Brevet FR3082052A1 — publié le 20191206

Dispositif électronique intégré destiné à fonctionner dans des environnements à température variable. Des modes de réalisation de l'invention concernent les circuits intégrés, notamment les circuits intégrés destinés à fonctionner dans des environnements à température variable, et en particulier la gestion des courants de tels circuits intégrés. Il est connu que le fonctionnement d'un circuit intégré peut être altéré par des variations de température. Par exemple, la résistivité du silicium augmente avec la température, ce qui peut entraîner une chute de la valeur du courant lors du fonctionnement. En outre, une augmentation de la température peut également augmenter la valeur des courants de fuite des composants, typiquement des transistors, ce qui est particulièrement problématique dans le cas de dispositifs comportant de nombreux composants. Il existe donc un besoin d'obtenir un dispositif dans lequel l'influence de la température sur le fonctionnement et sur les courants de fuite du circuit intégré est réduite. Selon un aspect, il est proposé un dispositif électronique intégré, comprenant un substrat de type silicium sur isolant et au moins un transistor MOS réalisé dans et sur ledit substrat, et comprenant une région de grille configurée pour recevoir une tension de commande, une grille arrière configurée pour recevoir une tension d'ajustement, et dans lequel la région source comporte une première borne destinée à être reliée à une tension de référence, par exemple la masse, et une deuxième borne réalisées de part et d'autre d'une portion résistive de la région de source, la deuxième borne étant configurée pour délivrer une tension dont la valeur est représentative de la température du dispositif. Le dispositif comporte des moyens d'ajustement configurés pour délivrer, sur la grille arrière, ladite tension d'ajustement dont la valeur dépend de la valeur de la tension de commande et de la valeur de la tension délivré par la deuxième borne. Ainsi il est possible de moduler la valeur du courant en 35 fonction de la température du dispositif, ce qui permet 2 avantageusement d'éviter une trop forte variation du courant de fonctionnement du transistor ou une trop forte augmentation des courants de fuite. La portion résistive peut être surmontée par une ligne de 5 matériau de grille électriquement isolée de la portion résistive par un matériau diélectrique et s'étendant depuis la région de grille perpendiculairement à celle-ci en formant une continuité de matière avec celle-ci, les polarisations de la grille et de la grille arrière étant aptes à faire varier la valeur résistive de la portion résistive. 10 Ainsi on peut avantageusement commander la valeur résistive de la portion résistive, notamment en fonction de la température du dispositif, ce qui permet avantageusement un contrôle du courant de fonctionnement et des courants de fuite accrus. La tension de commande peut prendre une première valeur 15 correspondant à un état passant du transistor, par exemple 1 volt, et une deuxième valeur correspondant à un état bloqué du transistor, par exemple 0 volt, et les moyens d'ajustement sont configurés pour délivrer la tension d'ajustement ayant un premier état, par exemple un état positif, sur la grille arrière lorsque la tension de commande a la 20 première valeur, et pour délivrer la tension de commande ayant un deuxième état, par exemple un état négatif, sur la grille arrière lorsque la tension de commande a la deuxième valeur, et pour ajuster la valeur de la tension d'ajustement en fonction de la température du dispositif. Les moyens d'ajustement peuvent comporter un convertisseur 25 de niveau comportant une entrée couplée à la grille et une sortie, et un transistor couplé entre la sortie du convertisseur de niveau et la grille arrière, et dont la grille est couplée à la deuxième borne, la sortie du convertisseur de niveau étant configurée pour délivrer une tension positive si la tension sur sa borne d'entrée est positive, et une tension 30 négative si la tension sur la borne d'entrée est nulle. D'autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels 3 - les figures 1 à 4 illustrent des modes de réalisation de l' invention. Les figures 1 et 2 illustrent un dispositif électronique intégré DIS dont la figure 2 est une vue schématique d'un point de vue 5 électrique. Le dispositif électronique DIS comporte un transistor TR, par exemple un transistor MOS réalisé sur un substrat de type silicium sur isolant (SOI, Silicon On Insulator), et des moyens d'ajustement MA non représentés sur la figure 1 à des fins de simplification. 