Etude, applications et améliorations de la technique LVI sur les défauts rencontrés dans les technologies CMOS avancées 45nm et inférieur.

L'analyse de défaillances joue un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fabrication des circuits intégrés. Des défaillances peuvent intervenir à tout moment dans la chaîne d'un produit, que ce soit au niveau conception, durant la qualification du produit, lors de la production, ou encore lors de son utilisation. Il est donc important d'étudier ces défauts dans le but d'améliorer la fiabilité des produits. De plus, avec l'augmentation de la densité et de la complexité des puces, il est de plus en plus difficile de localiser les défauts, et ce malgré l'amélioration des techniques d'analyses. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier et développer une nouvelle technique d'analyse de défaillance basée sur l'étude de l'onde laser réfléchie le "Laser Voltage Imaging" (LVI) pour l'analyse de défaillance des technologies ultimes (inférieur à 45nm).The Failure analysis plays an important role in the improvement of the performances and themanufacturing of integrated circuits. Defects can be present at any time in the product chain,during the conception (design), during the qualification, during the production, or still duringits use. It is important to study these defects in order to improve the reliability of the products.Furthermore, with the density increasing and the complexity of the chips, it is harder andharder to localize the defects. This thesis work consists to develop a new failure analysis technique based on the study of thereflected laser beam the "Laser Voltage Imaging" LVI, for the ultimate technologies (below45nm).BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Etude, applications et améliorations de la technique LVI sur les défauts rencontrés dans les technologies CMOS avancées 45nm et inférieur.

L'analyse de défaillances joue un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fabrication des circuits intégrés. Des défaillances peuvent intervenir à tout moment dans la chaîne d'un produit, que ce soit au niveau conception, durant la qualification du produit, lors de la production, ou encore lors de son utilisation. Il est donc important d'étudier ces défauts dans le but d'améliorer la fiabilité des produits. De plus, avec l'augmentation de la densité et de la complexité des puces, il est de plus en plus difficile de localiser les défauts, et ce malgré l'amélioration des techniques d'analyses. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier et développer une nouvelle technique d'analyse de défaillance basée sur l'étude de l'onde laser réfléchie le "Laser Voltage Imaging" (LVI) pour l'analyse de défaillance des technologies ultimes (inférieur à 45nm).The Failure analysis plays an important role in the improvement of the performances and themanufacturing of integrated circuits. Defects can be present at any time in the product chain,during the conception (design), during the qualification, during the production, or still duringits use. It is important to study these defects in order to improve the reliability of the products.Furthermore, with the density increasing and the complexity of the chips, it is harder andharder to localize the defects. This thesis work consists to develop a new failure analysis technique based on the study of thereflected laser beam the "Laser Voltage Imaging" LVI, for the ultimate technologies (below45nm).BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Contribution à la modélisation et au développement expérimental de la technique d'acoustique picoseconde pour l'analyse des circuits intégrés

Ce travail présente l'application de la technique d'acoustique picoseconde à l'analyse des circuits intégrés. Le principe est de générer et de détecter des ondes acoustiques de très haute fréquence au moyen d'impulsions laser ultracourtes. Un dispositif expérimental a été conçu, basé sur le principe de l'interféromètre de Sagnac. Un simulateur numérique a été développé afin d'aider à l'interprétation des résultats expérimentaux. Le potentiel de la technique pour la caractérisation et l'analyse non destructive de composants microélectroniques est illustré à travers plusieurs résultats expérimentaux.This work deals with the application of the Picosecond Ultrasonics technique to nondestructive analysis of integrated circuits. This technique is based on generation and detection of very high frequency acoustic waves by means of ultrashort laser pulses. An experimental setup based on the principle of the Sagnac interferometer was designed. A numerical simulation tool was developed in order to contribute to the interpretation of the experimental results. The technique potential for microelectronic devices characterization and non-destructive analysis is illustrated through several experimental results

