Diagnostic des réseaux d'interconnexions programmables dans les circuits intégrés à l'échelle de la tranche de silicium PDF Download
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Author: Sion Gontran
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Languages : en
Pages : 104
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Author: Sion Gontran
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Languages : en
Pages : 104
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Author: Julie Roullard
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Languages : fr
Pages : 0
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Ces travaux de doctorat portent sur la caractérisation, la modélisation et l'optimisation des performances électriques des réseaux d'interconnexions dans les empilements 3D de circuits intégrés. Dans un premier temps des outils de caractérisation ont été développés pour les briques élémentaires d'interconnexions spécifiques à l'intégration 3D : les interconnexions de redistribution (RDL), les interconnexions enfouies dans le BEOL, les vias traversant le silicium (TSV) et les piliers de cuivre (Cu-Pillar). Des modèles électriques équivalents sont proposés et validés sur une très large bande de fréquence (MHz-GHz) par modélisation électromagnétique. Une analyse des performances électriques des chaînes complètes d'interconnexions des empilements 3D de puces est ensuite effectuée. Les empilements « Face to Face », « Face to Back » et par « Interposer » sont comparés en vue d'établir leurs performances respectives en terme de rapidité de transmission. Une étude est aussi réalisée sur les inductances 2D intégrées dans le BEOL et dont les performances électriques sont fortement impactées par le report des substrats de silicium. La dernière partie est consacrée à l'établissement de stratégies d'optimisation des performances des circuits 3D en vue de maximiser leur fréquence de fonctionnement, minimiser les retards de propagation et assurer l'intégrité des signaux (digramme de l'œil). Des réponses sont données aux concepteurs de circuits 3D quant aux meilleurs choix d'orientation des puces, de routage et de densité d'intégration. Ces résultats sont valorisés sur une application concrète de circuits 3D « mémoire sur processeur » (Wide I/O) pour lesquels les spécifications requises sur les débits (Gbp/s) restent un véritable challenge.
Author: Anna Triantafyllou
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Languages : fr
Pages : 0
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L'évolution qui caractérise principalement le domaine de la microélectronique est la réduction des dimensions des circuits intégrés. L'industrie des semi-conducteurs n'a cessé d'améliorer ses produits en augmentant la densité d'intégration et la vitesse de fonctionnement. Pourtant, les effets de la réduction des dimensions ne se limitent pas à un simple facteur d'échelle puisque des limitations physiques et technologiques font surgir de nouvelles contraintes. Parmi celles ci, les limitations induites par la miniaturisation des réseaux d'interconnexions constituent un facteur critique pour les performances des circuits intégrés des générations à venir. Le retard des signaux à transmettre, la consommation de puissance et de surface sont des éléments qui conduisent à proposer des systèmes d'interconnexions innovants, au delà du cuivre et des matériaux de basse permittivité. La faisabilité des interconnexions radiofréquences est évaluée au cours de cette étude, comme une solution alternative face aux limitations des interconnexions traditionnelles. La transmission des informations avec des ondes électromagnétiques émises et détectées par des antennes intégrées pourrait résoudre le problème de retard de propagation des signaux et permettre de réduire la surface occupée et la puissance consommée.Les performances des antennes intégrées sur substrat silicium bulk ou SOI sont étudiées par des moyens théoriques et expérimentaux dans la bande de fréquence allant de 10 GHz à 40 GHz. L'impact des matériaux sur l'amplitude de la puissance transmise est analysé. Les mesures réalisées sur les prototypes des dipôles montrent un excellent gain de transmission de l'ordre de -10 dB.
