Processus de conception

consiste à la mise au point d'un composant seul (VD-MOSFET, IGBT,...) sans fonction intégrée, et la seconde en l'ajout d'une fonction au cœur d'un composant de puissance.

Dans le premier cas, nous aurons toutes les libertés sur la technologie (nombre d'étapes, niveau de dopages, température de four,...) pour obtenir le composant de puissance qui répond le mieux au cahier des charges. Toutefois, les paramètres de technologie devrons être bornés dans les limites imposées par la salle blanche à notre disposition ; il faudra peut être même imposer des paramètres permettant de rester à un point de fonctionnement connu. Par exemple, un four de recuit toujours utilisé à la même température par les opérateurs de salle blanche sera contraint à cette même température mais le temps sera allongé ou recuit. Ceci permettra une meilleure connaissance de la réponse du four.

Dans le deuxième cas, le concepteur choisira le composant de puissance qui sera le cœur de son composant fonctionnel et n'aura que les paramètres géométriques comme degré de liberté. Ceci imposera des contraintes sur la création de fonctions, par exemple, lors de l'intégration d'un LD-MOSFET de type N dans un VD-MOSFET. Dans ces conditions, la tension de calquage du LD-MOSFET est relativement faible. Pour s'affranchir de ce problème la tension de fonctionnement est abaissée et par conséquent la tension de seuil aussi. Pour cela l'épaisseur d'oxyde de grille est réduit [NGUYEN-THESE]. De plus, le choix de s'imposer un cheminement et d'adapter les fonction permettra de n'ajouter aucune étape technologique qui pourrait apporter une complexification de conception et de réalisation au cheminement.

La conception d'un système intégré sur silicium s'effectue par une succession d'étapes présentées sur le schéma suivant :

Figure 2-3: à gauche (a) étape de conception d'un composant de puissance. À droite (b) étape de conception d'un système intégré sur silicium

Un concepteur de composant de puissance seul (figure 2-3a) commencera par établir un cahier des charges le plus complet possible. Ceci lui permettra de définir la structure de son composant et par conséquent les étapes technologiques qui devront être réalisées pour arriver à ses fins. Par la suite, un

travail de dimensionnement de la géographie mais aussi l'établissement des caractéristiques de sa structure seront conduits à l'aide de logiciels de calculs et/ou d'optimisation. Puis, le concepteur utilisera des logiciels de simulation à éléments finis ou analytiques afin de valider les valeurs déterminées. Si la simulation met en avant un problème, le concepteur devra recalculer ses cotes. Une fois toutes les dimensions de son composant et les paramètres de sa structure connus, le concepteur calculera les paramètres des étapes technologiques à réaliser (température des fours, temps de diffusion, énergie d'implantation,...) à l'aide de modèles analytiques et d'abaques. Ces paramètres seront soumis à une simulation technologique afin de déterminer la structure « réelle » résultant de notre cheminement technologique. Si le résultat n'est pas satisfaisant, le calcul des paramètres devra être fait à nouveau. Une fois le cheminement validé et toutes les dimensions du composant connues, le concepteur pourra en réaliser les dessins. Par la suite, il utilisera les routines de vérification afin de s'assurer de ne pas avoir violer des règles de dessin. Un fois ceci validé, l'utilisation des outils d'extraction lui permettront de vérifier le bon fonctionnement de la géométrie choisie pour son composant. Si celle-ci ne répond pas aux attentes du concepteur, il aura la possibilité de modifier ses masques et de recommencer les étapes de vérification. Toutes ces vérification validées permettront la mise en production des masques.

Afin de pouvoir concevoir un système de puissance intégré (figure 2-3b), le concepteur devra, dans un premier temps, définir son cahier des charges. Ces spécifications lui permettront de définir l'architecture fonctionnelle de son système, puis la schématique électrique associée. Il passera ensuite à la mise au point de son système ; pour cela il aura recours à des simulations temporelles. Lorsque celles-ci donneront un bon fonctionnement du dispositif vis-à-vis du cahier des charges, le concepteur pourra passer à la génération automatique des masques des composants de sa schématique. Toutefois, il aura à sa charge le placement et le routage des éléments constituant son dispositif. Une fois ce travail achevé, le concepteur utilisera des routines de vérification afin de s'assurer que les contraintes technologiques sont respectées. Si des erreurs apparaissent, il devra modifier ses masques jusqu'à la suppression de toutes les erreurs. Après quoi, le concepteur pourra extraire les éléments électriques (diodes, résistances, transistors,...) constituant ses masques. Cette schématique extraite prendra en compte le routage et pourra être comparée à la schématique saisie pour mettre en avant d'éventuelles erreurs lors du placement/routage. De plus, des simulations pourront être envisagées en prenant en compte des éléments parasites extraits afin d'étudier l'influence du placement/routage sur le fonctionnement du dispositif. Si cette étude révèle d'éventuels dysfonctionnements, le concepteur aura le choix de modifier soit sa schématique puis refaire toute la démarche de création des masques, soit le placement/routage des éléments de son jeu de masques. Dans les deux cas, il devra refaire les routines de vérification. Ce rebouclage sera effectué jusqu'à validation de toutes les étapes ; c'est seulement à cette condition que les masques pourront être mise en production.

Nous venons de présenter rapidement les différentes étapes de conception de composant simple ou fonctionnel ainsi que leur enchaînement. Comme nous pouvons le constater l'enchaînement de conception de composant simple est proche de celui que nous pourrions imaginer dans l'industrie de composant de puissance. Par contre le cheminement de conception de composant de puissance fonctionnel est semblable à celui conduit en micro-électronique. En effet, nous avons fait l'hypothèse que la filière technologique issue

de la conception et du prototypage du composant de puissance seul est maintenant connue et fiabilisée. De fait, les conditions de conception et les degrés de liberté sont maintenant proches de ceux de la micro-électronique. Nous allons maintenant faire une présentation plus détaillée de chacune d'elles afin de voir ce qu'il faut faire ou mettre en place pour que l'enchaînement soit complet.