Création d’un module de vérification ESD

Cet outil a été adapté, par l’ajout d’un module, pour vérifier d’une part le positionnement des protections et dans un second temps effectuer la vérification de l’existence des chemins d’évacua- tion. Dans le cadre d’une stratégie de protection globale et afin d’effectuer ces vérifications, l’outil nécessite diverses informations décrites ci-dessous :

– La résistance en conduction des cellules centrales de protection. – La résistance des bus d’alimentation.

– Les informations de connexion des protections (diodes et cellules centrales). – Le niveau de tension critique des transistors utilisés.

Afin de vérifier si le placement des E/S est optimisé pour obtenir un niveau de protection contre les décharges électrostatiques, nous considérons le stress PS comme étant le stress le plus critique dans le cadre de la stratégie employée. En effet, lorsque la décharge électrostatique intervient entre une E/S et la masse (figure III.7), le courant ESD est évacué vers le bus d’alimentation par l’intermédiaire de la diode localisée entre l’E/S et l’alimentation. La protection centrale, localisé au plus proche de l’E/S stressée, est rendu active et redirige par conséquent le courant vers sa masse locale. La décharge électrostatique est alors acheminée vers le plot de masse.

Ra Rs Rc Vt+Rd Vss E/S Vi

Fig. III.7 – Circuit représentatif du stress PS

La tension induite Vi lors du passage du courant dans la diode de redirection, la résistanceRa du bus d’alimentation Vdd, la résistance de conductionRcde la protection centrale et la résistance Rsde masse locale est imposée aux transistors connectés entre le plot d’E/S et la masse locale de celui-ci. Le stress PS est considéré comme étant le plus critique parmi les multiples configura- tions de stress d’un test standard HBM. L’outil de vérification reconstitue la périphérie du circuit à un réseau de résistance permettant ainsi de vérifier si toutes les configurations de stress PS n’in- duisent pas une tension critique aux bornes des transistors utilisés. Au final l’outil est en mesure de déterminer le niveau de tension HBM maximum acceptable par le circuit. En revanche il convient également de s’assurer qu’il existe un chemin de conduction pour toutes les configurations de stress HBM. Nous devons déterminer par exemple que les groupes de masse soient connectés à l’aide de diodes "têtes-bêches" permettant ainsi un passage du courant d’un segment à l’autre.

Grâce à cet outil nous sommes aujourd’hui en mesure de déterminer la faculté à protéger d’un circuit pour un niveau de courant HBM donné quelle que soit la configuration des multiples segments d’alimentation et du type de plots d’E/S utilisés dans le cadre d’une stratégie globale de protection.

III.4

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons exposé une méthode automatisée de validation de cellules dy- namiques de protection. Dans un contexte industriel, il est important d’accomplir cette étape afin de considérer tous les facteurs limitants ou toutes les contraintes extérieures pouvant dégrader les propriétés électriques d’une cellule dynamique de protection.

Par ailleurs, une large partie a été consacrée à l’exploitation des résultats de caractérisation en vue de l’utilisation du circuit de protection au sein d’une stratégie globale de protection ESD. Un outil de vérification des règles de positionnement des E/S constituant les segments d’un circuit a également été présenté.

Nous disposons à ce jour d’un flot de validation efficace lui-même associé à un flot de vérification optimal permettant de qualifier une cellule de protection ESD en accord avec les spécificités de fonctionnement souhaitées.

Chapitre IV

Aujourd’hui, la réduction des dimensions entraîne l’apparition de nouveaux systèmes inté- grant des fonctionnalités complexes et spécifiques. La difficulté pour la conception d’un circuit de protection dynamique repose sur l’attribution de priorités de fonctionnement du dispositif en rapport avec les contraintes externes d’utilisation. Dans le cas d’une cellule de protection, la dé- tection de l’évènement ESD est mis au premier rang dans les contraintes à respecter au détriment d’un niveau acceptable de transparence. Nous avons vu précédemment au chapitre 2 que la cellule de protection présentée est sensible à certaines rampes rapides entraînant son déclenchement, et par la suite une consommation en courant irréversible pouvant à terme détruire le circuit. Il faut donc pouvoir, pour certaines applications, adresser des temps de montée d’alimentation très ra- pides sans pour autant obtenir une dégradation, voire dans certains cas la destruction du circuit. Dans ce chapitre, deux évolutions pour protections dynamiques sont présentées. La première par- tie fait l’objet de la description d’un sous-circuit utilisé pour désactiver la conduction causée par un déclenchement intempestif. Ce dispositif est adaptable au dispositif de protection présenté au cours du chapitre 2. La deuxième partie est consacrée à la présentation d’un nouveau concept de détection autorisant des temps de montée d’alimentation très rapides.

IV.1

Circuit de coupure

Dans certaines applications comme lors de l’utilisation des cartes à puces, les temps de montée d’alimentation sont très rapides avec une rampe pouvant atteindre ∂V_∂t = 10mV /ns. Le circuit de

protection actuel utilisant un filtre passif ne peut pas être soumis à des rampes aussi rapides sans induire un déclenchement suivi d’une conduction du transistor d’évacuation. La diminution de la constante de temps du filtre pour améliorer sa sélectivité impliquerait des non-déclenchements en régime ESD pour des décharges électrostatiques à basse tension de charge. L’alternative présentée ci-après permet la conservation du circuit initial tout en réduisant la conduction en courant à des niveaux acceptables pour les rampes trop rapides.

IV.1.1

Principe

Certaines applications autorisent une surconsommation de courant au démarrage du produit. Les dispositifs analogiques tels que les régulateurs, les oscillateurs ou encore les démarreurs de circuit, consomment également du courant lors des phases de démarrage. Le principe consiste donc à couper la conduction en courant, par le déverrouillage du dispositif de maintien après un certain retard. Le schéma de principe figure IV.1 illustre le fonctionnement de la cellule de cou- pure. Un sous-circuit de coupure, activé par le signal de sortie de la cellule de détection, contrôle l’activation ou non du dernier inverseur de la chaîne. Cette temporisation permet de désactiver la protection après une durée jugée suffisante pour une décharge électrostatique.

Vdd Vss D E T E C T I O N Cellule Immunité au Bruit Pull−up Circuit de coupure