Brevet FR3044166A1 — publié le 20170526

Dispositif électronique, en particulier pour la protection contre des surtensions Des modes de réalisation de l'invention concernent les dispositifs électroniques, tels que les dispositifs électroniques basés sur des thyristors, également connus par l'homme du métier sous l'acronyme anglo-saxonne « SCR » (« Silicon Controlled Rectifier »), et notamment ceux conçus pour la protection des composants contre des surtensions, en particulier des surtensions tels que des parasites, se produisant pendant le fonctionnement du composant, mais aussi les surtensions apparaissant lors de décharges électrostatiques (« ElectroStatic Discharge » : ESD en anglais). Classiquement un thyristor se met à conduire lorsque la tension à ses bornes devient supérieure à une tension de déclenchement. Outre la tension de déclenchement un autre paramètre important d'un thyristor est la tension de maintien, c'est-à-dire la tension minimale, pour que le thyristor, ayant déclenché, reste conducteur. Dans certaines applications, les thyristors possèdent une tension de déclenchement élevée, par exemple autour de 3,6 V, mais une tension de maintien faible, par exemple autour de 1,2 V, qui peut alors être inférieure à la tension nominale d'alimentation du circuit intégré incorporant de tels thyristors. C'est le cas par exemple pour un circuit intégré ayant une tension d'alimentation de 3,3 V. Par conséquent, lors du fonctionnement du circuit intégré, les thyristors peuvent se déclencher et devenir conducteurs lors d'une surcharge électrique (« Electrical OverStress » : EOS en anglais), et continuer alors à conduire jusqu'à destruction car la tension d'alimentation dudit circuit est alors toujours supérieure à la tension de maintien de ces thyristors. Une solution à base d'un dispositif de protection comportant une structure de trois thyristors cascodés est généralement proposée pour augmenter la tension de maintien d'un tel dispositif de protection. 3044166 2 Cependant une telle structure de trois thyristors accroît également la tension de déclenchement et l'encombrement surfacique sur silicium du dispositif. Ainsi, selon un mode de réalisation, il est proposé d'améliorer, 5 la performance des dispositifs électroniques de protection basés sur des thyristors en augmentant la tension de maintien sans augmenter significativement la tension de déclenchement. Selon un autre mode de réalisation, il est proposé de réaliser un tel dispositif sans trop impacter l'encombrement surfacique sur 10 silicium. Selon un aspect, il est proposé un dispositif électronique, comprenant une chaîne d'au moins deux thyristors couplés en série dans le même sens de conduction (l'anode et la cathode de deux thyristors adjacents de la chaîne sont connectées), chaque thyristor 15 comportant une gâchette d'un premier type de conductivité, toutes les gâchettes du premier type de conductivité des thyristors étant couplées pour former une gâchette unique. Ainsi on « fusionne » en quelque sorte les thyristors de la chaîne en reliant leurs gâchettes de même type de conductivité pour 20 former un dispositif ayant une seule gâchette, par exemple du premier type de conductivité, qui va pouvoir être reliée à un seul circuit de déclenchement. On augmente ainsi la tension de maintien du dispositif sans augmenter de façon significative, voire sans modifier, la tension de déclenchement par rapport à celle d'un seul thyristor, cette tension 25 de déclenchement étant du reste bien inférieure à celle de la structure cascodée de l'art antérieur. A titre indicatif mais non limitatif, les gâchettes sont avantageusement de type de conductivité N, mais pourraient être de type de conductivité P. 30 Selon un mode de réalisation, tous les thyristors dudit dispositif électronique sont disposés dans un même caisson semiconducteur ayant le premier type de conductivité Chaque thyristor comporte au sein dudit caisson semiconducteur, une première région semiconductrice ayant un 3044166 3 deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et une deuxième région semiconductrice ayant le deuxième type de conductivité et incluant une zone semiconductrice ayant le premier type de conductivité. 