10 Classiquement, le substrat est un film semi-conducteur disposé au-dessus d'une couche isolante enterrée (connue par l'homme du métier sous le vocable BOX (« Buried OXyde »), elle-même située au-dessus d'un substrat porteur, par exemple un caisson semi-conducteur. Le transistor TR comporte classiquement une région semi- 15 conductrice de source S, une région semi-conductrice de drain D et une région de grille G. La zone active du transistor TR est isolée des autres composants du dispositif par une région isolante TI, par exemple du type tranchée peu profonde (STI : « Shallow Trench Isolation »). 20 Des contacts sont réalisés dans différentes régions du transistor TR, par exemple des contacts en tungstène. Les zones d'implantation des contacts sont ici siliciurées. Par exemple, le dispositif DIS comporte ici plusieurs contacts de drain CD, réalisés le long de la région de drain D. La totalité de la 25 surface de la région de drain est ici siliciurée, et la résistance entre deux contacts de drain distincts est donc très faible, proche de zéro. Les contacts de drain CD sont mutuellement couplés, par exemple via des pistes métalliques de la partie d'interconnexion du dispositif. 30 Des contacts de grille CG sont réalisés de part et d'autre de la région de grille G, et puisque toute la surface de la région de grille est ici siliciurée, la résistivité entre les contacts situés de part et d'autre de la ligne de grille est très faible. Cela permet notamment une polarisation uniforme de la région de grille. 4 Les contacts de grille CG sont également mutuellement couplés via des pistes métalliques. Une région de prise de contact de caisson RPC est réalisée au sein de la région isolante TI, et permet de polariser le caisson du 5 transistor TR, qui se comporte alors comme une grille arrière pour le transistor TR. La région de prise de contact de caisson RPC comporte une pluralité de contacts de caisson CBG mutuellement couplés, et est siliciurée sur toute sa surface. 10 La région de source S comporte deux contacts formant une première borne B1 et une deuxième borne B2, réalisés en deux endroits de la région de source, de part et d'autre d'une portion résistive RS non siliciurées de la région de source. Ainsi, la résistivité entre la première borne B1 et la deuxième 15 borne B2 est plus importante, par exemple ici de l'ordre de 10 kilo- ohms. La première borne B1 et la deuxième borne B2 ne sont pas électriquement couplées par des pistes métalliques de la partie d'interconnexion, comme c'est le cas pour les contacts de drain CD, les contacts de grille CG et les contacts de caisson CBG. 20 Comme l'illustre la figure 2, le transistor TR avec sa portion non siliciurée RS peut être représenté fonctionnellement comme deux transistors TR1 et TR2 ayant leurs grilles mutuellement couplées, leurs grilles arrière BG mutuellement couplées et leurs régions de drain mutuellement couplées, et leurs régions de source mutuellement 25 couplées par l'intermédiaire de la résistance RS. La première borne B1 est ici couplée à la masse. Le transistor TR peut être soit dans un état bloqué, ici lorsque la tension VG sur sa grille G, ou tension de commande, et la tension de drain VD sont égales à 0 volt, soit dans un état passant, ici lorsque la 30 tension de commande VG et la tension de drain VD sont égales à 1 volt. Lorsque le transistor TR est dans un état passant, un premier courant Ii circule au travers du premier transistor TR1, entre le drain D et la première borne Bi, c'est-à-dire du drain D vers la masse. 5 Et, un deuxième courant 12 circule au travers du deuxième transistor TR2, entre le drain D et la deuxième borne B2, puis de la deuxième borne B2 vers la première borne Bi, c'est-à-dire vers la masse au travers de la résistance RS. 5 Il convient de noter ici que le premier courant Ii et le deuxième courant 12 sont utilisés à des fins de simplification ; en pratique, la distribution du courant varie progressivement le long du substrat du transistor TR. Ainsi, la tension VS2 sur la deuxième borne B2 dépend de la 10 valeur du deuxième courant 12 et de la valeur de la résistance RS. Et, puisque la résistance RS est une portion de silicium, sa valeur dépend notamment de la température du silicium, et augmente avec celle-ci. La tension VS2 dépend donc de la température de la résistance 15 RS, et est donc représentative de la température du dispositif DIS. Lorsque le transistor TR est dans son état bloqué, un courant de fuite peut circuler entre le drain D et la source S du transistor TR. Ce phénomène, classique et bien connu de l'homme du métier, peut s'avérer particulièrement gênant lorsque le dispositif comporte un 20 nombre important de transistors. En effet, la multiplication des courants de fuite, en plus de générer une consommation supplémentaire du dispositif DIS, peut entraîner un surchauffe du dispositif DIS par effet Joule. Il est en outre connu que la valeur des courants de fuite au sein 25 d'un transistor augmente avec la température. Ainsi, grâce aux courants de fuite traversant le deuxième transistor TR2 et la résistance RS, il est possible de connaître la température du dispositif DIS par la lecture du potentiel V52 sur la deuxième borne B2. 