Brevet FR3080950A1 — publié le 20191108

B16902 - 17-GR1-0790 1 STRUCTURE DE TYPE Z2-FET Domaine La présente demande concerne un composant électronique, et plus particulièrement un composant électronique comprenant une structure de type Z2-FET. Exposé de l'art antérieur Une structure de type Z2-ELT peut être utilisée pour réaliser une diode à effet de champ. Résumé Un mode de réalisation prévoit une structure de type Z210 EET comprenant : deux grilles avant ; et deux grilles arrière, respectivement de type P et de type N. Selon un mode de réalisation, les deux grilles avant ont chacune une largeur de grille inférieure à 100 nm. Selon un mode de réalisation, les deux grilles avant ont 15 chacune une largeur de grille de l'ordre de 28 nm. Selon un mode de réalisation, les deux grilles avant sont espacées d'une distance inférieure à 100 nm. Selon un mode de réalisation, la structure est formée sur un substrat comprenant une couche isolante enterrée. 20 Selon un mode de réalisation, la couche isolante enterrée a une épaisseur de l'ordre de 25 nm. B16902 - 17-GR1-0790 2 Selon un mode de réalisation, la structure comprend en outre : une région d'anode ; une région de cathode ; et une région intermédiaire dopée de type P séparant la région d'anode et la région de cathode. 5 Selon un mode de réalisation, une des régions de grille avant est isolée et positionnée sur et en contact avec une première portion de ladite région intermédiaire, et une autre des régions de grille avant est isolée et positionnée sur et en contact avec une deuxième portion de ladite région intermédiaire. Selon un mode de réalisation, la première portion de ladite région intermédiaire est en contact avec la région de cathode et la deuxième portion de ladite région intermédiaire est en contact avec la région d'anode. Selon un mode de réalisation, la grille arrière dopée de type P est positionnée sous la première portion de ladite région intermédiaire et la grille arrière dopée de type N est positionnée sous la deuxième portion de ladite région intermédiaire. Selon un mode de réalisation, ladite région 20 intermédiaire est en silicium-germanium contraint. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation 25 avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure LA est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une diode à effet de champ ; et la figure 1B est un graphique illustrant le potentiel le long d'une partie de la diode de la figure LA. 30 Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. B16902 - 17-GR1-0790 3 Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", 5 "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence 10 à 5 % près. Les figures LA et 1B illustrent un mode de réalisation d'une diode à effet de champ (de l'anglais "field effect diode" (FED)). Le fonctionnement d'une diode à effet de champ est par exemple décrit dans l'article de Yang Yang et al. intitulé "Design 15 and optimization of the SOI field effect diode (ELD) for ESD protection" paru en 2008 dans la revue Solid-State Electronics, volume 52, pages 1482 à 1485. La figure LA est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une diode à effet de champ 100. La diode 100 est formée dans et sur une structure SOI (de l'anglais "Silicon On Insulator") comprenant une couche semiconductrice 101 reposant sur une couche isolante 103, reposant elle-même sur un support semiconducteur 105. La couche semiconductrice 101 est généralement en silicium. La couche 101 a une épaisseur par exemple comprise entre 3 et 25 nia, par exemple de l'ordre de 7 nia. La couche isolante 103 est couramment désignée par l'appellation BOX (de l'anglais "Buried OXyde"). La couche isolante 103 a une épaisseur par exemple comprise entre 3 et nia, par exemple de l'ordre de 25 nia. Le support 30 semiconducteur 105 est généralement en silicium. Le support 105 est divisé en une portion 105P dopée de type P et une portion 105N dopée de type N. La portion 105P est située à gauche en figure LA et la portion 105N est située à droite en figure LA. Une zone active est délimitée dans la couche 101 par un 35 mur 107 isolant périphérique. Le mur 107 s'étend de la face B16902 - 17-GR1-0790 4 supérieure de la couche 101 jusqu'à la face supérieure du support 