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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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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.
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3. Techniques spécifiques pour la caractérisation des composants FD-SOI
3.1 Méthode pseudo-MOSFET pour substrats FD-SOI
Le transistor pseudo-MOSFET est activé en appliquant deux pointes (la source et le drain) sur la surface d’un îlot de Si gravé sur la plaque FD-SOI . Le substrat représentant la grille est polarisé de manière à induire un canal de conduction d’électrons (V BG > 0) ou de trous (V BG < 0) à l’interface film-BOX. Les caractéristiques de transfert I D – V BG servent à extraire les tensions de seuil et les mobilités des électrons et des trous à l’aide de la fonction Y(V BG) = I D/√g m .
La précaution à prendre en FD-SOI est d’utiliser des pointes avec large diamètre et faible pression afin d’éviter leur pénétration à travers le film et le BOX . Des courbes typiquement...
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Techniques spécifiques pour la caractérisation des composants FD-SOI
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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/
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
HAUT DE PAGE
EUROSOI-ULIS : Joint International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon
https://eurosoiulis2019.sciencesconf.org
ESSDERC-ESSCIRC : European Solid-State Device Research Conference & European Solid-State Circuits Conference
http://www.esscirc-essderc2018.org
IEDM : International Electron Devices Meeting
S3S : IEEE SOI-3D-Subthreshold Microelectronics Technology Unified Conference
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