JP4517413B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に互いに同特性で同サイズを有する一対のトランジスタを対称配置により設けた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、アナログ回路を構成する半導体装置として、例えばミラー回路等を構成するための同特性の一対のトランジスタ(ペアトランジスタ)を半導体基板上に対称配置により設けたものが知られている。
このような素子では、ペアを構成する各トランジスタが同一特性で動作することが必要である。特にアナログ回路においては、各トランジスタの特性が絶対値において一致していなければならず、各トランジスタの特性を厳格に一致させる必要がある。
【0003】
図3は、半導体基板状におけるペアトランジスタの配置例を示す部分平面図である。
図示のように、ペアを構成する2つの電界効果トランジスタ2A、2Bは、共通ソース2Cを介して互いに隣接して配置され、各電界効果トランジスタ2A、2Bの外側に互いに対称形状のドレイン2D、2Eを有している。
また同様に、別のペアを構成する2つの電界効果トランジスタ4A、4Bは、共通ソース4Cを介して互いに隣接して配置され、各電界効果トランジスタ4A、4Bの外側に互いに対称形状のドレイン4D、4Eを有している。
また、各ペアトランジスタ2A、2B、4A、4Bの周囲には、他の電界効果トランジスタ6A、6B、6Cやその他の素子が配置されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなペアトランジスタが搭載される半導体基板上では、様々な素子が密集して配置されているため、ペアトランジスタ周辺の素子配置パターンの粗密差やプロセスのばらつき等により、ペアトランジスタの特性に悪影響が及び、適正な対称特性が得られず、不良と成る場合があった。
また、特に1PC(Pellet Check)モニタによって個別にチェックしていないような大面積のトランジスタでは、プロセスのばらつきの影響を同一チップ内の隣接素子でも受け易く、そのモニタ及び制御が困難であった。
【0005】
図4は、半導体ウェーハ内の各部におけるトランジスタの特性差の実測例を示す説明図である。
図4(B)に示すように、半導体ウェーハの面内に縦に1〜9、横に11〜19の位置をとり、図4(A)に示すように、各面内位置における1PCトランジスタと大面積トランジスタのNMVth(n型トランジスタの閾値電圧)の値を測定した。
1PCトランジスタは、チャネル幅W=10μm、チャネル長L=0.5μmであり、各測定値を四角い点で示している。これに対し、大面積(Long Channel)トランジスタは、チャネル幅W=10μm、チャネル長L=6.0μmであり、各測定値を丸い点で示している。
【0006】
図示のように、大面積トランジスタのNMVthは、半導体ウェーハの縦方向に上部と下部で低めにばらつく傾向がある。通常、NMVthのチャネル長依存は、L=0.5μm→6.0μmで、△Vth〜0.1Vthであることから、半導体ウェーハの上部と下部が異常と考えられる。
半導体ウェーハの上部と下部でVth異常部が発生するパラメータは把握されていないが、大面積トランジスタでは、微妙なパラメータでVthが0.1Vレベルシフトすることが示唆される。
【0007】
そこで本発明の目的は、ペアトランジスタの特性を一致させることができる半導体装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、半導体基板上に配置され、チャネル長方向に対称形状であって、互いに同特性で同サイズを有する一対のトランジスタと、前記半導体基板上における前記一対のトランジスタの周辺部に前記一対のトランジスタに対して対称形状に配置され、前記一対のトランジスタの周辺部における素子パターン配置を対称形状にするダミーパターンとを有する。本発明の半導体装置では、ペアを構成する各トランジスタの周辺部における素子パターン配置を対称形状としたことから、各トランジスタの周辺における素子配列パターンの粗密差等による影響を排除し、各トランジスタの特性を同一に保持することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による半導体装置の実施の形態について説明する。
図1は、本発明による半導体装置の第1の例を示す平面図である。
本例の半導体装置は、半導体基板10上に互いに同特性で同サイズを有する一対の電界効果トランジスタ20A、20Bをチャネル長方向に対称形状で配置し、アナログ素子となるペアトランジスタを構成したものである。
各電界効果トランジスタ20A、20Bは、大面積トランジスタであり、チャネル幅W=10μm、チャネル長L=6.0μmを有する。
【0010】
そして、各電界効果トランジスタ20A、20Bは、共通ソース20Cを介して互いに隣接して配置され、各電界効果トランジスタ20A、20Bのチャネル長方向の外側に、互いに対称形状のドレイン20D、20Eを有している。
また、各電界効果トランジスタ20A、20Bの本体部は、例えばポリシリコン膜やシリコン酸化膜等の積層構造によって形成されており、その上部にゲート20F、20Gが設けられている。
【0011】
また、各電界効果トランジスタ20A、20Bの各ドレイン20D、20Eの外側近傍部には、互いに対称形状のダミーパターンとしてのダミー導電層22A、22Bが設けられている。
各ダミー導電層22A、22Bは、ポリシリコン膜等によって形成されており、各ドレイン20D、20Eと平行に形成されている。
