Méthodologie de prédiction du niveau de robustesse d'une structure de protection ESD à l'aide de la simulation TCAD

Christophe Salamero (1)

1 LAAS-ISGE - Équipe Intégration de Systèmes de Gestion de l'Énergie

This work deals with a new method to predict ESD protection robustness with TCAD simulations and then reduce the silicon runs. This method can only be applied if a careful calibration of the simulation is firstly achieved (geometry and doping profiles). The special feature of our predictive methodology based on TCAD simulation is that the simulation is only computed within the temperature validity range of the physical models. Instead of using the temperature value as a criterion, temperature related parameters, i.e. impact ionization and thermally generated carriers, are monitored until maximum allowed temperature for the models and then extrapolated until their respective current contribution becomes equal which corresponds to the initiation of thermal breakdown. The methodology is validated on two Smart Power technologies with 0.35µm and 0.25µm minimum feature size with electrical measurement and failure analysis. Failure current is always predicted with a good accuracy compared to technology spreading. In addition, the methodology provides a significant simulation time speedup compared to classical methods based on a temperature criterion.

Les travaux de cette thèse ont consisté à développer une méthodologie permettant de prédire, à l'aide d'un outil de simulation physique, le niveau de robustesse d'une structure de protection ESD réduisant ainsi le nombre d'itérations silicium. Cette méthode ne peut être appliquée que si un calibrage minutieux de la simulation est préalablement réalisé. L'originalité de notre méthodologie repose sur le fait que la simulation ne sera réalisée que dans le domaine de validité en température des modèles physiques utilisés (c'est-à-dire pour des températures inférieures à 600K). Plutôt que d'utiliser directement la valeur de la température comme critère de défaillance du composant, notre méthode se base sur des paramètres physiques dépendants de la température. Ces derniers sont le taux d'ionisation par impact (Gi) et celui de Schokley Read Hall (RSRH) dont l'extrapolation de leur évolution respective permet de prédire le niveau de robustesse ESD du composant. La méthode a été validée pour différents dispositifs ESD réalisés dans deux technologies de puissance intelligente (Smart Power : 0.35mm et 0.25mm) différentes. La méthodologie développée durant cette thèse procure donc le double avantage de prédire des niveaux de robustesse ESD précis (c'est-à-dire proches des valeurs mesurées) avec des temps de simulation considérablement réduits en comparaison avec ceux que consommeraient d'autres méthodes proposées dans la littérature.

Mots clés: Décharges électrostatiques (ESD); Robustesse; Prédiction; Simulation TCAD; Electrostatiques discharges (ESD); Robustness; TCAD simulation

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Christophe Salamero. Méthodologie de prédiction du niveau de robustesse d'une structure de protection ESD à l'aide de la simulation TCAD. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00126914⟩