30 Les moyens d'ajustement MA comportent une borne d'entrée BE, couplée aux contacts de grille CG du transistor TR, une borne de sortie BS couplée au contact de caisson CBG, c'est à dire à la grille arrière du transistor TR, et apte à délivrer une tension d'ajustement 6 VA, et une borne de commande BCT couplée à la deuxième borne B2 et apte à recevoir la tension VS2. Les moyens d'ajustement MA sont configurés pour délivrer une tension ayant un premier état, ici un état positif, lorsque la tension de 5 commande VG sur la borne d'entrée BE a une première valeur, ici 1 volt, c'est-à-dire lorsque le transistor TR est dans l'état passant, et une tension ayant un deuxième état, ici un état négatif lorsque la tension de commande VG sur la borne d'entrée BE a une deuxième valeur, ici 0 volt, c'est-à-dire lorsque le transistor TR est dans l'état 10 bloqué. Les moyens d'ajustement MA comportent par exemple un convertisseur de niveau CN (« level shifter », en langue anglaise), comportant classiquement une entrée formant la borne d'entrée BE des moyens d'ajustement MA, et une borne de sortie SS. 15 Le convertisseur de niveau CN est configuré pour transmettre un état haut, ici une tension de 1 volt, sur sa borne de sortie Ss lorsqu'il reçoit un état haut, c'est-à-dire une valeur de tension positive, et pour transmettre un état bas, par exemple une tension de -1 volt, sur sa borne de sortie SS lorsqu'il reçoit un état nul, c'est-à-dire 20 une tension dont la valeur est égale à 0 volt, sur la borne d'entrée BE. Un troisième transistor TR3, par exemple ici un transistor MOS, a une première borne couplée à la borne de sortie SS du convertisseur de niveau, un deuxième borne couplée à la borne de sortie BS des moyens d'ajustement MA, c'est-à-dire à la grille arrière 25 du transistor TR, et sa grille couplée à la borne de commande BCT, c'est-à-dire à la deuxième borne B2. Ainsi, lorsque le transistor TR est dans un état passant, la borne d'entrée BE reçoit une tension de 1 volt, et le convertisseur délivre une tension de 1 volt sur sa sortie SS. 30 Et, puisque la grille du troisième transistor est couplée à la deuxième borne B2, la valeur résistive à l'état passant du troisième transistor est proportionnelle à la tension VS2 sur la deuxième borne, et donc à la température du dispositif DIS. 7 Les moyens d'ajustement sont donc configurés ici pour délivrer sur leur borne de sortie BS une tension positive comprise entre 0 et 1 volt, et dont la valeur dépend de la tension VS2, et donc de la température du dispositif DIS. 5 Plus la température est élevée, plus la tension délivrée par les moyens d'ajustement MA sera proche de 1 volt, et plus la température est basse, plus la tension délivrée par les moyens d'ajustement est proche de 0 volt. La tension d' ajustement VA délivrée par les moyens 10 d'ajustement MA sur la grille arrière BG du transistor TR a pour conséquence d'ajuster la valeur du courant circulant au sein de celui-ci, notamment la valeur du deuxième courant 12 circulant au sein du deuxième transistor TR2, et permet donc de compenser les variations du deuxième courant 12. 15 En d'autre terme, la diminution de la valeur du deuxième courant 12 due à la hausse de la température du dispositif DIS est compensée par la polarisation avec une tension positive de la grille arrière BG du transistor, qui tend à augmenter la valeur du deuxième courant 12. 20 La plage de température de fonctionnement normal, c'est-à-dire non dégradée, du dispositif DIS est ainsi avantageusement augmentée. A tire indicatif, il a été observé que selon ce mode de réalisation et pour une plage de températures allant de 173 à 473 kelvins, la variation de la valeur du courant est inférieure à 5%, alors 25 qu'elle est de 10 à 15% dans des circuits intégrés classique. Le premier courant Il est également influencé par la polarisation de la grille arrière puisque les transistors TR1 et TR2 sont sur le même silicium actif. Lorsque le transistor TR est à l'état bloqué, le convertisseur de 30 niveau CN délivre une tension négative sur sa borne de sortie SS, ici une tension de -1 volt. Ainsi, selon un fonctionnement analogue à celui décrit précédemment, plus la température du dispositif DIS est élevée, plus les moyens d'ajustement délivreront sur la grille arrière BG une 8 tension proche de -1 volt, et plus la température sera basse, plus les moyens d'ajustement délivreront une tension proche de 0 volt. Ainsi, l'augmentation de la valeur des courants de fuite due à la hausse de la température du dispositif DIS est compensée par la 5 polarisation par une tension négative de la grille arrière BG du transistor. A titre indicatif, il a été observé que selon ce mode de réalisation, et pour une plage de températures allant de 173 à 473 kelvins, la valeur des courants de fuite