Latent - (CCT) du CNES

Décharges
Électrostatiques et
Défauts Latents
État de Lieu Bibliographique
Roberto Reyna
Latent
Latent ou
ou pas
pas latent
latent
• Latent:
– Present or potential but not evident or active
– Pathology- in a dormant or hidden stage
• Défaut latent dans un circuit électronique
– « Un défaut latent est un défaut physique dans le
composant, susceptible d ’évoluer et ne modifiant
pas la fonctionnalité de ce dernier » 11
• Défiabilisation d’un circuit électronique
– stress (n’importe lequel) hors spécification
observé par un circuit
1
Présentation « Identification de défauts latents provoqués par un ESD » N. Guitard, M. Bafleur LAAS-CNRS
La controverse ESDL
• Les études de durée de vie ne sont pas concluants
• La plupart de défauts latents sont des fuites dans les
broches
• Les protections intégrés devraient éviter les
dégradations
• La probabilité d’avoir un stress suffisamment grand
pour provoquer un endommagement mais
suffisamment faible pour pas provoque un défaut franc
sont moindres
• Les mécanismes ne sont pas bien connus
• Les expérimentations restent peu concluantes
• Très peu de publications et d’expérimentations
rigoureuse sur les défauts latents
Stress ESD
Problème de fiabilité
Indicateur de Stress
Défaillance
Oui
Analyse de défaillance
Non
Modification
paramétrique sous le
seuil
Non
Défaut
physique
Oui
Oui
Défaut Latent ESD
Non
Life test
FAIL
PASS
Robustesse
intrinsèque ou défaut
latent non activé ?
Défaut Latent
ESD Activé
Stress ESD
Problème de fiabilité
Indicateur de Stress
Défaillance
Oui
Analyse de défaillance
Non
Modification
paramétrique sous le
seuil
Non
Défaut
physique
Oui
Oui
Défaut Latent ESD
Non
Life test
FAIL
PASS
Robustesse
intrinsèque ou
défaut latent non
activé ?
Défaut Latent
ESD Activé
Défauts autres que ESDL ?
J. E. Vinson and J. J. Liou. "Electrostatic Discharge in Semiconductor Devices: An Overview" Proceedings of the IEEE, Vol.
86, No. 2 February 1998..
ESDL activé par un stress
•Composants
–commerciaux
(74HC04)
–spéciaux
•Modèle ESD
–HBM, CDM
•Technique stress
–Mono et multi
impulsion
–Stress par pas
• Résultats
–Soit un défaut latent, soit un
durcissement du circuit en
fonction du niveau de stress
initial
–Les défauts latents sont activés
avec de décharges de stress
« normalement » supportées en
utilisation standard du circuit
–Modèle d’injection de charge
pour le mécanisme
W. D. Greason, Z. Kucerovsky, and K. Chum, "Latent effects due to ESD in CMOS integrated circuits: Review and
experiments" IEEE Trans. Ind. Applications, vol. 29, pp. 88-97, Jan./Feb. 1993.
Les Oxydes et les ESDL
•Composants
–Mémoires MOS
•Modèles
–CDM
•Techniques stress
–Rampe de tension
–Multi-impulsion
•• Résultats
Résultats
–– 50
50 %
% de
de mémoires
mémoires ont
ont présenté
présenté la
la
signature
signature du
du défaut
défaut latent
latent (courant
(courant
de
de fuite)
fuite)
–– Ce
Ce courant
courant de
de fuite
fuite diminue
diminue avec
avec
le
le temps
temps en
en stockage
stockage
–– La
La tension
tension de
de claquage
claquage reste
reste
sensible
sensible avec
avec le
le temps
temps et
et le
le recuit
recuit
–– La
La sensibilité
sensibilité au CDM dépend du
layout
layout et
et du
du package
package
–– Modèle
Modèle proposé
proposé :: Melt
Melt Ball
Ball Model
Model
J. Reiner, “Latent gate oxide defects caused by CDM-ESD”. Proceedings of the EOS/ESD Symposium,
1995, vol. EOS-17, pp. 311-321.
Les Travaux récents au CNES
• Composants
–Commerciaux
•deux
•deux technologies
technologies et
et
fonctions
fonctions différentes
différentes
• Modèles
–HBM et CDM
• Techniques stress
–Multi impulsion et
stress par pas
–Life test
• Résultats
– Pour la première famille
(convertisseur CAN
BiCmos) il y a des
composants qui sont
défaillants à l ’issue du
life-test
– Pour la deuxième
(AmpliOp Bipolaire)
aucune défaillance en fin
de life-test
Défauts latents et ESD. Corinne Bestory. Rapport de stage. Qualité et Fiabilité de composants électroniques. Universite de
Bordeaux I. 2003.
Tableaux de résultats
• On peut conclure à la présence d ’un défaut latent
dans au moins deux composants dans les autres les
défauts ne sont peut être pas activés
Défauts latents et ESD. Corinne Bestory. Rapport de stage. Qualité et Fiabilité de composants électroniques. Universite de
Bordeaux I. 2003.
Comparaison de signatures
• Étude comparatif sur 6 dispositifs CMOS
–– ASIC
ASIC disk
disk drive,
drive, Echo
Echo cancellor,
cancellor, Audio,
Audio, Bus
Bus interface,
interface,
Comm.
Comm. for
for vehicles
vehicles et
et une
une RAM
RAM statique
statique
• Trois modèles ESD:
–– HBM
HBM (Human
(Human Body)
Body)
•• Deux
Deux simulateurs
simulateurs différents
différents
–– MM
MM (Machine)
(Machine)
•• Deux
Deux simulateurs
simulateurs différents
différents
–– FCDM
FCDM (Field-Induced)
(Field-Induced)
•• Système
Système conçu
conçu chez
chez AT&T
AT&T
A Comparison of Electrostatic Discharge Models and Failure Signatures for CMOS IC Devices
Kelly et al. EOS/ESD Symposium 95
Automotive Electronics Council
Component Technical Committee
Comparaison de signatures
•• Un
Un même
même stress
stress HBM
HBM provoque
provoque des
des
défaillances
défaillances différentes
différentes sur
sur un
un seul
seul
type
type de
de circuit
circuit
Circuit audio, techno 1.5µm 5volts
Comparaison de signatures
•• Différents
Différents modèles
modèles ESD
ESD provoquent
provoquent
différents
différents types
types de
de défaillance
défaillance sur
sur le
le
même
même circuit
circuit
Comm. Vehicle, techno 1.2µm 5volts
Comparaison de signatures
•• Mais
Mais aussi,
aussi, les
les trois
trois modèles
modèles
ESD
ESD peuvent
peuvent provoquer
provoquer le
le
même
même claquage
claquage de
de l’oxyde
l’oxyde
Bus interface, techno 1.5µm 5volts
Conclusions
• Le nombre de publications sur la problématique
ESDL est limité et relativement ancienne
• Les techniques et les analyses et même la
définition de défaut latent n’est pas la même
pour tous
• Les documents les plus récents font un résumé
de la littérature et soulèvent l ’inquiétude que les
ESDL posent sur la fiabilité
• Pour le CNES il s ’agit en effet d ’un problème
majeur sur la fiabilité de composants, cartes et
systèmes électroniques