DEVELOPMENT, PROCESS INTEGRATION AND MODELING OF THIN FILMS INTEGRATED PASSIVE COMPONENT IN CMOS TECHNOLOGY
DÉVELOPPEMENT, INTÉGRATION ET MODÉLISATION DE COMPOSANTS PASSIFS INTÉGRÉS EN COUCHES MINCES DANS UNE FILIÈRE CMOS
Résumé
In this thesis we present the development of a high density integrated passive technology. The aim is to integrate thin film passive components in the Back End of Line of an industrial CMOS technology by introducing limited additional steps. We propose to report all the electrical performance constraints of the components on the material characteristics. The three main steps to develop the integrated passives in 0.5µ-CMOS technology are presented. The first level of our study is focused closer to the material, and is applied in the case of MIM capacitors. The electrical characterization of TixTayO dielectrics thin film is performed from MOS capacitors to validate the material electrical performances before starting its process integration to realize the MIM capacitors. Secondly, the interface between the material and the component is studied. Based on the thin film resistors, we propose an integration schema for TiNxOy resistive thin film in the metallization layers of the CMOS technology. The electrical characteristics of the resistors are measured and validated via experiments. The last step of the study is focused on the integrated component level and its electrical modeling. a new scalable, physical and analytical enhanced simple-π model of spiral inductors in CMOS technology is proposed. The entire model elements are determined under quasi-static approximations to obtain a fully scalable model from the geometrical and technological properties of the inductors. In this thesis, the bases for the development of integrated passive component in a CMOS technology are presented.
Nous proposons dans cette thèse de développer une technologie de composants passifs dans les niveaux de métallisation d’une filière industrielle en effectuant un report des contraintes en performances sur les propriétés des matériaux utilisés en couches minces. Nous présentons la démarche adoptée à travers trois étapes clés du développement des composants passifs intégrés dans une technologie CMOS 0.5µm. Les résultats de chacun de ces niveaux sont présentés et illustrés ici à travers un type de composant passif donné. Le premier niveau se place au plus proche du matériau, et est appliqué au cas des condensateurs MIM. La caractérisation électrique de couches minces diélectriques de TixTayO est effectuée à partir de capacités MOS pour valider les performances du diélectrique avant son intégration dans la filière pour réaliser les condensateurs MIM. Dans un second temps, l’analyse est portée à l’interface entre le matériau et le composant, et nous nous intéressons alors aux résistances intégrées. Un schéma d’intégration des couches minces résistives de TiNxOy dans les niveaux d’interconnexions de la filière CMOS est proposé et testé afin d’évaluer les caractéristiques électriques des résistances. Enfin, le dernier niveau d’analyse met l’accent sur le composant intégré et en particulier sur sa représentation électrique. Dans cette dernière étape, nous développons un modèle d’échelle d’inductances spirales basé sur un circuit localisé, et dont les éléments peuvent-être évalués analytiquement à partir des paramètres géométriques et des caractéristiques de la technologie. Ce travail de recherche cherche donc à fournir une vue d’ensemble sur le développement d’une technologie de composants passifs en CMOS.
Domaines
Electronique
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