peut être réduite de 75% par 10 rapport à un circuit intégré de l'art antérieur Les figures 3 et 4 illustrent un mode de réalisation alternatif du dispositif DIS, dont la figure 4 est une représentation schématique d'un point de vue électrique. Dans ce mode de réalisation, la portion non siliciurée RS est 15 recouverte d'une extension EX de matériau de grille, qui s'étend dans la région de source S depuis la région de grille G, perpendiculairement à celle-ci. L'extension EX est électriquement isolée de la portion non siliciurée RS par un matériau diélectrique, tel qu'un oxyde de grille. Ainsi, comme l'illustre la figure 4, ce mode de réalisation 20 correspond électriquement à une substitution de la résistance RS par un quatrième transistor TR4. Le quatrième transistor TR4 est couplé entre la première borne B1 et la deuxième borne B2, et a sa grille électriquement couplée à la grille G du transistor TR, et sa grille arrière BG à la grille arrière du 25 transistor TR. Ainsi, lorsque le transistor TR est en fonctionnement, le quatrième transistor TR4 est passant, et sa grille arrière reçoit la tension d'ajustement VA. Lorsque la température du dispositif DIS augmente, la 30 résistivité à l'état passant du quatrième transistor TR4 tend d'une part à augmenter en raison de l'augmentation de la température, et d'autre part à diminuer en raison de la polarisation de sa grille arrière. La valeur du courant 12 est donc stabilisée de façon encore plus précise. 9 Lorsque le transistor TR est à l'état bloqué, le quatrième transistor est également bloqué, est équivalent à une résistance de très forte valeur. Cela est suffisant pour diminuer très fortement les courants de 5 fuite au sein du dispositif DIS lorsque le transistor TR est bloqué, sans toutefois perturber le fonctionnement du transistor TR à l'état passant. Il convient de noter que la position de l'extension EX n'est pas limitée à celle illustrée par la figure 3. En effet, il serait possible de réaliser l'extension EX plus ou moins proche de la première borne B1 10 ou plus ou moins proche de la deuxième borne B2, selon que l'on souhaite privilégier une diminution des courants de fuite ou une stabilisation du deuxième courant 12. 10 REVENDICATIONSL Dispositif électronique intégré, comprenant un substrat de type silicium sur isolant et au moins un transistor MOS (TR) réalisé dans et sur ledit substrat, et comprenant une région de grille (G) configurée pour recevoir une tension de commande, une grille arrière (BG) configurée pour recevoir une tension d'ajustement, et dans lequel la région source (S) comporte une première borne (Bi) destinée à être reliée à une tension de référence et une deuxième borne (B2) réalisées de part et d'autre d'une portion résistive (Rs) de la région de source 10 (S), la deuxième borne (B2) étant configurée pour délivrer une tension dont la valeur est représentative de la température du dispositif (DIS), le dispositif (DIS) comportant des moyens d'ajustement (MA) configurés pour délivrer sur la grille arrière (BU), ladite tension d'ajustement dont la valeur dépend de la valeur de la tension de 15 commande et de la valeur de la tension délivrée par la deuxième borne (B2). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la portion résistive (Rs) est surmontée par une ligne de matériau de grille électriquement isolée de la portion résistive par un matériau 20 diélectrique et s'étendant depuis la région de grille perpendiculairement à celle-ci en formant une continuité de matière avec celle-ci, la polarisation de la grille (G) et de la grille arrière (BU) étant apte à faire varier la valeur résistive de la portion résistive. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la 25 tension de commande prend soit une première valeur correspondant à un état passant du transistor, soit une deuxième valeur correspondant à un état bloqué du transistor, et les moyens d'ajustement (MA) sont configurés pour délivrer la tension d'ajustement ayant un premier état sur la grille arrière lorsque la tension de commande a la première 30 valeur, et pour délivrer la tension de commande ayant un deuxième état sur la grille arrière lorsque la tension de commande a la deuxième valeur, et pour ajuster la valeur de la tension d'ajustement en fonction de la température du dispositif. ii 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'ajustement (MA) comportent un convertisseur de niveau (CN) comportant une entrée (BE) et une sortie (Ss), dont l'entrée est couplée à la grille (G), et un transistor (TR3) couplé entre la sortie (Ss) du convertisseur de niveau (CN) et la grille arrière (BG), et dont la grille est couplée à la deuxième borne (B2), la sortie du convertisseur de niveau étant configurée pour délivrer une tension positive si la tension sur sa borne d'entrée est positive, et une tension négative si la tension sur la borne d'entrée est nulle,