105 et fait le tour de la zone active. La zone active ainsi délimitée comprend une région 110 d'anode et une région 112 de cathode (ou anode 110 et cathode 112) séparées par une région 5 intermédiaire 114. La région d'anode 110 est fortement dopée de type P (P+) et se trouve au-dessus de la portion 105N du support 105, c'est-à-dire se trouve sur la droite de la zone active de la couche 101 en figure 1A. Une zone de reprise de contact est formée sur la face supérieure de la région 110 d'anode et est reliée à 10 un noeud A d'application d'un potentiel d'anode. La région de cathode 112 est fortement dopée de type N (N+) et se trouve au-dessus de la portion 105P du support 105, c'est-à-dire se trouve sur la gauche de la zone active de la couche 101 en figure LA. Une zone de reprise de contact est formée sur la face supérieure 15 de la région 112 de cathode et est reliée à un noeud K d'application d'un potentiel de cathode. La région intermédiaire 114 est faiblement dopée de type P (P-) et se situe entre les régions d'anode 110 et de cathode 112. A titre d'exemple, la région intermédiaire 114 peut être en silicium-germanium 20 contraint. En figure 1A, les régions 110, 112 et 114 sont représentées comme ayant une épaisseur supérieure à la couche 101, mais à titre d'exemple l'épaisseur de ces régions pourrait être de l'ordre de l'épaisseur de la couche 101. La diode 100 comprend en outre deux grilles avant 115 et 116 formés dans et sur la 25 région intermédiaire 114. Chaque grille avant 115, 116 est une grille isolée comprenant une couche de grille 117, par exemple en silicium polycristallin, et une couche isolante 118. La couche isolante 118 recouvre la face inférieure et les faces latérales de la couche de grille 117. Une zone de reprise de contact est 30 formée sur la face supérieure de la couche de grille 117 de chaque grille avant 115, 116. La zone de reprise de contact de la première grille avant 115 est reliée à un noeud FG1 d'application d'un premier potentiel de grille avant. La zone de reprise de contact de la deuxième grille avant 116 est reliée à un noeud FG2 d'application d'un second potentiel de grille avant. La première B16902 - 17-GR1-0790 5 grille avant 115 est positionnée dans et sur une portion de la couche intermédiaire 114 du côté de l'anode 110. La deuxième grille avant 116 est positionnée dans et sur une portion de la couche intermédiaire 114 du côté de la cathode 112. Chaque grille 5 avant 115, 116 a une largeur de grille Lg par exemple inférieure à environ 200 nia, de préférence inférieure à 100 nia, par exemple comprise entre 20 et 100 nia, par exemple de l'ordre d'environ 28 rua. Les grilles avant 115, 116 sont espacées d'une distance d, par exemple comprise entre 20 et 150 rua, par exemple de l'ordre 10 de 96 nia. La diode 100 comprend un caisson enterré 120 formé sur une partie inférieure de la couche isolante 103 en contact avec la face supérieure du support 105. Le caisson enterré 120 est divisé en une portion 120P dopée de type P et une portion 120N 15 dopée de type N. La portion 120P est positionnée sur et en contact avec la portion 105P du support 105. La portion 120N est positionnée sur et en contact avec la portion 105N du support 105. Le caisson enterré 120 est positionné sous la zone active de la couche 101, et plus particulièrement le caisson 120 est délimité 20 par le mur isolant 107. Autrement dit, le caisson enterré 120 s'étend tout le long de la zone active de la couche 101. De plus, les portions 105P et 120P sont positionnées du côté de la cathode 112 et s'étendent jusqu'à environ la moitié de la région intermédiaire 114, au moins le long de la grille avant 116. Les 25 portions 105N et 120N sont positionnées du côté de l'anode 110 et s'étendent jusqu'à environ la moitié de la région intermédiaire 114, au moins le long de la grille avant 115. Le support 105 et le caisson enterré 120 forment les deux grilles arrières de la diode 100. Plus particulièrement, les portions 105P 30 et 120P forment une première grille arrière 130, et les portions 105N et 120N forment une deuxième grille arrière 132. Un caisson vertical 122 dopé fortement de type P (P+) est formé à travers les couches 101 et 103. Le caisson 122 s'étend du support 105 jusqu'à la