Fiabilité des technologies CMOS fortement sub-microniques pour les applications avioniques et aérospatiales

par Florian Moliere

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Alain Bravaix et de Philippe Perdu.

Le président du jury était Jean-Luc Autran.

Le jury était composé de Alain Bravaix, Philippe Perdu, Jean-Luc Autran, Alain Sylvestre, Nathalie Malbert.

Les rapporteurs étaient Alain Sylvestre, Nathalie Malbert.


  • Résumé

    Depuis ces dernières années, les composants fortement submicroniques du commerce sont utilisés dans les équipements aéronautiques pour des applications spécifiées pour durer plusieurs décennies. Toutefois, ces composants sont destinés aux marchés de masse que représentent les secteurs de la micro informatique et des télécommunications et ne sont pas spécifiques au marché aéronautique. De ce fait, ces composants sont spécialement conçus pour des besoins dits de haute performance ou de basse consommation et pour lesquels la fiabilité n’est pas un critère prioritaire. Pour satisfaire ces marchés, une nouvelle génération technologique émerge tous les deux ans en imposant à chaque fois, une diminution des dimensions des métallisations BEOL ainsi que des transistors FEOL et/ou l’introduction de nouveaux matériaux. Ces modifications ont conduit à une aggravation des mécanismes de défaillance par usure pour les générations de composants fortement submicroniques, au point de ne plus satisfaire les spécifications en durée de vie des équipements aéronautiques. Cette étude s’attache donc à montrer l’impact que peuvent avoir la réduction des dimensions ainsi que la nature des matériaux, sur la durée de vie des technologies numériques CMOS 500 à 45 nm. Pour cela, les mécanismes de défaillances du circuit intégré ont été modélisés et étudiés au travers de trois applications aéronautiques. En complément, des tests de vieillissement de type HCI et NBTI pratiqués sur une SRAM de génération 90 nm ont permis de valider les prédictions. Enfin, les travaux aboutissent à une méthodologie de sélection de composants fortement submicroniques pour une application spécifique, en fonction de la technologie.


  • Résumé

    For some years, deep sub micron components have been used in aeronautic equipment for long term applications (generally few decades). However, these components are devoted to mass markets that are basically microcomputers and telecommunications and not especially to aeronautics. Hence, deep sub micron components are manufactured for high performance and low consumption needs and unfortunally, reliability is not the main concern. In order to supply these markets, a new generation of components generally arise every two years, introducing BEOL and FEOL scaling and/or new materials. As a consequence, these improvements have induced a lifetime degradation of devices that can threaten their use for longtime specifications of aeronautic equipement. This study points out the effects of scaling and material improvements on the lifetime degradation of CMOS integrated cicuits between the nodes 500-45 nm. To do so, silicon failure mechanisms have been modelised and investigated on three aeronautic applications. As a complement, some HCI and NBTI lifetests have been performed on 90 nm SRAM in order to validate previous lifetime predictions. Finally, this work leads to a methodology for the selection of deep sub micron components for a specific use, depending on the technology.


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