Simulation mixte!: physique et électrique

L'outil de simulation physique [ISE99] permet de réaliser des simulations mixtes dans lesquelles l'utilisateur peut effectuer des simulations conjointes, c'est-à-dire les simulations électriques et physiques. La Figure 58 illustre un exemple de réalisation de simulation mixte.

Chapitre 2!: Méthodologie de conception

- 78 - Figure 58 : Exemple de simulation mixte

Cette simulation mixte permet de coupler la structure physique avec le circuit électrique pendant la simulation. Ce point important permet à l'utilisateur de simplifier les couches technologiques complexes en les remplaçant par un composant ou un circuit électrique équivalent. Dans notre étude, les caissons N+

simplifiés constituent les transistors LDMOS de puissance où sont intégrés les diodes de roue libre (jonction PN source/drain). Ces diodes de roue libre ne sont pas utilisées dans la structure physique par souci de simplification mais sont complétées dans le circuit électrique. La méthode employée dans le paragraphe III.5 ("Contraintes de maillage") s'applique également ici.

IV.8. Conclusion

L'outil de simulation physique est nécessaire à la résolution du problème de courant de substrat. Il permet d'évaluer le fonctionnement du transistor bipolaire parasite dans le substrat en fonction de la technologie, de la nature de la perturbation (statique et dynamique), de la température et des dimensions géométriques des dispositifs étudiés. La description comportementale de ce dispositif parasite peut être modélisée en utilisant des techniques d'extraction de paramètres électriques [SCH03] [SUB01] [SPE98]. Ces paramètres constituent le modèle Gummel-Poon du transistor bipolaire que l'on introduira dans les simulations électriques SPICE. Ainsi, à travers ces simulations, des techniques de protection pourront être développées et optimisées. Egalement, des résistances supplémentaires telles que la résistance de substrat entre deux caissons N+

, la résistance des contacts des puits P+

Chapitre 2!: Méthodologie de conception

introduites dans ces simulations. Ces paramètres sont responsables du retard de l'amorçage du transistor bipolaire parasite que l'on détaillera plus loin dans les chapitres suivants. Cette démarche de travail entre dans le cadre de la méthodologie de conception, présenté en début de ce chapitre.

Les temps de calcul liés à cette méthodologie de conception peuvent être considérablement réduits grâce aux techniques de réduction de maillage de la structure physique proposées et l'utilisation de la simulation mixte.

V. Conclusion

Face à l'évolution croissante des nouvelles technologies de puissance intelligente, les courants de substrat constituent un problème récurrent qui est aggravé par la réduction des dimensions des composants. Pour répondre aux exigences de fiabilité, de nouvelles méthodes de conception doivent être développées pour prédire le comportement physique du courant de substrat afin de mettre au point des solutions adaptées pour le réduire.

Notre étude propose une méthodologie de conception adaptée à toutes filières technologiques. Cette méthodologie repose sur l'utilisation d'un outil de simulation physique capable d'extraire des éléments parasites dans le substrat en fonction de leur disposition ainsi que de la dimension géométrique des circuits intégrés. Ces éléments parasites sont la résistance de substrat et surtout le transistor bipolaire latéral parasite. En effet, ces paramètres favorisent l'injection des porteurs minoritaires à travers le substrat.

L'outil de simulation physique 3D de la société ISE a été utilisé comme outil d'extraction. En effet, cet outil comporte des modèles physiques adaptés pour décrire les phénomènes physiques de l'injection de porteurs minoritaires. De plus, il permet de simuler l'évolution du courant de substrat en fonction de la dimension géométrique du circuit intégré et de la température de l'environnement. Cependant, la précision des résultats de simulation dépend de la qualité du maillage de la structure physique. Une technique de réduction de maillage est proposée sans altérer les résultats. De plus, certaines structures physiques peuvent être remplacées par des circuits électriques équivalents pour réaliser une simulation mixte. Ainsi, le temps de résolution du problème de courant de substrat peut être considérablement réduit.

Chapitre 2!: Méthodologie de conception

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Une étude comparative entre la simulation 2D et 3D a été effectuée pour comprendre l'impact de la structure physique sur les résultats de simulation. Les résultats obtenus ont montré des courants très distincts entre ces deux types de simulation en raison de la modification de la résistance de substrat ainsi que des résistances parasites supplémentaires. De plus, le phénomène de recombinaison des porteurs minoritaires diffère dans les deux cas. En effet, ce courant de porteurs minoritaires est un courant de diffusion propagé à travers le substrat, zone limitée par la surface de la puce et par son épaisseur. La structure physique 2D qui n'est pas fidèle à cette représentation géométrique n'est donc pas utilisée dans notre étude. Cet outil de simulation 3D est validé par la mesure de structures de tests intégrées dans le cas d'une puce amincie.

Les résultats de simulation sont ensuite utilisés pour modéliser les dispositifs parasites en vue de simulations électriques de type SPICE. Ainsi, l'utilisateur peut effectuer des simulations électriques pour l'optimisation.

Des structures de test composées de composants de puissance en raison de sa taille sont proposées non seulement pour étudier l'impact du courant parasite sur les zones à protéger mais aussi pour valider des techniques de protection développées. Ces structures sont ensuite soumises à des tests de caractérisation en mode statique et dynamique sans négliger l'aspect thermique.