face supérieure de la couche 101, et plus 35 particulièrement la portion 105P du support 105 à la face B16902 - 17-GR1-0790 6 supérieure de la couche 101. En figure 1A, le caisson vertical 122 dépasse la face supérieure de la couche 101. Une zone de reprise de contact est formée sur la face supérieure du caisson 122 et est reliée à un noeud BGp d'application d'un potentiel. Le 5 caisson 122 est par exemple délimité d'un côté par le mur isolant 107 et de l'autre côté par un autre mur isolant 125. Le caisson 122 permet d'appliquer un potentiel à la première grille arrière 130 de la diode 100. Un caisson vertical 124 dopé fortement de type N (N+) est formé à travers les couches 101 et 103. Le caisson 10 122 relie le support 105 à la face supérieure de la couche 101, et plus particulièrement la portion 105N du support 105 à la face supérieure de la couche 101. En figure 1A, le caisson vertical 124 dépasse de la face supérieure de la couche 101. Une zone de reprise de contact est formée sur la face supérieure du caisson 124 et 15 est reliée à un noeud BGN d'application d'un potentiel. Le caisson 124 est par exemple délimité d'un côté par le mur isolant 107 et de l'autre côté par un autre mur isolant 125. Le caisson 122 permet d'appliquer un potentiel à la deuxième grille arrière 132 de la diode 100. 20 La diode 100 a plusieurs modes de fonctionnement. Pour faire fonctionner la diode 100 comme une diode classique, on applique aux noeuds FG1 et FG2, reliés aux deux grilles avant 115 et 116, un potentiel de référence, de préférence la masse. Pour faire fonctionner la diode 100 comme un thyristor ou SCR (de 25 l'anglais "silicon controlled rectifier") ayant une gâchette d'anode et une gâchette de cathode, un potentiel positif est appliqué au noeud FG1, et un potentiel négatif ou le potentiel de référence est appliqué au noeud FG2. De plus, on applique au noeud BGp un potentiel négatif et on applique au noeud BGN un potentiel 30 positif. Dans une telle configuration, la structure Z2-FET de la diode 100 est contrôlée par des impulsions de tension appliquées à l'anode et à la cathode comme une structure de type Z2-FET classique. La figure 1B est un graphique illustrant, par 35 l'intermédiaire d'une courbe C, la variation du potentiel dans la B16902 - 17-GR1-0790 7 région intermédiaire 114 de la diode 100 de la figure LA pendant un fonctionnement de type SCR. L'abscisse 0 du graphique correspond à l'extrémité côté cathode de la région intermédiaire 114 (soit l'extrémité gauche 5 en figure LA) et l'abscisse 2Lg+d correspond à l'extrémité côté anode de la région intermédiaire 114 (soit l'extrémité droite en figure LA). 10 15 grille arrière 132 via le noeud BGN. Le potentiel VFG1 est par exemple inférieur à 1 V, par exemple inférieur à 0,5 V, par exemple de l'ordre de 0,2 V. Le 20 potentiel VFG2 est par exemple supérieur à -1 V, par exemple supérieur à -0,5 V, par exemple de l'ordre de -0,2 V. Le potentiel VBGp est par exemple supérieur à -2 V, par exemple de l'ordre de -1 V ou de 0 V. Le potentiel VBGN est par exemple inférieur à 2 V, par exemple de l'ordre de 0 V ou 1 V. 25 Dans la portion gauche de la région intermédiaire 114 positionnée sous la deuxième grille avant 116, c'est-à-dire la portion de la courbe C dont l'abscisse est comprise entre 0 et Lg, le potentiel décroît rapidement au niveau du bord de la région 114 pour atteindre le niveau du potentiel négatif VFG2. 30 Dans la portion médiane de la région intermédiaire 114 qui n'est surplombée ni par la première grille avant 115 ni par la deuxième grille avant 116, c'est-à-dire la portion de la courbe C dont l'abscisse est comprise entre Lg et Lg+d, le potentiel croît du potentiel négatif VFG2 vers le potentiel positif VFG1. La courbe C est obtenue pendant un fonctionnement de type SCR de la diode 100, pendant lequel : un potentiel VFG1 positif grille avant 115 via le noeud FG1 ; est est appliqué à la première un potentiel VFG2 négatif grille avant 116 via le noeud FG2 ; est et appliqué à la deuxième un potentiel VBGp négatif grille arrière 130 via le noeud BGp ; appliqué à la première un potentiel VBGN positif est appliqué à la deuxième B16902 - 17-GR1-0790 8 Dans la portion droite de la région intermédiaire 114 positionnée sous la première