Imagerie thermique et thermoélastique de circuits intégrés : application à l'analyse de défaillances

Ce travail décrit le développement d’une instrumentation en mesures thermiques et thermoélastiques pour l’analyse de défaillance sur circuits intégrés, il comporte trois parties : La première partie concerne des mesures interférométriques effectuées avec deux interféromètres, homodyne et hétérodyne. Ces interféromètres seront appliqués pour la détection de points chauds sur des circuits défaillants. La deuxième partie concerne des mesures thermiques effectuées en thermoréflectance. Deux bancs de mesure ont été développés : - le premier s’applique pour l’imagerie face avant. - le deuxième entièrement original, concerne l’imagerie large champ face arrière qui utilise une porte optique temporelle. La dernière partie concerne le développement d’une nouvelle approche pour les mesures de température et déplacement en utilisant la microscopie à balayage laser, avec une étude de résolution et sensibilité.This work describes the development of instrumentation in thermal and thermoelastic measurements for failure localisation and test diagnostic. It is divided in three parts: The first part is about interferometric measurements done with homodyne and heterodyne interferometers. Those interferometers were applied for defects localisation in failures ICs. The second part is about thermal measurements done with thermoreflectance. Two experimental benches were developed: - the first is applied for front side imaging - the second is a new technique applied for back side imaging, which is based on time gating. The last part of this work is about the development of a new approach for thermal and thermelastic measurements with the use of light scanning microscopy. It includes a study of the resolution and the sensitivity

Dedicated design of experiments and experimental diagnostic tools for accurate reliability investigations on AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs)

