiques n’ont commencé à être sérieusement pris en compte qu’avec l’avènement des technologies microélectroniques et la large diffusion de leurs applications dans notre vie quotidienne. Cet ouvrage examine les diverses méthodologies de protection ESD et montre par le biais de cas concrets que la meilleure approche en termes de robustesse et de coût consiste à mettre en oeuvre une stratégie globale de protection ESD. Cette approche est déclinée du composant au système pour proposer des techniques d’investigation et des méthodologies de simulation prédictive associées, validées sur différents cas d’étude.
Author: Frédéric Barbier
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Languages : fr
Pages : 216
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Book Description
Les décharges électrostatiques (esd) présentent un réel problème de fiabilité pour les circuits intégrés. Ainsi, les fabricants de semi-conducteurs et les assembleurs de systèmes diminuent les risques d'apparition de ces décharges en contrôlant l'environnement des circuits intégrés. Pour améliorer cette protection, il est nécessaire d'ajouter des structures dédiées directement sur silicium. Les travaux présentés dans cette thèse se situent au niveau de l'amélioration de la protection des circuits intégrés en optimisant les structures dédiées. Celles-ci doivent être ensuite implémentées dans une stratégie de protection performante qui doit être adaptée aux contraintes fonctionnelles du circuit à protéger. Par exemple, afin de résoudre la forte dépendance en température du courant de fuite d'un dispositif de protection des alimentations, une optimisation de ce dernier a été menée. Elle a permis de diminuer son courant de fuite mais aussi d'améliorer ses performances vis-à-vis des décharges électrostatiques. Au travers d'études de cas en technologie cmos et bicmos, les stratégies de protection distribuées (utilisant majoritairement des thyristors) et centralisées (basées sur des diodes et des dispositifs de protection des alimentations), ont été abordés. Les études menées dans ce manuscrit proposent à la fois un composant de protection des alimentations, optimisé, s'intégrant aussi parfaitement dans une stratégie de protection centralisée efficace pour les cellules d'entrées/sorties.
Author: Bertrand Courivaud
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Languages : fr
Pages : 162
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Book Description
Le cadre de cette étude se focalise sur le développement de protections contre les décharges électrostatiques (ESD) externes aux composants électroniques à protéger. Pour des raisons applicatives, ou l'encombrement devient une préoccupation majeure, ces protections ESD doivent répondre à des contraintes de taille toujours plus difficiles à satisfaire tout en gardant les mêmes performances en robustesse. Ce travail présente un nouveau concept de structure de protection ESD bidirectionnel basé sur une technologie industrielle originellement dédié à la réalisation de capacités à haute densité d'intégration. Le procédé technologique possède une étape de fabrication de tranchées profonde qui est mise à profit dans cette étude pour la réalisation de diodes tridimensionnelles. L'optimisation de la configuration de ces structure a été menée par une étude théorique à l'aide des outils de simulation TCAD afin de mieux appréhender le fonctionnement physique et d'apporter des règles de conception. De nombreux résultats expérimentaux sont présentés et des comparaisons seront également menées afin de quantifier l'apport de cette nouvelle technologie. La meilleure configuration permet de garantir une réduction de 25% de la taille des structures tout en garantissant un niveau de robustesse élevé.
Author: Guillaume de Cremoux
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Languages : fr
Pages : 144
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Book Description
Depuis les annees 1990, les besoins requis en simulation de dispositifs se sont accrus, en raison de l'integration monolithique de composants plus complexes requerant d'avantage d'optimisations. Dans le cadre de cette these, ces besoins concernent d'une part la coexistence electrique sur le meme substrat de composants micropuissance et moyenne puissance, et d'autre part la caracterisation de portes bipolaires complexes. Le travail presente synthetise et enrichit les travaux d'analyse numerique realises a l'iemn/isen pour la simulation bidimensionnelle de dispositifs electriques. A partir des equations de transport dans le silicium, une methode de calcul aux differences resolution numerique. La premiere application concerne une technologie bicmos de philips integrant des interrupteurs vdmos pour le pilotage de moteurs. Les decharges inductives dans ces transistors vdmos impliquent des phenomenes de propagation de porteurs minoritaires dans le substrat, entrainant des perturbations affectant les circuits logiques sur le meme substrat. La simulation bidimensionnelle de tels dispositifs permet de proposer des methodes de protection et de dimensionner leurs efficacites par rapport aux structures equivalentes d'origine. Une seconde technologie bicmos haute frequence de philips a ete etudiee, moyennant des modifications du procede de fabrication, pour la realisation de composants bipolaires 12l. La caracterisation de tels transistors par simulations bidimensionnelles permet l'optimisation electrique en fonction des modifications de procedes ou des variations de layout.
