JP3237523B2 - 横型電界効果トランジスタ及びその設計方法 - Google Patents

横型電界効果トランジスタ及びその設計方法

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    • H10D62/151Source or drain regions of field-effect devices of IGFETs 

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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は横型電界効果トラン
ジスタ及びその設計方法に関し、特に限定された領域内
で配線部の抵抗を含むトータルオン抵抗を最小にした横
型電界効果トランジスタ及びその設計方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の横型電界効果トランジスタは、図
3に示すように半導体基板1に、半導体基板1の表面か
らみて(断面は図示せず)矩形パターンの能動部2と、
この両側に隣接して並列配置された矩形パターンでアル
ミニウムのドレイン配線部3及びソース配線部4と、ド
レイン配線部3及びソース配線部4の下層で、能動部2
の両側に隣接して並列配置されたゲート配線部5とを有
し、ドレイン配線部3及びソース配線部4の一端にドレ
イン引出しパッド3a及びソース引出しパッド4aを含
んでいる。能動部2は櫛歯状パターンのドレイン部2d
とソース部2sがゲート部2gを介して歯合配置され、
ドレイン部2dはドレイン配線部3と、ソース部2sは
ソース配線部4と、ゲート部2gはゲート配線部5と電
気的に接続されている。ドレイン配線部3及びソース配
線部4の幅Wは、横型電界効果トランジスタに流す電流
値によりアルミニウムのマイグレイション,アルミニウ
ムの溶断電流を考慮して決定されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、横型電界効
果トランジスタが低オン抵抗化するほど能動部2のオン
抵抗とドレイン配線部3及びソース配線部4の抵抗との
トータルオン抵抗に占めるドレイン配線部3及びソース
配線部の抵抗が無視できなくなり、従来のようにドレイ
ン配線部3及びソース配線部4の幅をアルミニウムの溶
断電流やマイグレーションからの制約を考慮して決定し
ているだけでは、限られた領域内でのトータルオン抵抗
が大きくなるかトータルオン抵抗を低く抑えようとする
と領域面積を大きくしなければならないという問題があ
る。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、
ドレイン配線部及びソース配線部の幅と能動部の幅の比
を最適化することにより限られた領域内でトータルオン
抵抗を最小にすることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の横型電界効果ト
ランジスタは、半導体基板内に設けた一辺長a,他辺長
b1の四辺形能動部と、この能動部に隣接して並列配置
された一辺長a,他辺長b2の四辺形配線部とを有し、
これらにより一辺長a,他辺長bの四辺形領域を形成
し、能動部のオン抵抗の単位面積換算値をAr、配線部
のシート抵抗をρとしたとき、配線部の他辺長b2 に対
する能動部の他辺長b1の割合を2Ar/(a2 ・ρ)
の平方根の値として他辺長bをb1,b2で分割したもの
で構成されている。本構成によれば、配線部の他辺長b
2に対する能動部の他辺長b1 の割合を2Ar/(a2・
ρ)の平方根の値としているので、横型電界効果トラン
ジスタのトータルオン抵抗を制限された四辺形領域内で
最小にできる。上記配線部がアルミニウムの場合に、上
記手段を適用すれば、トータルオン抵抗に占める配線部
抵抗が無視できないので、効果が大きい。上記におい
て、配線部は能動部の両側に配置されたドレイン配線部
とソース配線部とであっても、能動部の片側に配置され
たドレイン配線部又はソース配線部であっても、配線部
の他辺長b2 に対する能動部の他辺長b1の割合を2A
r/(a2・ρ)の平方根の値とすれば、トランジスタ
のトータルオン抵抗を制限された四辺形領域内で最小に
できる。本発明の横型電界効果トランジスタの設計方法
は、半導体基板内に設けた一辺長a、他辺長bの制限さ
れた四辺形領域に、一辺長a,他辺長b1 の四辺形能動
部と、この能動部に隣接して並列配置された一辺長a,
他辺長b2 の四辺形配線部とを有し、能動部のオン抵抗
の単位面積換算値をAr、配線部のシート抵抗をρとし
たとき、配線部の他辺長b2 に対する能動部の他辺長b
1 の割合kをk=2Ar/(a 2 ・ρ)の平方根の式か
