Conception de protections contre les décharges

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Nano Electronique Nano Technologies
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Thomas BENOIST
Thèse dirigée par Pierre GENTIL et Sorin CRISTOLOVEANU
codirigée par Philippe GALY, Christel BUJ, Olivier FAYNOT
préparée au sein des Laboratoire IMEP-LAHC et CEA-LETI
et de la société STMicroelectronics
dans l'École Doctorale Electronique Electrotechnique
Automatique et Traitement du signal (Grenoble INP)
Conception de protections contre
les décharges électrostatiques sur
technologies avancées silicium sur
isolant
Thèse soutenue publiquement le
27 avril 2012
devant le jury composé de :
Sylvie RETAILLEAU
Professeur à l’université Paris-Sud XI, Membre
Olivier BONNAUD
Professeur à l’université de Rennes, Rapporteur
Bruno ALLARD
Professeur à l’INSA de Lyon, Rapporteur
Pascal FOUILLAT
Professeur à l’INP-Bordeaux, Membre
Christel BUJ
Docteur, ingénieur recherche au CEA-LETI, Membre
Sorin CRISTOLOVEANU
Directeur de recherche CNRS, Membre
Philippe GALY
Docteur, chef d’équipe à STMicroelectronics, Membre
Pierre GENTIL
Professeur émérite à Grenoble INP, Membre

Quand tu partiras pour te rendre à Ithaque,
souhaite que la route soit longue,
pleine d’aventures, pleine de connaissances.
Les Lestrygons et les Cyclopes,
Poséïdon irrité, n’en aie pas peur,
Tu ne trouveras jamais rien de tel sur ta route,
si ta pensée reste haute, si délicate
est l’émotion qui touche ton esprit et ton corps.
Les Lestrygons et les Cyclopes,
le farouche Poséïdon, tu ne les rencontreras point,
si tu ne les transportes pas déjà dans ton âme,
si ton âme ne les dresse pas devant toi.
Souhaite que la route soit longue.
Que nombreux soient les matins d’été
Où, avec quelle reconnaissance, quelle joie,
tu entreras dans des ports vus pour la première fois !
Fais escale à des comptoirs phéniciens,
et acquiers de belles marchandises :
nacre et corail, ambre et ébène,
et voluptueux parfums de mille sortes,
aussi abondants que tu peux, les voluptueux parfums ;
visite de nombreuses cités égyptiennes,
et apprends, apprends encore de ceux qui se sont
instruits.
Garde toujours Ithaque présente à ton esprit.
Y parvenir est ton but final.
Mais ne hâte pas du tout ton voyage.
Mieux vaut qu’il dure de nombreuses années ;
et qu’aux jours de ta vieillesse enfin tu jettes l’ancre
dans ton île,
riche de tout ce que tu as gagné en chemin,
sans t’attendre à ce qu’Ithaque te donne des richesses.
Ithaque t’a donné le beau voyage.
Sans elle, tu ne te serais pas mis en route.
Elle n’a plus rien d’autre à te donner.
Même si tu la trouves pauvre, Ithaque ne t’a pas trompé.
Sage comme tu l’es devenu, avec tant d’expérience,
tu dois avoir déjà compris ce que signifient les Ithaque.
Constantin Cavafy (1863-1933)

Table des matières
Table des matières
5
Table des matières
Table des matières ................................................................................................. 5
Glossaire ................................................................................................................ 9
Légende des masques d’implantation ................................................................. 11
Introduction générale ........................................................................................... 13
Chapitre I ............................................................................................................. 17
Introduction ........................................................................................................................ 19
A. Généralités sur les décharges électrostatiques ......................................................... 19
1. Définition ................................................................................................................. 19
2. Enjeu industriel ........................................................................................................ 21
3. Les normes ESD ....................................................................................................... 23
Le modèle HBM : contact entre le circuit et un corps humain .................................... 24
Le modèle MM : contact entre le circuit et une machine ............................................. 25
Le modèle CDM : la décharge du circuit vers une masse extérieure ........................... 26
B. Présentation des technologies Silicium sur Isolant.................................................. 27
1. Enjeux du SOI .......................................................................................................... 27
2. La technologie silicium sur isolant partiellement désertée (PDSOI) ....................... 29
3. La technologie silicium sur isolant complètement désertée (FDSOI) ...................... 31
C. Le réseau de protection .............................................................................................. 33
1. Présentation .............................................................................................................. 33
2. Les dispositifs élémentaires sur silicium massif ...................................................... 35
Le MOSFET ................................................................................................................. 35
Les Diodes .................................................................................................................... 37
Le Thyristor .................................................................................................................. 39
D. Méthodologie de conception d’un réseau ................................................................. 41
1. Le testeur TLP .......................................................................................................... 42
2. Équivalence TLP /HBM ........................................................................................... 45
3. La Conception Assistée par Ordinateur ................................................................... 46