Tekfouy LIM - TEL (Thèses-en

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Nano-Electronique et Nano-Technologies
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
« Tekfouy LIM »
Thèse dirigée par « Philippe BENECH » et
codirigée par « Jean JIMENEZ »
préparée au sein du Laboratoire IMEP-LAHC
dans l'École Doctorale EEATS Electronique, Electrotechnique,
Automatique et Traitement du Signal
Dispositifs de protection contre
les décharges électrostatiques
pour les applications radio
fréquences et millimétriques
Thèse soutenue publiquement le « 28 Mai 2013 »,
devant le jury composé de :
Mme Nathalie LABAT
Professeur des universités, Bordeaux, Président
Mme Marise BAFLEUR
Directeur de recherches, Toulouse, Rapporteur
M. Bruno ALLARD
Professeur des universités, Lyon, Rapporteur
M. Philippe BENECH
Professeur des universités, Grenoble, Directeur de thèse
M. Jean JIMENEZ
Ingénieur STMicroelectronics, Crolles, Encadrant
M. Philippe GALY
Expert (HDR) / Manager STMicroelectronics, Crolles, Encadrant
M. Jean-Michel FOURNIER
Professeur des universités, Grenoble, Invité

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1 R ESUME / A BSTRACT
 Résumé
Ces travaux s’inscrivent dans un contexte où les contraintes vis-à-vis des décharges électrostatiques
sont de plus en plus fortes, les circuits de protection sont un problème récurrent pour les circuits
fonctionnant à hautes fréquences. La capacité parasite des composants de protection limite fortement
la transmission du signal et peut perturber fortement le fonctionnement normal d’un circuit.
Les travaux présentés dans ce mémoire font suite à une volonté de fournir aux concepteurs de circuits
fonctionnant aux fréquences millimétriques un circuit de protection robuste présentant de faibles
atténuations en transmission, avec des dimensions très petites et fonctionnant sur une très large bande
de fréquences, allant du courant continu à 100 GHz.
Pour cela, une étude approfondie des lignes de transmission et des composants de protection a été
réalisée à l’aide de simulations électromagnétiques et de circuits. Placés et fragmentées le long de ces
lignes de transmission, les composants de protection ont été optimisés afin de perturber le moins
possible la transmission du signal, tout en gardant une forte robustesse face aux décharges
électrostatiques. Cette stratégie de protection a été réalisée et validée en technologies CMOS avancées
par des mesures fréquentielles, électriques et de courant de fuite.
 Mots clés
Décharges électrostatiques, fréquences millimétriques, technologies CMOS avancées
 Title
Development of an ElectroStatic Discharges (ESD) protection circuit for millimeter-wave frequencies
applications.
 Abstract
Advanced CMOS technologies provide an easier way to realize radio-frequency integrated circuits
(RFICs). However, the lithography dimension shrink make electrostatic discharges (ESD) issues
become more significant. Specific ESD protection devices are embedded in RFICs to avoid any
damage. Unfortunately, ESD protections parasitic capacitance limits the operating bandwidth of
RFICs. ESD protection size dimensions are also an issue for the protection of RFICs, in order to avoid
a significant increase in production costs.
This work focuses on a broadband ESD solution (DC-100 GHz) able to be implemented in an I/O pad
to protect RFICs in advanced CMOS technologies. Thanks to the signal transmission properties of
coplanar / microstrip lines, a broadband ESD solution is achieved by implementing ESD components
under a transmission line. The silicon proved structure is broadband; it can be used in any RF circuits
and fulfill ESD target. The physical dimensions also enable easy on-chip integration.
 Keywords
ElectroStatic Discharges (ESD), millimeter-wave frequencies (mmW), advanced CMOS technologies

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© 2013- Tekfouy Lim

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à ma famille,
à mes amis,