ら求めることにより、配線部の抵抗を含むトータルオン
抵抗Ronを最小とする他辺長b1および他辺長b2を設計
する横型電界効果トランジスタの設計方法であって、配
線部の他辺長b2 をx、能動部の他辺長b1をk・xと
て、配線部の抵抗がρ・a/(2x)、能動部のオン
抵抗がAr/(a・k・x)で表され、トータルオン抵
抗の計算式が配線部の抵抗と能動部のオン抵抗との加算
式で表され、この加算式で表されたトータルオン抵抗
計算式をkにて微分し∂Ron/∂k=0となるkを求め
ることにより、k=2Ar/(a 2 ・ρ)の平方根の式
を導く構成である。上記構成によれば、配線部の他辺長
b2 に対する能動部の他辺長b1 の割合を2Ar/(a
2 ・ρ)の平方根の値に導くようにすることにより、制
限された四辺形領域内で、配線部の抵抗を含むトータル
オン抵抗を最小にできるトランジスタを設計できる。
【0005】
【実施の形態】以下、本発明の実施例について、図1を
参照して説明する。図に示す横型電界効果トランジスタ
は、半導体基板11に一辺の長さ(以降、単に長さと記
す)a,他辺の長さ(以降、幅と記す)b1 の矩形パタ
ーンの能動部12と、その両側に隣接して並列配置され
た一辺の長さ(以降、単に長さと記す)a,他辺の長さ
(以降、幅と記す)b2 の矩形パターンでアルミニウム
のドレイン配線部13及びソース配線部14と、ドレイ
ン配線部13及びソース配線部14の下層で、能動部1
2の両側に隣接して並列配置されたゲート配線部(図示
せず)とを有し、ドレイン配線部13及びソース配線部
14の一端にドレイン引出しパッド13a及びソース引
出しパッド14aを含んでいる。能動部12は図3と同
様な櫛歯状パターンのドレイン部(図示せず)とソース
部(図示せず)がゲート部(図示せず)を介して歯合配
置され、ドレイン部はドレイン配線部13と、ソース部
はソース配線部14と、ゲート部はゲート配線部と電気
的に接続されている。上記のトランジスタは能動部12
とドレイン配線部13及びソース配線部14とで一辺の
長さ(以降、単に長さと記す)a(固定定数),他辺の
長さ(以降、幅と記す)b(固定定数)の制限された矩
形領域Aを形成している。上記において、b2 =x,b
1 =k・xとするとb=2b2 +b1 =2x+k・xで
あり、ドレイン配線部13及びソース配線部14の幅x
は x=b/(2+k) …(1) 能動部12の幅k・xは k・x=k・b/(2+k) …(2) で表される。
【0006】図1のトランジスタは、固定定数である幅
bが与えられた場合、上記のkを以下の設計方法で決定
することによりドレイン配線部13及びソース配線部1
4の幅xを(1)式より、能動部12の幅k・xを
(2)式より決定している。ここで、Rtは能動部12
の等価抵抗、Rdはドレイン配線部13の等価抵抗、R
sはソース配線部14の等価抵抗、ρはアルミニウムの
シート抵抗、Arは能動部12のオン抵抗の単位面積換
算値とする。トランジスタのトータルオン抵抗Ronは次
式で表される。 Ron=Rd+Rt+Rs =ρ・a/(2x)+Ar/(a・k・x)+ρ・a/(2x) …(3) ここで(3)式に(1)を代入すると、 Ron=(ρ・a+Ar/(a・k))・(2+k)/b …(4) (4)式をkにて微分すると ∂Ron/∂k=ρ・a/b−2Ar/(a・b・k2 ) …(5) (5)式より∂Ron/∂k=0となるkを求めると k=2Ar/(a2 ・ρ)の平方根 …(6) となり、 ドレイン配線部13及びソース配線部14の幅:トラン
ジスタ能動部12の幅=1:2Ar/(a2 ・ρ)の平
方根 とすることで長さa,幅bで制限された矩形領域A内で
横型電界効果トランジスタを形成する場合、ドレイン配
線部13及びソース配線部14の配線部抵抗を含むトー
タルオン抵抗Ronを最小にすることができる。
【0007】次に、本発明の他の実施例について、図2
を参照して説明する。図2の実施例は、能動部12のド
レインを直接内部回路に接続する場合とか、2つのトラ
ンジスタのドレイン配線部を共通接続する場合に用いら
れる。図1とはドレイン配線部がない点で異なり、同一
部分には同一符号を付してその説明を省略する。このト
ランジスタは、能動部12と、その片側に隣接して並列
配置されたソース配線部14とで一辺の長さ(以降、単
に長さと記す)a(固定定数),他辺の長さ(以降、幅
と記す)b’(固定定数)の制限された矩形領域A’を
形成している。上記において、b’=b2 +b1 =x+
k・xであり、ソース配線部14の幅xは x=b’/(1+k) …(7) 能動部の幅k・xは k・x=k・b’/(1+k) …(8) で表される。
【0008】本発明のトランジスタは、固定定数である
幅b’が与えられた場合、上記のkを以下の設計方法で
