Développement de modèles pour l'évaluation des performances circuit des technologies CMOS avancées sub-20nm

par Joris Lacord

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Gérard Ghibaudo et de Thomas Skotnicki.

Soutenue le 18-12-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (équipe de recherche) .

Le président du jury était Francis Calmon.

Le jury était composé de Gérard Ghibaudo, Frederic Boeuf.

Les rapporteurs étaient Jean-luc Autran, Jean-michel Sallese.


  • Résumé

    Depuis la commercialisation du premier circuit intégré en 1971, l'industrie de la microélectronique s'est fixée comme leitmotiv de réduire les dimensions des transistors MOSFETs, en suivant la loi de Moore. Comme indiqué par Dennard, cette miniaturisation améliore automatiquement les performances des transistors. A partir des nœuds 28-22nm, les effets canaux courts sont trop difficiles à contrôler et de nouvelles architectures de transistors sont introduites: FDSOI pour STMicroelectronics, Trigate pour Intel. Dans ce contexte, l'évaluation des performances des technologies CMOS est clé et les travaux de cette thèse proposent de les évaluer au niveau circuit. Des modèles spécifiques d'estimation des paramètres électrostatiques et des capacités parasites sont développés. Ceux-ci sont d'abord utilisés sur des technologies amonts (co-intégration III-V/Ge et intégration 3D) puis sont implémentés en VerilogA pour être utilisés avec les outils conventionnel de CAO. Ceci fournit un modèle compact prédictif et utilisable pour toutes les architectures CMOS, qui est utilisé pour évaluer les performances logiques et SRAM des architectures BULK, FDSOI et Trigate aux nœuds 20nm et 16nm.

  • Titre traduit

    Models developpment for power performance assessment of advanced CMOS technologies sub-20nm.


  • Résumé

    Since the commercialization of the first integrated circuit in 1971, the microelectronic industry has fixed as an objective to reduce MOSFET transistor dimensions, following Moore's law. As indicated by Dennard, this miniaturization automatically improves device performances. Starting from the 28-22nm technological nodes, short channel effects are to strong and industrial companies choose to introduce new device structure: FDSOI for STMicroelectronics and Trigate for Intel. In such a context, CMOS technology performance evaluation is key and this thesis proposes to evaluate them at circuit level. Specific models for electrostatic parameters and parasitic capacitances for each device structure are developed for each device structure. Those models have first been used to evaluate performances of advanced technologies, such as III-V/Ge co-integration and 3D monolithic integration and have then been implemented in VerilogA to ensure compatibility with conventional CAD tools such as ELDO. This provides a compact model, predictive and usable for each device structure, which has been used to evaluated logic and SRAM performances of BULK, FDSOI and Trigate devices for the 20nm and 16nm technology node.


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