本例の半導体装置では、共通ソース20Cを介して互いに隣接配置される各電界効果トランジスタ20A、20Bの各ドレイン20D、20Eの外側近傍部に互いに対称形状のダミー導電層22A、22Bを設けたことから、各電界効果トランジスタ20A、20Bの周辺における素子配列パターンの粗密差等による影響を排除し、各電界効果トランジスタ20A、20Bの特性を同一に保持することができる。
【0012】
この結果、LDD.ET(Lightly Doped Drain.Etching )、LDD.II(LDD.Ion Implantation )、S/D.Ox(Source/Drain.Oxidtion)、S/D.II、オートドープ等のパターン粗密差による影響を同等にすることができる。
したがって、各電界効果トランジスタ20A、20Bの特性を同等とすることができ、アナログ素子を構成するペアトランジスタとしての良好な機能を得ることができる。
【0013】
なお、図1に示す例では、各電界効果トランジスタ20A、20Bのチャネル長方向に対称形状でダミー導電層22A、22Bを設けたが、各電界効果トランジスタ20A、20Bを包囲する状態、すなわち、チャネル長方向及びチャネル幅方向に対称形状でダミー導電層を設けてもよい。
また、図1に示す例では、ダミーパターンとしてポリシリコン膜等による導電層22A、22Bを設けたが、このようなダミーパターンとしては、導電層の代わりに、例えば酸化シリコン膜等による絶縁層を用いてもよい。
また、図1に示す例では、各電界効果トランジスタ20A、20Bが共通ソース20Cを有する構成について説明したが、個別にソースを有するものであってもよい。
また、図1に示す例では、電界効果トランジスタによってペアトランジスタを構成したが、他のトランジスタを用いたものであってもよい。
【0014】
図2は、本発明による半導体装置の第2の例を示す平面図である。
本例の半導体装置は、半導体基板12上に互いに同特性で同サイズを有する一対の電界効果トランジスタ30A、30Bをチャネル長方向に対称形状で配置し、アナログ素子となるペアトランジスタを構成したものである。
各電界効果トランジスタ30A、30Bは、大面積トランジスタであり、チャネル幅W=10μm、チャネル長L=6.0μmを有する。
【0015】
そして、各電界効果トランジスタ30A、30Bは、共通ソース30Cを介して互いに隣接して配置され、各電界効果トランジスタ30A、30Bのチャネル長方向の外側に、互いに対称形状のドレイン30D、30Eを有している。
また、各電界効果トランジスタ30A、30Bの本体部は、例えばポリシリコン膜やシリコン酸化膜等の積層構造によって形成されており、その上部にゲート30F、30Gが設けられている。
【0016】
そして本例においては、各電界効果トランジスタ30A、30Bの周辺部に所定以上の大きさを有するスペース32を設け、その外側に他の素子34A、34B、34C等を設けたものである。
スペース32は、各電界効果トランジスタ30A、30Bの全周辺部にわたってほぼ均一の幅(例えば10μm)を有している。
本例の半導体装置では、共通ソース30Cを介して互いに隣接配置される各電界効果トランジスタ30A、30Bの周囲に所定以上の大きさを有するスペース32を設けたことから、各電界効果トランジスタ30A、30Bの周辺における素子配列パターンの粗密差等による影響を排除し、各電界効果トランジスタ30A、30Bの特性を同一に保持することができる。
【0017】
この結果、LDD.ET、LDD.II、S/D.Ox、S/D.II、オートドープ等のパターン粗密差による影響を同等にすることができる。
したがって、各電界効果トランジスタ30A、30Bの特性を同等とすることができ、アナログ素子を構成するペアトランジスタとしての良好な機能を得ることができる。
【0018】
なお、図2に示す例では、各電界効果トランジスタ20A、20Bが共通ソース20Cを有する構成について説明したが、個別にソースを有するものであってもよい。
また、図2に示す例では、電界効果トランジスタによってペアトランジスタを構成したが、他のトランジスタを用いたものであってもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置では、半導体基板上に互いに同特性で同サイズを有する一対のトランジスタをチャネル長方向に対称形状で配置した半導体装置において、前記各トランジスタの周辺部における素子パターン配置を対称形状とした。
したがって本発明によれば、ペアを構成する各トランジスタの周辺部における素子パターン配置を対称形状としたことから、各トランジスタの周辺における素子配列パターンの粗密差等による影響を排除し、各トランジスタの特性を同一に保持することができ、例えばアナログ素子を構成するペアトランジスタとしての良好な機能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の第1の実施の形態を示す平面図である。
【図2】本発明による半導体装置の第2の実施の形態を示す平面図である。
【図3】半導体装置における素子配列の一例を示す平面図である。
【図4】半導体ウェーハ内の各部におけるトランジスタの特性差の実測例を示す説明図である。
【符号の説明】
10、12……半導体基板、20A、20B、30A、30B……電界効果トランジスタ、20C、30C……共通ソース、20D、20E、30D、30E……ドレイン、20F、20G、30F、30G……ゲート、22A、22B……ダミー導電層、32A、32B、32C、32D……スペース、34A、34B、34C、34D……周辺素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a pair of transistors having the same characteristics and the same size are provided in a symmetrical arrangement on a semiconductor substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor device constituting an analog circuit, for example, a device in which a pair of transistors (pair transistors) having the same characteristics for constituting a mirror circuit or the like are provided symmetrically on a semiconductor substrate is known.