5 La première région semiconductrice d'un thyristor de la chaîne est couplée par une métallisation située au dessus du caisson semiconducteur à la zone semiconductrice du thyristor précédent dans ladite chaîne. Ledit caisson semiconducteur forme ladite gâchette unique. 10 Une telle réalisation permet de limiter l'encombrement surfacique sur silicium. Par ailleurs, le caisson semiconducteur comporte par exemple une zone plus fortement dopée que le reste du caisson. Celle-ci peut entourer toutes les régions semiconductrices et former une prise de 15 contact pour ladite gâchette unique. Ledit dispositif électronique comporte en outre avantageusement un circuit déclencheur couplé à ladite gâchette unique. Selon un mode préféré de réalisation, ladite chaîne de 20 thyristors comprend un premier thyristor et un deuxième thyristor. L'anode du deuxième thyristor est couplée à la cathode du premier thyristor. Selon ce mode préféré de réalisation, le circuit de déclenchement est couplé à ladite gâchette unique et à la cathode du 25 deuxième thyristor. Une telle structure de deux thyristors couplés en série peut avantageusement économiser jusqu'à 40% sur l'encombrement surfacique par rapport à ladite solution de trois thyristors cascodés tout en offrant une tension de maintien plus élevée et une tension de 30 seuil sensiblement égale à celle d'un dispositif électronique ayant un seul thyristor. Ledit dispositif électronique peut être utilisé pour la protection d'un composant disposé entre les deux extrémités de la chaîne de 3044166 4 thyristors. Le circuit de déclenchement peut être par exemple couplé à ladite gâchette unique et à l'une des extrémités de la chaîne. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de 5 réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 4 sont relatives à différents modes de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un 10 dispositif électronique DE selon l'invention. Le dispositif DE illustré sur la figure 1 comprend un premier thyristor TH1 et un deuxième thyristor TH2 connectés en série dans la même sens de conduction entre une première borne B1 et une deuxième borne B2. Par « dans le même sens de conduction », on 15 entend une connexion entre l'anode et la cathode de deux thyristors adjacents de la chaîne. Le thyristor TH1 comporte une anode Al couplée à ladite première borne Bl, une cathode K1 et une gâchette Gl, par exemple la gâchette de type N. Le thyristor TH2 comporte une anode A2 couplée à 20 ladite cathode Kl, une cathode K2 couplée à la deuxième borne B2 et sa gâchette G2 de type N couplée à la gâchette Gl de façon à former une gâchette unique GU de type N. On se réfère maintenant à la figure 2 qui montre un schéma d'implémentation sur silicium dudit dispositif électronique DE décrit 25 ci-avant et illustré sur la figure 1, et à la figure 3 qui est une vue en coupe selon la ligne de la figure 2. Les thyristors TH1 et TH2 sont formés dans un même caisson semiconducteur CS, par exemple de type N. Chaque thyristor TH1 ou TH2 comporte dans ledit caisson CS 30 une première région semiconductrice RS1 du type de conductivité P ayant une première zone semiconductrice ZSFD1 plus fortement dopée (de type P+). Cette première région RS1 forme l'anode Al ou A2 du thyristor TH1 ou TH2 et la première zone semiconductrice ZSFD1 forme une zone de prise de contact de l'anode Al ou A2. L'anode Al 3044166 5 du premier thyristor TH1 est reliée à la première borne B1 du dispositif électronique DE. Chaque thyristor TH1 ou TH2 comporte en outre dans ledit caisson une deuxième région semiconductrice RS2 de type P contenant 5 une deuxième zone semiconductrice ZSFD2 de type de conductivité opposé et plus fortement dopée (type N+). Les deuxièmes zones semiconductrices ZSFD2 forment respectivement les cathodes K1 et K2 des thyristors TH1 et TH2. La deuxième région semiconductrice RS2 de chaque thyristor 10 forme la gâchette de type P de ce thyristor et comporte en outre une troisième zone semiconductrice ZSFD3 de même type de conductivité et plus fortement dopée (type P+). La gâchette de type P est court-circuitée ici avec la zone de cathode ZSFD2 par une métallisation (non représentée sur les figures) entre les zones ZSFD2 et ZSFD3, car elle 15 n'est pas utilisée comme gâchette de déclenchement. L'anode A2 du deuxième thyristor TH2 est reliée à la cathode K1 du premier thyristor TH1 par une métallisation située au-dessus du caisson CS et la cathode du deuxième thyristor TH2 est reliée à la deuxième borne B2. 