Le développement intensif et rapide des dispositifs HEMT à base de nitrure de gallium a été largement favorisé par les qualités intrinsèques du matériau pour proposer des performances élevées (haute puissance, haute fréquence...) et pour autoriser un fonctionnement en environnement extrêmement sévère (fluctuations thermiques, brouillage, tenues aux radiations ionisantes...) par rapport aux technologies concurrentes plus traditionnelles (Si, GaAs...). À ce jour, les dispositifs HEMTs AlGaN/GaN sont considérés comme une alternative prometteuse pour remplacer la technologie GaAs, et se positionnent comme d'excellents candidats pour des applications d'électronique de puissance, pour les applications TVSAT, des stations de base terrestres et des systèmes radar à large bande de fréquence (bande L à W), et pour les applications civiles et militaires. Cependant, il reste à lever certains verrous concernant des problèmes de fiabilité de ces dispositifs, qui affectent la durée de vie élevée attendue ; l'amélioration de la robustesse de ces technologies reste une phase critique à étudier malgré les progrès déjà réalisés. Plusieurs paramètres de fabrication affectent la fiabilité, tels que la passivation de la surface, le plateau de champ, le procédé de dépôt de la grille. Il est bien connu que l'étude de la fiabilité est complexe et ne pourra jamais être totalement accomplie, cependant les limites escomptées pour une exploitation raisonnable des filières GaN laissent entrevoir la possibilité de réels progrès dans ce domaine pour assoir le positionnement de ces technologies vis à vis des solutions concurrentes. Ce manuscrit de thèse présente les outils de diagnostic et les procédures de mesures associées développés pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacents de ces dispositifs. Les mesures électriques DC et pulsées à différentes températures sont présentées en premier lieu. Pour obtenir des informations au niveau microscopique sur la fluctuation des porteurs et des défauts dans les zones actives et passives du dispositif, des mesures de bruit basse fréquence sont effectuées sur les courant de grille et de drain sous différentes configurations : la diode seule (drain en l'air) et le transistor en régime saturé. Une technique électro-optique, l'OBIRCh (Optical Beam Induced Resistance Change technique), est aussi appliquée sur les mêmes composants : cette technique apporte d'autres informations quant à l'intégrité du composant (fluctuations de courant), et vient corroborer nos hypothèses sur l'activation de mécanismes piezoélectriques dans les zones fortement polarisées du composant. Toutes ces techniques non-destructives permettent des analyses croisées. Un modèle original de la diode Schottky a été établi pour tenir compte de certains défauts d'homogénéité à l'intérieur du contact de grille à l'interface entre la diode Schottky et la couche semi-conductrice supérieure. D'autres résultats originaux ont été trouvés à partir des mesures de bruit basse fréquence concernant la localisation des défauts actifs et leur évolution suite à l'application d'un stress électrique et thermique (HTRB, HTOL, ...). Les analyses électriques (pulsées et transitoires) des phénomènes de retard à la commande (grille ou drain) sont partiellement corrélées aux analyses du bruit basse fréquences des courant de grille et de drain pour identifier les mécanismes sous-jacents de dégradations. Dernièrement, une ébauche de plan d'expérience (DOE) est proposée dans le cadre de notre travail, qui complètera celui mis en œuvre dans le cadre du projet ANR REAGAN impliquant tous les partenaires : des règles et des procédures expérimentales sont identifiées pour s'assurer que les données expérimentales sont fiables (i.e. reflètent statistiquement le comportement réel du dispositif).Intensive and rapid development of GaN-based HEMT devices has been largely promoted by their extreme attraction and intrinsic capabilities for proposing high performances (high power and PAE, high frequency, moderate HF noise...) and for operating under different extreme conditions and harsh environment (thermal fluctuations, jamming, ionizing radiations...) over more traditional competitive technologies (Si, GaAs). More than ever, AlGaN/GaN HEMTs are considered as promising technology to replace the GaAs, and an excellent candidate for power electronics applications, for TVSAT applications, terrestrial base stations and radar transceivers operating over large frequency band (from L to W-band) for both civil and military applications. However, some remaining problems concerning the reliability of the devices affect the expected elevated lifetime, and the improvement of the robustness of these technologies stay a questionable phase to study despite the progress already made. Several fabrication parameters could impact the reliability such as surface passivation, field plate, gate deposition process (presence of spontaneous and piezoelectrical effects). It is well known that the reliability background is complex and will never be completely accomplished, but the margin between expected theoretical lifetime and results already obtained motivates efforts to give for an improved level of reliability. The following manuscript presents diagnostic tools and associated measurement procedures to better understand the underlying degradation mechanisms of such devices. Electrical DC and pulsed measurements at different temperatures are presented first. To get more microscopic information about the carrier flow and the defects in the active and passive areas of the device, low frequency noise measurements on the gate and drain currents are investigated under open drain (Schottky diode) and when the transistor is biased in saturated region. An electro-optical technique is also applied, called OBIRCh (Optical Beam Induced Resistance Change technique), on the same devices: this technique brings other expertise about the device integrity (current fluctuations). All these non-destructive techniques are cross-correlated. Original Schottky diode models have been established to account for some inhomogeneities within the gate contact at the interface between the Schottky diode and the upper semiconductor layer. Some other original results have been found from Low Frequency Noise measurements concerning the location of the active defects, and their evolution after the application of thermal and electrical stresses (HTRB & HTOL). The electrical (pulsed and transient) analyses of lag effects are correlated to the harmonic low frequency analysis of the current spectral densities to identify the root trapping mechanisms. Lastly, a first Design of Experiment (DOE) is proposed in conjunction with our work, and also within the ANR REAGAN project involving all the partners: experimental rules and procedures are identified to ensure that the experimental data are reliable (i.e. reflect the actual behavior of the device, with statistical assessment)

Scanning near-field photon emission microscopy

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Thermal laser stimulation and NB-OBIC techniques applied to ESD defect localization

International audienceThis paper presents an experimental comparison of laser beam based techniques applied to a case study concerning ESD defect location. Thermal laser stimulation and non-biased optical beam induced current techniques are evaluated and discussed. Experimental results demonstrate the advantages and weak points of the two approaches