In such an element, it is necessary that the transistors constituting the pair operate with the same characteristics. In particular, in an analog circuit, the characteristics of each transistor must match in absolute value, and the characteristics of each transistor must be matched exactly.
[0003]
FIG. 3 is a partial plan view showing an example of arrangement of the pair transistors on the semiconductor substrate.
As shown in the figure, two
Similarly, two
Further, other
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since various elements are densely arranged on the semiconductor substrate on which the pair transistors as described above are mounted, due to the difference in density of elements arranged around the pair transistors, process variations, etc. The characteristics were adversely affected, and proper symmetry characteristics could not be obtained, resulting in failure.
In particular, a transistor with a large area that is not individually checked by a 1PC (Pellet Check) monitor is easily affected by adjacent elements in the same chip, and monitoring and control thereof are difficult.
[0005]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an actual measurement example of the difference in characteristics of transistors at each part in the semiconductor wafer.
As shown in FIG. 4B, the positions of 1 to 9 in the vertical direction and 11 to 19 in the horizontal direction of the surface of the semiconductor wafer are taken. As shown in FIG. The value of NMVth (threshold voltage of n-type transistor) of the large area transistor was measured.
The 1PC transistor has a channel width W = 10 μm and a channel length L = 0.5 μm, and each measured value is indicated by a square point. In contrast, a large channel transistor has a channel width W = 10 μm and a channel length L = 6.0 μm, and each measurement value is indicated by a round dot.
[0006]
As shown in the figure, the NMVth of the large area transistor tends to vary slightly in the vertical direction of the semiconductor wafer at the top and bottom. Normally, NMVth depends on the channel length from L = 0.5 μm → 6.0 μm, and ΔVth to 0.1 Vth, so the upper and lower portions of the semiconductor wafer are considered abnormal.
