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Technologie silicium sur isolant (SOI)

Article de référence | Réf : E2381 v1

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Dispositifs et technologie silicium sur isolant totalement déserté (FD-SOI)

Auteur(s) : Sorin CRISTOLOVEANU

Date de publication : 10 nov. 2018

Relu et validé le 18 janv. 2021

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RÉSUMÉ

La récente technologie Fully Depleted SOI (FD-SOI) est le prolongement naturel du SOI pour réaliser des circuits intégrés à forte densité, haute fréquence et basse consommation. En raison de leurs dimensions nanométriques, aussi bien en épaisseur qu’en longueur, les transistors FD-SOI présentent des mécanismes de fonctionnement et des caractéristiques très spécifiques. L’état de l’art du FD-SOI est décrit en insistant sur les atouts des composants, les effets physiques particuliers et les techniques de caractérisations dédiées. Des exemples de dispositifs innovants conçus en filière FD-SOI sont discutés.

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ABSTRACT

Fully Depleted Silicon On Insulator (FD-SOI) Devices

Fully Depleted SOI (FD-SOI) is a natural evolution of SOI technology, oriented to the fabrication of high-density, high-frequency, low-power integrated circuits. FD-SOI transistors feature nanometer thickness and length, which lends them very specific operation mechanisms and characteristics. This article describes the state of the art and the unique qualities of FD-SOI components. Their special physical effects and dedicated characterization techniques are underlined. Selected examples of innovative devices made possible by the unrivaled flexibility of FD-SOI technology are discussed.

Auteur(s)

Sorin CRISTOLOVEANU : Directeur de Recherche CNRS - IMEP-LAHC, Grenoble INP & CNRS, Minatec, - Grenoble Cedex, France

INTRODUCTION

La technologie SOI, sujet de l’article « Technologie silicium sur isolant (SOI) » [E 2 380], a donné naissance au FD-SOI, filière CMOS d’avant-garde, où les composants totalement désertés (FD : fully depleted) s’affichent avec une épaisseur de 6 à 7 nm. Cet article évoque, parfois en détail, les spécificités du FD-SOI par rapport aux structures SOI conventionnelles à plus forte épaisseur.

L’accent est mis sur l’incomparable flexibilité du FD-SOI en regard du FinFET, son concurrent. La possibilité de polariser le substrat de silicium représente l’atout incontesté du FD-SOI, permettant d’émuler des transistors à double grille. On peut ainsi moduler les propriétés des transistors en termes de tension de seuil, de mobilité de porteurs et de courant de fuite.

Tout d'abord, sont décrits les avantages génériques et les caractéristiques des composants FD-SOI. Puis les mécanismes physiques particuliers qui gouvernent le fonctionnement des transistors MOSFET sont explicités. Nous insistons sur les effets dimensionnels en épaisseur et longueur de canal. La caractérisation de structures multi-interfaces de taille nanométrique représente un défi considérable. Les techniques recommandées sont ensuite abordées. L’extrême souplesse de la technologie offre l’opportunité de concevoir des dispositifs innovants, essentiellement basés sur l’exploitation du dopage électrostatique. Des exemples sélectionnés sont discutés : dispositifs à modulation de bandes, diode virtuelle, mémoires DRAM sans capacité de stockage, etc.

Pour une vue complète et synthétique, il est préférable de parcourir cet article après la lecture de l'article [E 2 380].

Le lecteur trouvera en fin d'article un tableau des symboles et un tableau des sigles utilisés.

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MOTS-CLÉS

MOSFET | technologie silicium | SOI | FD-SOI | CMOS

KEYWORDS

MOSFET | silicon technology | SOI | FD-SOI | CMOS

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - CRISTOLOVEANU (S.), BALESTRA (F.) - La technologie Silicium Sur Isolant. - Techniques de l'Ingénieur, 2nd édition, art. no. [E 2 380v2], 1-24 (2013).
(2) - WORLEY (E.R.) - Theory of the fully depleted SOS/MOS transistor, Solid-State Electronics. - Vol. 23, Issue 11, 1107-1111 (1980).
(3) - LIM (H.-K.), FOSSUM (J.G.) - Threshold voltage of thin-film Silicon-on-insulator (SOI) MOSFET's. - IEEE Transactions on Electron Devices ; 30 : 1244-51 (1983).
(4) - CRISTOLOVEANU (S.), LI (S.S.) - Electrical characterization of SOI Materials and Devices. - Kluwer, Norwell (1995).
(5) - COLINGE (J.-P.) - Silicon-on-Insulator Technology : Materials to VLSI. - 3rd edition, Springer (2004).
(6) - * - https://soiconsortium.eu/
...

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1 Sites Internet

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ESSDERC-ESSCIRC : European Solid-State Device Research Conference & European Solid-State Circuits Conference

http://www.esscirc-essderc2018.org

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https://ieee-iedm.org/

S3S : IEEE SOI-3D-Subthreshold Microelectronics Technology Unified Conference

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