Author: Anna Triantafyllou
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Languages : fr
Pages : 157
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L'évolution qui caractérise principalement le domaine de la microélectronique est la réduction des dimensions des circuits intégrés. L'industrie des semi-conducteurs n'a cessé d'améliorer ses produits en augmentant la densité d'intégration et la vitesse de fonctionnement. Pourtant, les effets de la réduction des dimensions ne se limitent pas à un simple facteur d'échelle puisque des limitations physiques et technologiques font surgir de nouvelles contraintes. Parmi celles ci, les limitations induites par la miniaturisation des réseaux d'interconnexions constituent un facteur critique pour les performances des circuits intégrés des générations à venir. Le retard des signaux à transmettre, la consommation de puissance et de surface sont des éléments qui conduisent à proposer des systèmes d'interconnexions innovants, au delà du cuivre et des matériaux de basse permittivité. La faisabilité des interconnexions radiofréquences est évaluée au cours de cette étude, comme une solution alternative face aux limitations des interconnexions traditionnelles. La transmission des informations avec des ondes électromagnétiques émises et détectées par des antennes intégrées pourrait résoudre le problème de retard de propagation des signaux et permettre de réduire la surface occupée et la puissance consommée.Les performances des antennes intégrées sur substrat silicium bulk ou SOI sont étudiées par des moyens théoriques et expérimentaux dans la bande de fréquence allant de 10 GHz à 40 GHz. L'impact des matériaux sur l'amplitude de la puissance transmise est analysé. Les mesures réalisées sur les prototypes des dipôles montrent un excellent gain de transmission de l'ordre de -10 dB.
Author: Nicolas Delorme
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Languages : fr
Pages : 163
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L'ACCROISSEMENT DES FREQUENCES DE TRAVAIL DES CIRCUITS INTEGRES A HAUTES PERFORMANCES AINSI QUE LA REDUCTION DES GEOMETRIES DANS LES TECHNOLOGIES AVANCEES ONT REVELE LE CARACTERE CRITIQUE DES INTERCONNEXIONS, TANT AU POINT DE VUE DE LA FONCTIONNALITE QUE DES PERFORMANCES TEMPORELLES, DE LA CONSOMMATION ET DE LA FIABILITE. LEUR MODELISATION PRECISE EST DEVENUE UNE ETAPE IMPORTANTE DE LA CONCEPTION ET DE LA REALISATION D'UN CIRCUIT. NOUS AVONS DANS UN PREMIER TEMPS EVALUE LES EFFETS DES ELEMENTS PARASITES LIES AUX INTERCONNEXIONS (PROPAGATION, DISCONTINUITES, SUBSTRAT...) SUR LES PERFORMANCES DES CIRCUITS, DEFINI LES MODELES LES PLUS EFFICACES POUR LES REPRESENTER ET EVALUE L'IMPACT DES CONTRAINTES LIEES AUX PROCEDES TECHNOLOGIQUES. PLUSIEURS OUTILS DE MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE (BASES SUR DES METHODES INTEGRALES) ET DE MESURE HYPERFREQUENCE (ANALYSE TEMPORELLE ET FREQUENTIELLE) ONT ETE UTILISES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS AVONS PRESENTE DES RECOMMANDATIONS POUR L'OPTIMISATION DES INTERCONNEXIONS. LES POINTS DE VUE DE LA TECHNOLOGIE ET DE LA CONCEPTION ONT ETE ABORDES. NOUS AVONS EVALUE L'EFFICACITE DES CHOIX TECHNOLOGIQUES ET DES METHODES DE CONCEPTION SUR DES CAS SIMPLES D'INTERCONNEXIONS, PUIS SUR UN CIRCUIT REEL. LE DEVELOPPEMENT DE FORMULES ANALYTIQUES D'INDUCTANCES ET DE CAPACITES D'INTERCONNEXIONS NOUS A PERMIS D'ALLEGER CONSIDERABLEMENT CETTE PHASE DE MISE AU POINT.