Although parameters that cause Vth abnormalities at the top and bottom of the semiconductor wafer have not been grasped, it is suggested that for a large-area transistor, Vth shifts by 0.1 V with subtle parameters.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of matching the characteristics of a pair transistor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a pair of transistors disposed on a semiconductor substrate, symmetrical in the channel length direction, having the same characteristics and the same size, and the pair of transistors on the semiconductor substrate. They are arranged symmetrically with respect to said pair of transistors in the peripheral portion, and a dummy pattern for the element pattern arrangement in the peripheral portion of the transistor of the one pair symmetrically. In the semiconductor device of the present invention, since the element pattern arrangement in the peripheral part of each transistor constituting the pair is symmetrical, the influence due to the density difference of the element arrangement pattern in the periphery of each transistor is eliminated, and the characteristics of each transistor Can be kept the same.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below.
FIG. 1 is a plan view showing a first example of a semiconductor device according to the present invention.
In the semiconductor device of this example, a pair of
Each
[0010]
The
The main body of each
[0011]
Also, dummy
The dummy
In the semiconductor device of this example, the dummy
[0012]
As a result, LDD. ET (Lightly Doped Drain. Etching), LDD. II (LDD. Ion Implantation), S / D. Ox (Source / Drain. Oxidtion), S / D. It is possible to equalize the influence of pattern density differences such as II and autodope.
Therefore, the characteristics of the
[0013]
In the example shown in FIG. 1, the dummy
In the example shown in FIG. 1,
In the example shown in FIG. 1, the configuration in which each
Further, in the example shown in FIG. 1, the pair transistor is configured by the field effect transistor, but another transistor may be used.
[0014]
FIG. 2 is a plan view showing a second example of the semiconductor device according to the present invention.
The semiconductor device of this example is configured by arranging a pair of
Each
[0015]
The
Further, the main body of each
[0016]
In this example, a
The
In the semiconductor device of this example, the
[0017]
As a result, LDD. ET, LDD. II, S / D. Ox, S / D. It is possible to equalize the influence of pattern density differences such as II and autodope.
Therefore, the characteristics of the
[0018]
In the example illustrated in FIG. 2, the configuration in which the
Further, in the example shown in FIG. 2, the pair transistor is configured by the field effect transistor, but another transistor may be used.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, in the semiconductor device of the present invention, in the semiconductor device in which a pair of transistors having the same characteristics and the same size are arranged symmetrically in the channel length direction on the semiconductor substrate, the element pattern in the peripheral part of each transistor The arrangement was symmetrical.
Therefore, according to the present invention, since the element pattern arrangement in the peripheral part of each transistor constituting the pair is made symmetrical, the influence due to the density difference of the element arrangement pattern in the periphery of each transistor is eliminated, and the characteristics of each transistor Can be kept the same, and for example, a good function as a pair transistor constituting an analog element can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention;
FIG. 2 is a plan view showing a second embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of an element arrangement in a semiconductor device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of actual measurement of a difference in characteristics of a transistor at each part in a semiconductor wafer.
[Explanation of symbols]
10, 12 ... Semiconductor substrate, 20A, 20B, 30A, 30B ... Field effect transistor, 20C, 30C ... Common source, 20D, 20E, 30D, 30E ... Drain, 20F, 20G, 30F, 30G ...
Claims (10)
前記半導体基板上における前記一対のトランジスタの周辺部に前記一対のトランジスタに対して対称形状に配置され、前記一対のトランジスタの周辺部における素子パターン配置を対称形状にするダミーパターンと
を有する
半導体装置。A pair of transistors disposed on a semiconductor substrate, symmetrical in the channel length direction, having the same characteristics and the same size;
Wherein arranged symmetrically with respect to said pair of transistors in the peripheral portion of the pair of transistors in a semiconductor substrate, a semiconductor device having a dummy pattern for the element pattern disposed symmetrically in the peripheral portion of the transistor of the one pair .
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