grille avant 115, c'est-à-dire la portion de la courbe C dont l'abscisse est comprise entre Lg+d et 2Lg+d, le potentiel atteint le niveau du potentiel positif VFG1 5 puis décroît rapidement au niveau du bord de la région intermédiaire 114. La courbe C montre une inversion de polarisation au sein de la région intermédiaire 114, cette inversion de polarisation est nécessaire au fonctionnement d'une structure de type Z2-EET. 10 L'utilisation de deux grilles arrière de polarisation différente permet de renforcer l'inversion de polarisation au sein de la région intermédiaire 114. Plus particulièrement, appliquer un potentiel négatif à la première grille arrière permet de renforcer la polarisation de la portion de la région intermédiaire 15 positionnée sous la deuxième grille avant. De plus, appliquer un potentiel positif à la deuxième grille arrière permet de renforcer la polarisation de la portion de la région intermédiaire positionnée sous la première grille avant. Un avantage de ce mode de réalisation est que renforcer 20 l'inversion de polarisation au sein de la région intermédiaire 114 rend possible le fonctionnement de la structure Z2-EET dans laquelle les grilles ont une largeur de grille par exemple de l'ordre de 28 nm. Un autre avantage de ce mode de réalisation est de 25 pouvoir utiliser la diode 100 avec des tensions de polarisation des grilles avant basses, c'est-à-dire des tensions inférieures, en valeur absolue, à 0,5V, par exemple de l'ordre de 0,2 V. On appelle ici, comme cela est usuel : -couche semiconductrice faiblement dopée, une couche 30 dont la concentration en atomes dopants est comprise entre 1014 et 5x1015 atomes/cm3 ; -couche semiconductrice fortement dopée, une couche dont la concentration en atomes dopants est comprise entre 1017 et 1018 atomes/cm3 ; et B16902 - 17-GR1-0790 9 -couche semiconductrice très fortement dopée, une couche dont la concentration en atomes dopants est comprise entre 1018 et 1020 atomes/cm3. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. 5 Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS1. Structure de type Z2-FET comprenant : deux grilles avant (115, 116) ; et deux grilles arrière (130, 132), respectivement de type P (130) et de type N (132). 2. Structure selon la revendication 1, dans laquelle les deux grilles avant (115, 116) ont chacune une largeur de grille (Lg) inférieure à 100 nia. 3. Structure selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les deux grilles avant (115, 116) ont chacune une largeur de grille (Lg) de l'ordre de 28 nia. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les deux grilles avant (115, 116) sont espacées d'une distance (d) inférieure à 100 nia. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 15 1 à 4, étant formée sur un substrat comprenant une couche isolante enterrée (103). 6. Structure selon la revendication 5, dans laquelle la couche isolante enterrée (103) a une épaisseur de l'ordre de 25 nia. 20 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre : une région d'anode (110) ; une région de cathode (112) ; et une région intermédiaire (114) dopée de type P séparant 25 la région d'anode (110) et la région de cathode (112). 8. Structure selon la revendication 7, dans laquelle une des grilles avant (115) est isolée et positionnée sur et en contact avec une première portion de ladite région intermédiaire (114), et une autre des grilles (116) avant est isolée et 30 positionnée sur et en contact avec une deuxième portion de ladite région intermédiaire (114). 9. Structure selon la revendication 8, dans laquelle la première portion de ladite région intermédiaire (114) est en contact avec la région de cathode (112) et la deuxième portion de B16902 - 17-GR1-0790 11 ladite région intermédiaire (114) est en contact avec la région d'anode (110). 10. Structure selon la revendication 9, dans laquelle la grille arrière dopée de type P (130) est positionnée sous la 5 première portion de ladite région intermédiaire (114) et la grille arrière dopée de type N (132) est positionnée sous la deuxième portion de ladite région intermédiaire (114). 11. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans laquelle ladite région intermédiaire (114) est en 10 silicium-germanium contraint.