Author: Yves Quéré
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Languages : fr
Pages : 143
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L’amélioration des performances des circuits intégrés se traduit par une évolution permanente de la technologie de fabrication permettant l’intégration d’un nombre de transistors toujours plus important. Les fréquences d’horloges ne cessent d’augmenter et, pour diminuer la consommation d’énergie, les tensions d’alimentation sont de plus en plus faibles. Les critères de conception deviennent très critiques en termes de performances et d’immunité au bruit. Depuis quelques années, ces critères sont fortement conditionnés par le réseau d’interconnexions. Le travail présenté dans ce mémoire consiste à valider ou à mettre en défaut les critères et les hypothèses utilisés par les concepteurs, notamment en ce qui concerne les effets inductifs, pour les technologies de circuits numériques actuelles et futures. Ainsi, nous caractérisons les interconnexions sur une large bande de fréquences afin de mettre en évidence l'influence des effets électromagnétiques induits par le réseau d’interconnexions aux hautes fréquences. Le contexte général des circuits intégrés et des modèles d’interconnexion utilisés lors de la conception est traité dans les deux premiers chapitres. Le troisième chapitre propose une méthode innovante de détermination de l’inductance de boucle. Il décrit aussi comment déduire de cette technique un modèle fréquentiel simple ainsi qu’une approche réduisant la complexité du réseau d’interconnexions. Le quatrième chapitre examine l’influence des niveaux d’interconnexions orthogonaux lors de la détermination de l’inductance de boucle sur une large gamme de fréquences. Il décrit aussi la validation de nos hypothèses par des circuits de test réalisés au LEST en technologie multi-couches, la mise en évidence et la modélisation d’effets hautes fréquences. Enfin, le dernier chapitre traite de l’identification de discontinuités critiques qui entraînent des modifications de la distribution du courant dans le réseau d’interconnexions. Le phénomène qualifié de “conversion de mode” est responsable de ces modifications et doit être minimisé pour calculer de façon précise l'inductance de boucle et éviter les retours de courants "parasites”, sources de bruit. Une règle de dessin et une technique d’insertion de vias sont proposées pour minimiser ces effets.
Author: Benjamin Blampey
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Languages : fr
Pages : 182
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L'intégration toujours plus poussée, alliée a l'augmentation des fréquences d'horloges, les réseaux d'interconnexions contribuent aujourd'hui a plus de 50% des temps de fonctionnement des circuits numériques. La prédiction rigoureuse des temps de retard et des amplitudes des signaux nécessite une analyse sur un large spectre (DC-400Hz). La caractérisation des interconnexions «on-chip» isolées ainsi que les vias nous a permis d' établir et de valider des modèles pour prédire les performances électriques pour les générations futures. 'Une méthode expérimentale de caractérisation originale d'interconnexions couplées nous a permis d'étudier les phénomènes de diaphonie. Enfin la caractérisation et la modélisation de l'impact des dummies sur les performances des interconnexions a été grandement développée. Une procédure d'analyse dans Ie domaine temporel nous permet ensuite de quantifier l'impact des architectures du réseau d'interconnexions et des matériaux sur les performances électriques de ces interconnexions en termes de retards et de couplages inter et intra-niveaux. Ainsi, nous avons pu analyser et déterminer l'impact des nouvelles filières technologiques (CMOS 65nm a CMOS 32 nm) sur les performances électriques des interconnexions, en particulier les technologies les plus avancées tel que les intégrations de diélectriques très faibles permittivités (ultra-low-k), ou des architectures air-gap et les barrières auto-positionnées. En vue de l'amélioration des performances des réseaux d'interconnexions nous offrons aux technologues et aux designers de circuit des outils d'expertise. Les travaux présentés ont été réalisés en collaboration avec STMicroelectronics
