Outils à mettre en place

Dans la partie précédente, nous avons fait une présentation générale des différents volets de conception et de prototypage de la plateforme. Certains de ces éléments existent dans le domaine de la conception de systèmes en micro-électronique. Nous allons, dans cette partie, faire le choix des outils que nous utiliserons : les éléments réutilisables issus de la micro-électronique et les parties à mettre en place.

Nous pouvons distinguer quatre grandes parties dont deux en conception :

• la création du jeu de masques

• la mise au point du cheminement technologique

• la caractérisation des prototypes

2.2.2.1 Outils de créations des jeux de masques

En micro-électronique, la définition et le dessin des jeux de masques se font à l'aide de logiciels informatiques. Les principaux logiciels utilisés sont constitués d'une partie simulateur pour la mise au point du système et d'une partie dessin pour la définition des masques en eux-mêmes. Ils reposent sur des bases de données couplées et regroupées dans des « design-kits ». Pour chaque technologie de fabrication, les fondeurs mettent au point et fournissent un design-kit dédié. Ces derniers sont constitués des différents modèles et des masques de chaque composant réalisable dans la technologie. Nous y trouvons aussi la définition de cette dernière, la liste des niveaux de masquage, la liste des contraintes liées à la technologie, les liens existant entre les différents niveaux de masques,...

Le concepteur utilise directement le design-kit de la technologie qu'il souhaite utiliser pour concevoir son système. Il n'a pas à se soucier de la technologie car celle-ci étant fixe, il n'intervient à aucun moment sur elle.

Actuellement Cadence et Mentor sont les deux plateformes logiciels principalement utilisées dans le domaine de la micro-électronique. Nous avons fait le choix d'utiliser Cadence disponible au CIME Nanotech, car nous l'avons pratiqué par le passé pour la réalisation d'un jeu de masques. Il nous a permis de ne pas avoir à redécouvrir un logiciel et de pouvoir réutiliser certaines parties réalisées dans le passé. L'outil Cadence nous fournit aussi les outils de simulation de systèmes analogiques, puis nous permet de générer, créer, modifier et vérifier des masques. Un rebouclage depuis la phase d'élaboration des masques vers la simulation électrique est possible à l'aide de routines faisant l'extraction des composants constituant le jeu de masques. Pour faire tout cela, à l'image du support offert par les fondeurs, nous avons besoin de mettre au point un design-kit. La spécificité de l'électronique de puissance réside dans le fait que nous sommes amenés à jouer sur les paramètres physiques et donc technologiques de la filière technologique en particulier lorsque l'on souhaite concevoir un nouveau composant de puissance induisant une filière spécifique. Par conséquent, nos design-kits doivent pouvoir s'adapter aux variations de la technologie qui seront imposées par la conception optimale de chaque composant de puissance. En effet, il faut bien sentir une chose : le composant de puissance est sensible à la structure physique et donc sa technologie doit être adaptée, au moins à minima, pour optimiser ses caractéristiques fonctionnelles et électriques. De fait, il existe un nombre non négligeable de filières technologiques mais surtout il existe un nombre important de jeux de paramètres technologiques liés à l'optimisation conduite pour chaque cahier des charges de puissance. De fait, si l'on ne veut pas avoir à construire un design kit pour chaque nouveau cahier des charges de puissance lorsque nous souhaiterons intégrer des composants et fonctions annexes au sein même du composant, il faut que nos design kit offrent la possibilité de tenir compte, à minima, de certains variations technologiques.

Il semble possible de faire progresser ce point sur l'identification des paramètres critiques puis sur la paramétrisation des modèles et sous éléments du design-kit pour pouvoir en tenir compte. Nous verrons

plus loin comment nous allons prendre cela en compte.

2.2.2.2 Outils de cheminement technologique

La mise au point du cheminement technologique est faite en plusieurs étapes. Une fois que le concepteur a choisi les étapes technologiques, leur enchaînement et les masques nécessaire à la réalisation de son dispositif, il utilise un outil de la plateforme CAPsis pour calculer les paramètres des étapes (durée de diffusion, température, dose, énergie, concentration en agents d'attaque…).

L'outil de conception technologique doit pouvoir assister le concepteur dans la paramétrisation du diagramme de cheminement en proposant une identification du chemin de conception critique et en offrant des mise en garde dans le travail de conception pour limiter les risques d'erreurs. Pour cela l'outil doit incorporer un ensemble de données relatives à chaque étape technologique et pouvoir les rendre interactives d'une étape à l'autre. A la suite de la définition de l'enchainement des étapes, l'outil pourra alors assister avec fiabilité le concepteur dans la paramétrisation technologique du procédé en fonction du cahier des charges structurel attendu. Puis, le concepteur lancera les routines de calculs des paramètres. Pour cela, l'outil de conception technologique lance des calculs et des simulations en utilisant les logiciels adéquats, tels que Silvaco pour les simulations par éléments finis. Ensuite, il fournit un fichier décrivant le cheminement technologique complet et prêt à l'emploi. Cette approche sera fortement utile lors de la paramétrisation technologique d'un nouvelle filière.