決定することによりソース配線部14の幅xを(7)式
より、能動部12の幅k・xを(8)式より決定してい
る。ここで、Rtは能動部12の等価抵抗、Rsはソー
ス配線部14の等価抵抗、ρはアルミのシート抵抗、A
rは能動部12のオン抵抗の単位面積換算値とする。ト
ランジスタのトータルオン抵抗Ron’は次式で表され
る。 Ron’=Rt+Rs =Ar/(a・k・x)+ρ・a/(2x) …(9) ここで(9)式に(7)を代入すると、 Ron=(ρ・a/2+Ar/(a・k))・(1+k)/b’ …(10) (10)式をkにて微分すると ∂Ron/∂k=ρ・a/(2b’)−Ar/(a・b’・k2 )…(11) (11)式より∂Ron/∂k=0となるkを求めると k=(2Ar/(a2 ・ρ))の平方根 …(12) と、(6)と同一となり、 ソース配線部14の幅:能動部12の幅=1:(2Ar
/(a2 ・ρ))の平方根 とすることで寸法a,b’で制限された矩形領域A’内
で横型電界効果トランジスタを形成する場合、ソース配
線部14の配線部抵抗を含むトータルオン抵抗Ronを最
小にすることができる。尚、図2ではドレイン配線部が
無い場合について説明したが、ソース配線部が無い場合
についても同様であり、説明を省略する。また、実施例
1,2において、能動部,配線部を矩形パターンで説明
したが、これに限定されることなく、他の四辺形であっ
てもよい。また、上記の設計方法により求めた配線幅
は、最終的にはアルミニウムのマイグレーションや溶断
電流からの制約も考慮して決定しなければならないこと
はもちろんである。
【0009】
【発明の効果】本発明によれば、配線部の幅に対する能
動部の幅の割合を2Ar/(a2 ・ρ)の平方根の値と
することで、配線部の抵抗を含む横型電界効果トランジ
スタのトータルオン抵抗を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の要部平面図
【図2】 本発明の他の実施例の要部平面図
【図3】 従来の横型電界効果トランジスタの要部平面
【符号の説明】
A,A’ 矩形領域 11 半導体基板 12 能動部 13 ドレイン配線部 14 ソース配線部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板内に設けた一辺長a,他辺長b
    1 の四辺形能動部と、この能動部に隣接して並列配置さ
    れた一辺長a,他辺長b2 の四辺形配線部とを有し、前
    記能動部のオン抵抗の単位面積換算値をAr、前記配線
    部のシート抵抗をρとしたとき、前記配線部の他辺長b
    2 に対する前記能動部の他辺長b1 の割合を2Ar/
    (a2 ・ρ)の平方根の値とした横型電界効果トランジ
    スタ。
  2. 【請求項2】前記配線部がアルミニウムである請求項1
    記載の横型電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】前記配線部が前記能動部の両側に配置され
    たドレイン配線部とソース配線部とであることを特徴と
    する請求項1記載の横型電界効果トランジスタ。
  4. 【請求項4】前記配線部が前記能動部の片側に配置され
    たドレイン配線部又はソース配線部であることを特徴と
    する請求項1記載の横型電界効果トランジスタ。
  5. 【請求項5】半導体基板内に設けた一辺長a、他辺長b
    の制限された四辺形領域に、一辺長a,他辺長b1 の四
    辺形能動部と、この能動部に隣接して並列配置された一
    辺長a,他辺長b2 の四辺形配線部とを有し、前記能動
    部のオン抵抗の単位面積換算値をAr、前記配線部のシ
    ート抵抗をρとしたとき、前記配線部の他辺長b2 に対
    する前記能動部の他辺長b1 の割合kをk=2Ar/
    (a 2 ・ρ)の平方根の式から求めることにより、前記
    配線部の抵抗を含むトータルオン抵抗Ronを最小とする
    前記他辺長b1および他辺長b2を設計する横型電界効果
    トランジスタの設計方法であって、 前記配線部の他辺長b2 をx、前記能動部の他辺長b1
    をk・xとて、前記配線部の抵抗がρ・a/(2
    x)、前記能動部のオン抵抗がAr/(a・k・x)で
    表され、前記トータルオン抵抗の計算式が前記配線部の
    抵抗と前記能動部のオン抵抗との加算式で表され、 前記加算式で表されたトータルオン抵抗の 計算式をkに
    て微分し∂Ron/∂k=0となるkを求めることによ
    り、k=2Ar/(a 2 ・ρ)の平方根の式を導く横型
    電界効果トランジスタの設計方法
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