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Résumé

Les décharges électrostatiques (ESD) sont une des principales causes de défaillance des circuits intégrés modernes. Une forte sensibilité aux décharges électrostatiques peut engendrer des dégâts dans le composant qui dégradent ses performances ou le détruisent. Une des méthodes qui peut être employée pour caractériser la robustesse de ces composants est la mesure TLP (Transmission Line Pulsing). Cette méthode, basée sur la charge et la décharge d'une ligne coaxiale, permet de donner les paramètres dynamiques des composants pour des niveaux de courant et des temps de stimulus proches du modèle HBM (Human Body Model) : courants de quelques ampères pour des durées d'impulsions de 100 ns. L'objectif de ce mémoire est de concevoir, de réaliser puis d'automatiser un banc de caractérisation par TLP. Le système automatisé permet de caractériser les composants en boîtiers ou directement sur plaquette, ce qui permet dans ce cas d'effectuer un traitement statistique sur l'ensemble des composants présents sur la plaquette. Il permet également de caractériser les composants à faible niveau de courant (test non destructif) et de trouver le niveau de courant provoquant la destruction du composant. Ce mémoire présente successivement l'étude théorique du banc, le choix de l'appareillage qui le constitue, la réalisation matérielle et logicielle et enfin une validation des mesures réalisées.

Abstract

Nowadays, electrostatic discharges (ESD) are one of the leading origine of failure in the integrated circuits. A strong ESD susceptibility can generate damages in the device that reduce its performances or destroy it. One method which can be used to characterize the stoutness of these devices is the TLP measurements (Transmission Line Pulsing). This method, based on the charge and the discharge of a coaxial cable, gives the dynamic parameters of the component, with stimulus time and current values near of the Human Body Model (HBM) : pulse width of 100ns and current of few amps. The aim of this project is to design, to realise and to automate a TLP measurement bench. The automated system allows to characterize devices in package or at the wafer level, which offers the possibility of statistical treatment on all the comonents existing on the wafer. Also, it offers the possibility of low-level measurement to appreciate the default criteria. This manuscript presents the thorical study of the measurement bench, the choice of its constituting components, the hardware and software realization and finally, the validation of the measurements.

Mots-Clés / Keywords

Transmission Line Pulse; Décharge électrostatique (ESD); Caractérisation impulsionnelle; Human Body Model; Critère de défaillance; Semiconductor; Semi-conducteurs; Electrostatic discharge (ESD); Pulsed characterization; Default criteria;

Abstract

A thorough analysis of the physical mechanisms involved in a Vertical Grounded-Base NPN bipolar transistor (VGBNPN) under ElectroStatic Discharge (ESD) stress is first carried out by using 2D-device simulation, Transmission Line Pulse measurement (TLP) and photoemission experiments. This analysis is used to account for the unexpected low value of the VGBNPN snapback holding voltage under TLP stress. A compact model based on a new avalanche formulation resulting from the exact resolution of the ionization integral is therefore proposed

Mots-Clés / Keywords

Bipolar; compact modeling ; ESD; Smart-power; 2D; Simulation;