Le concepteur de systèmes peut aussi vouloir choisir d'utiliser un cheminement technologique « prêt à l'emploi ». Ce type de cheminement définit un certain nombre d'étapes et leur enchaînement ; seul l'ajustement de certains paramètres doit être effectué en fonction des caractéristiques géologiques que le concepteur souhaite. Comme dans le cas précédent, l'outil de conception de cheminement technologique doit être en mesure de réaliser ce calcul.

De plus, une écriture « normalisée » du cheminement technologique permet une capitalisation efficace dans notre base de données. Cela permet une réutilisation rapide des cheminements déjà existants par une personne ne connaissant pas forcément la démarche de conception du cheminement de fabrication. Ceci permet au concepteur de systèmes de puissance complexes de travailler soit avec un cheminement technologique déjà existant, soit d'en créer un nouveau.

2.2.2.3 Préparation des tranches

Le concepteur fournit à la plateforme CAPsis sur son volet technologies de réalisation les jeux de masques des systèmes qu'il souhaite réaliser. Un outil doit permettre de réaliser automatiquement le réticule des projets, de même technologies, puis la duplication du motif sur toute la surface de la tranche. Cet outil permet un gain de temps et de réduire les erreurs possibles. De plus, lors de cette étape, l'outil doit ajouter sur le jeu de masques une série de motifs d'alignement qui servent de repères pour aligner les masques entres eux lors de la fabrication, ainsi que des motifs de test permettant la caractérisation de la technologie. Ces motifs devront être déterminés et générés pour chaque technologie afin de pouvoir retrouver toutes les

caractéristiques de la tranche et de savoir en cas de non conformité, quelles étapes posent problème et pourquoi.

2.2.2.4 Réalisation des prototypes

Une fois le jeu de masques conçu, il pourra être commandé auprès d'une entreprise de fabrication de masques. Après quoi, la réalisation des prototypes pourra être initiée. Durant ce processus, des tranches de tests seront ajoutées au lot à fabriquer, elles serviront à la vérification en cours de fabrication du bon déroulement des étapes. Nous devrons donc déterminer les étapes qui seront absolument utiles de vérifier. Par exemple l'oxyde de grille qu'impose la tension de seuil du composant devra être tester, afin de garantir la tension souhaitée.

Mais ces tranches tests pourront être utiles pour qualifier la salle blanche. En effet, que l'étape soit réussie ou non, nous enrichirons nos connaissances sur les bâtis de la salle blanche. Ceci, nous permettra de caler les modèles et les abaques qui servent lors de la détermination des paramètres du cheminement technologique.

2.2.2.5 Vérification de la technologie

Une fois la fabrication achevée, la caractérisation de la technologie peut être lancée grâce aux motifs de test et à l'aide de divers appareils : traceur de caractéristiques statiques, Spreading Resistance Profiling (SRP)... Nous devrons donc faire le choix des motifs de test à implanter en fonction du cheminement choisi. Quelques tests devront être mis en place pour vérifier rapidement les points critiques de la structure et pour vérifier la conformité de la technologie. Par exemple, un test vérifiant la zone de tenue en tension ou l'oxyde de grille permettra rapidement de savoir si le composant tiendra correctement de tension et si la grille à des chance de fonctionner.

Tous ces tests devront être « normalisés » et une méthodologie de caractérisation devra être mise en place, pour garantir les résultats obtenus et accélérer le processus de caractérisation.

Ceci permet au concepteur de systèmes sur silicium de connaître la technologie des systèmes finalement obtenus afin d'en tenir compte lors de ses essais. De plus, ces mesures issues des prototypes fabriqués permettent d'ajuster les modèles afin que les simulations concordent au mieux à la réalité.

2.2.2.6 Données partagées durant les étapes de conception

Nous avons pu constater qu'il existe des liens entre les trois étapes que sont la conception de masques, la conception du cheminement technologique et la réalisation des prototypes. Afin de réaliser ces étapes, nous devons mettre en commun un certain nombre de données, modèles, procédés technologiques... Pour cela, la création d'une base de données partagée au sein de la plateforme doit être envisagée. Pour mettre en place cette base de données, nous devons déterminer quelles sont les données que nous souhaitons échanger ou partager entre les différentes parties.

toutes les différentes parties. C'est pour cela qu'elle sera abordée plus en détails au cours des travaux présentés dans cette thèse. Nous aborderons aussi la mise en place de modèles et de masques paramétrés dans le but de remplir cette base de données et de mettre les bases de la plateforme en place.