Conception de protection 3D contre les décharges électrostatiques (ESD) en technologie silicium avancée sur isolant (FD SOI) film mince multi couches

Design of 3D protection against electrostatic discharges (ESD) in advanced silicon on insulator FDSOI thin film multilayer technology

• Auteur / Autrice : Louise De conti
• Direction : Philippe Galy, Sorin Cristoloveanu, Maud Vinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 02/10/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Labat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Allard, Jean-Pierre Colinge
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dionyz Pogany, Bruno Allard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés tridimensionnels

Électrostatique

Transistors en couches minces

Décharges électriques

Mots clés libres

Esd

Fd-Soi

3d

Film mince

Décharges électrostatiques

Tcad

Esd

Fd-Soi

3d

Thin film

Electrostatic discharges

Tcad

Résumé

L’objectif de la thèse était de concevoir des composants de protection contre les décharges électrostatiques (ESD) sur film mince de silicium en technologie 28nm FD-SOI de chez STMicroelectronics (technologie silicium sur isolant « Silicon-On-Insulator » (SOI) entièrement déplété « Fully Depleted » (FD)). Cette technologie est caractérisée par un film de silicium, un oxyde enterré ultra minces (UTBB), et par une grille métallique avec oxyde à haute permittivité (high-k). En prenant en compte ces caractéristiques, des composants existants ont été étudiés et de nouvelles solutions technologiques ont été proposées pour les améliorer. De plus, de nouveaux composants ont été élaborés. Ils ont été simulés en 3D avec le logiciel TCAD afin de comprendre leur comportement électrique. Des plaques de silicium ont été mesurées afin de vérifier la réponse des composants lors de tests typiques pour les ESD. Ce travail ouvre la voie pour des composants de protection contre les décharges électrostatiques conçus dans le film mince avec une attention spéciale pour l’aspect 3D, tel que (i) la possibilité d’implémenter la protection dans un circuit intégré 3D monolithique, (ii) la conception de matrice en tant que composant de protection, et (iii) la fusion de différents composants pour bénéficier d’une conduction de courant en 3D.

The thesis objective was to design protection devices against electrostatic discharges (ESD) in the silicon thin-film using the 28 nm node ultra-thin Body and Buried Oxide (UTBB) Fully Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI) technology with high-k metal gate. Existing devices were studied and new technological solutions were proposed to improve them. Besides, new devices were elaborated. 3D TCAD simulation was used for understanding their electrical behavior. Silicon characterization were performed to verify the response of devices to typical ESD tests. This work paves the way of innovative ESD protection devices built in the thin film with a special care given to 3D concerns, such as (i) the possibility of implementing the protection in a 3D monolithic integrated circuit, (ii) building a matrix as a protection device, and (iii) merging different devices such as benefiting from a 3D conduction of current.