20 Tout ledit caisson semiconducteur CS forme de facto ladite gâchette unique GU de type N du dispositif électronique DE. A cet égard, ledit caisson semiconducteur CS comporte avantageusement une zone de contact ZCFD plus fortement dopée que le reste du caisson CS. Cette zone de contact ZCFD entoure toutes les 25 régions semiconductrices RS1 et RS2 et forme une zone de prise de contact de ladite gâchette unique GU de type N. Un tel dispositif électronique intégré DE ayant deux thyristors TH1 et TH2 permet avantageusement d'économiser jusqu'à 40% d'encombrement surfacique par rapport à la solution d'un dispositif de 30 protection comportant une structure de trois thyristors cascodés. Quant à la tension de déclenchement et à la tension de maintien d'un tel dispositif, elles sont respectivement de l'ordre de 3,6 volts et de 4 volts pour une réalisation dans une technologie CMOS 28nm. 3044166 6 Un tel dispositif est donc bien adapté à la protection d'un composant d'un circuit intégré alimenté sous une tension d'alimentation de 3,3 volts, contre des surtensions apparaissant lors du fonctionnement du composant. 5 On se réfère maintenant à cet égard plus particulièrement à la figure 4 pour illustrer un exemple d'application du dispositif électronique DE à la protection d'un composant 1 couplé entre la première borne B1 et la deuxième borne B2. Par exemple, le composant 1 peut être un microcontrôleur ou un coeur de processeur. 10 La première borne B1 peut être par exemple une borne d'entrée/sortie (« pad en langue anglaise ») du circuit intégré contenant ledit composant et la borne B2 peut être destinée à être reliée à la masse. Comme illustré sur la figure 4, le dispositif DE comporte un 15 circuit de déclenchement connecté ici entre la gâchette unique GU et la borne B2. Le circuit de déclenchement CD peut être basé sur des transistors MOS à fonctionnement hybride tels que décrits dans la demande de brevet internationale WO 2011/089179. En effet, il a été 20 montré dans cette demande de brevet internationale WO 2011/089179 que de tels transistors pouvaient être utilisés également pour former un circuit de déclenchement (« trigger circuit » en anglais). Plus précisément, le circuit de déclenchement CD comporte ici un premier transistor NMOS TN1 à fonctionnement hybride dont la 25 grille GN1 et le substrat SBN1 sont reliés ensemble à la source SN1 du transistor TN1 par une première résistance R1 et un deuxième transistor NMOS TN2 à fonctionnement hybride dont le drain DN2 est connecté à la source SN1 du premier transistor TN1, dont la grille GN2 et le substrat SBN2 sont reliés ensemble à la source SN2 du 30 deuxième transistor TN2 par une deuxième résistance R2, la source SN2 de ce deuxième transistor TN2 étant reliée à la cathode K2 du deuxième thyristor TH2 et donc à la deuxième borne B2. D'autres structures classiques de circuits de déclenchement (non illustrés), par exemple des transistors MOS dont la grille et le 3044166 7 substrat sont connectés à la masse (ici la borne B2), qui sont communément connus par l'homme du métier sous l'acronyme anglo- saxon « GGNMOS » (« Grounded-Gate NMOS »), sont aussi possibles. Il convient de noter que ledit circuit de déclenchement CD peut 5 être avantageusement un circuit de déclenchement identique à celui implémenté dans un dispositif de protection classique ayant un seul thyristor. Ainsi, avec une tension de déclenchement de l'ordre de 3,6 volts, une tension de maintien de l'ordre de 4 volts et une tension 10 