Author: RACHID.. SALIK
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Languages : fr
Pages : 164
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L'EVOLUTION DES CIRCUITS INTEGRES A HAUTE VITESSE, A GRAND NOMBRE D'ENTREE/SORTIE ET A PUISSANCE ELEVEE EST LARGEMENT CONDITIONNEE PAR LES INTERCONNEXIONS ENTRE COMPOSANTS ACTIFS, SUR LE CIRCUIT, ENTRE CIRCUITS ET AU NIVEAU DU BOITIER. UNE SOLUTION QUI PERMET D'AUGMENTER SENSIBLEMENT LES PERFORMANCES PAR RAPPORT AU PACKAGING STANDARD EST LA TECHNIQUE DES MULTI CHIP MODULES (MCM). CETTE TECHNIQUE TIRE SON AVANTAGE D'UNE CONNEXION DIRECTE DE PUCES NUES A TRAVERS UN RESEAU D'INTERCONNEXIONS MULTICOUCHES QUI PEUT ETRE REALISE PAR DIFFERENTES TECHNOLOGIES. PAR NATURE, LA TECHNIQUE MCM PERMET AUSSI UNE FORTE DENSITE D'INTEGRATION. LES PERFORMANCES ELECTRIQUES DES CIRCUITS SONT LARGEMENT CONDITIONNEES PAR LES RESEAUX D'INTERCONNEXIONS DU MCM. LES CONNEXIONS DOIVENT DONC ETRE PRISES EN COMPTE DES LA CONCEPTION DES CIRCUITS, EN TANT QUE COMPOSANTS A PART ENTIERE, ET ETUDIEES A L'AIDE DES CONCEPTS DE L'ELECTROMAGNETISME. POUR CELA, LES INTERCONNEXIONS SONT CONSIDEREES COMME DES GUIDES SUBMINIATURES, AUXQUELS S'APPLIQUE LA THEORIE DES LIGNES DE TRANSMISSION. CE MEMOIRE EST CONSACRE AU DEVELOPPEMENT D'UN OUTIL DE MODELISATION ELECTRIQUE DU RESEAU D'INTERCONNEXIONS DES MCM. LA METHODE DE RESONANCE TRANSVERSE (TRM) QUI A ETE CHOISIE PREND EN CONSIDERATION LES PARAMETRES GEOMETRIQUES ET MATERIAUX REELS DES INTERCONNEXIONS. EN OUTRE, ELLE NE NECESSITE QUE DES MOYENS INFORMATIQUES MODESTES. PAR CONTRE, CE DERNIER AVANTAGE EST ACQUIS AU PRIX D'UN DEVELOPPEMENT ANALYTIQUE IMPORTANT. LA METHODE DEVELOPPEE EST APPLIQUEE A UN TYPE D'INTERCONNEXIONS POUR MCM-D. L'ETUDE MET EN EVIDENCE LE ROLE IMPORTANT QUE JOUENT LES DIVERS PARAMETRES GEOMETRIQUES DE L'INTERCONNEXION (LARGEUR, EPAISSEURS DES METALLISATIONS ET HAUTEUR DES ISOLANTS DIELECTRIQUES) AINSI QUE LES MATERIAUX UTILISES (PERMITTIVITE COMPLEXE DES ISOLANTS DIELECTRIQUES ET CONDUCTIVITE DES METALLISATIONS). LES PERFORMANCES ELECTRIQUES DES INTERCONNEXIONS SONT EVALUEES A TRAVERS DEUX PARAMETRES FONDAMENTAUX: LA VITESSE DE PROPAGATION ET L'EXPOSANT D'ATTENUATION
Author: Jean Chilo
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Languages : fr
Pages : 141
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CONNECTIQUE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES ULTRA-RAPIDES EN TECHNOLOGIE SILICIUM, ARSENIURE DE GALLIUM ET JOSEPHSON. ETUDE DES EQUATIONS DES LIGNES COUPLEES. MODELISATION DES LIGNES COUPLEES (CAS DE SYSTEMES SANS PERTES, CAS DE CONDUCTEURS OU SUPRACONDUCTEURS A PERTES). COMPARAISON ENTRE METHODE ENERGETIQUE ET METHODE POTENTIELLE. RESULTATS DE MODELISATION. THEORIE MODALE DES LIGNES. RESULTATS D'ANALYSE TEMPORELLE
Author: Jean Chilo
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Languages : fr
Pages : 0
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CONNECTIQUE DES CIRCUITS INTEGRES LOGIQUES ULTRA-RAPIDES EN TECHNOLOGIE SILICIUM, ARSENIURE DE GALLIUM ET JOSEPHSON. ETUDE DES EQUATIONS DES LIGNES COUPLEES. MODELISATION DES LIGNES COUPLEES (CAS DE SYSTEMES SANS PERTES, CAS DE CONDUCTEURS OU SUPRACONDUCTEURS A PERTES). COMPARAISON ENTRE METHODE ENERGETIQUE ET METHODE POTENTIELLE. RESULTATS DE MODELISATION. THEORIE MODALE DES LIGNES. RESULTATS D'ANALYSE TEMPORELLE.