d'alimentation de 3,3 volts, un déclenchement lors d'une surcharge sur ledit composant en fonctionnement ne maintient pas un état conducteur dudit dispositif électronique DE à la fin de la surcharge. Ainsi, on obtient un dispositif électronique pour la protection contre des surtensions possédant une tension de maintien élevée tout 15 en évitant d'augmenter de façon significative la tension de déclenchement par rapport à un dispositif de protection à un seul thyristor. Un tel dispositif électronique nécessite avantageusement un encombrement surfacique sur silicium réduit par rapport à un dispositif de protection ayant trois thyristors. 20 Bien entendu un tel dispositif est également utilisable pour la protection du composant contre des décharges électrostatiques (ESD) lorsque le composant n'est pas en fonctionnement c'est-à-dire non alimenté. Il serait possible d'augmenter encore le nombre de thyristors de 25 la chaîne, les gâchettes de ces derniers étant connectées ensemble pour former la gâchette unique. Ceci permettrait d'augmenter encore la tension de maintien du dispositif global. Dans ce cas le nombre d'éléments du circuit de déclenchement, par exemple le nombre de transistors à fonctionnement hybride connectés en série, serait 30 augmenté en conséquence par rapport au mode de réalisation de la figure 4. D'un point de vue intégration, tous les thyristors seraient alors réalisés dans le même caisson semiconducteur CS (figures 2 et 3), avec 3044166 8 l'anode d'un thyristor de la chaîne connectée par une métallisation à la cathode du thyristor le précédant dans la chaîne. REVENDICATIONS1. Dispositif électronique, comprenant une chaîne d'au moins deux thyristors (TH1, TH2) couplés en série dans le même sens de conduction, chaque thyristor (TH1, TH2) comportant une gâchette (G1, G2) d'un premier type de conductivité, toutes les gâchettes (G1, G2) du premier type de conductivité des thyristors (TH1, TH2) étant couplées pour former une gâchette unique (GU). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les gâchettes (G1, G2, GU) sont de type de conductivité N. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel tous les thyristors (TH1, TH2) sont disposés dans un même caisson semiconducteur (CS) ayant le premier type de conductivité et chaque thyristor (TH1, TH2) comporte au sein dudit caisson semiconducteur (CS), une première région semiconductrice (RS1) ayant un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité et une deuxième région semiconductrice (RS2) ayant le deuxième type de conductivité et incluant une zone semiconductrice (ZSFD2) ayant le premier type de conductivité, la première région semiconductrice (RS1) d'un thyristor (TH2) de la chaîne étant couplée par une métallisation située au dessus du caisson semiconducteur (CS) à la zone semiconductrice (ZSFD2) du thyristor précédent (TH1) dans ladite chaîne, ledit caisson semiconducteur (CS) formant ladite gâchette unique (GU). 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le caisson semiconducteur (CS) comporte une zone (ZCFD) plus fortement dopée que le reste du caisson, entourant toutes les régions semiconductrices (RS1, RS2) et formant une prise de contact pour ladite gâchette unique (GU). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un circuit déclencheur (CD) couplé à ladite gâchette unique (GU). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite chaîne de thyristors comprend un premier thyristor (TH1) 3044166 10 et un deuxième thyristor (TH2), l'anode (A2) du deuxième thyristor (TH2) étant couplée à la cathode (K1) du premier thyristor (TH1). 7. Dispositif selon les revendications 2, 5 et 6, dans lequel le circuit de déclenchement (CD) est couplé à ladite gâchette unique 5 (GU) et à la cathode (K2) du deuxième thyristor (TH2). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 5, comportant en outre un composant (1) disposé entre les deux extrémités (B1, B2) de la chaîne de thyristors, le circuit de déclenchement (CD) étant couplé à ladite 10 gâchette unique (GU) et à l'une des extrémités (B2) de la chaîne.