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Gebiet der vorliegenden Offenbarung
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung integrierte Schaltungen, wobei das Funktionsverhalten der integrierten Schaltungen und insbesondere von analogen Schaltungsbereichen verbessert wird, indem die Auswirkungen einer Fehlanpassung von Schaltungselementen, etwa von Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen, im Hinblick auf systematische Abweichungen, die auch als Gradienten bezeichnet werden und die während der Herstellung und/oder während des Betriebs der integrierten Schaltungen eingeführt werden, verringert werden.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Bei der Herstellung moderner integrierter Schaltungen gibt es ein ständiges Bestreben, die Strukturgrößen der Schaltungselemente zu verringern, um damit die Funktionsvielfalt dieser Strukturen zu erhöhen. Z. B. haben in aktuell verfügbaren integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter 1 μm erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verbessert wird. Der Gesamtprozess zur Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente aus einem geeigneten Rohmaterial, das aktuell und in der näheren Zukunft ein siliziumbasiertes Halbleitermaterial ist auf Grund der guten Verfügbarkeit des Rohmaterials und der gut verstandenen Eigenschaften von Silizium, Siliziumdioxid und anderen gut bewährten Materialien, erfordert das Ausführen einer großen Anzahl sehr komplexer Fertigungsprozesse, wobei jeder dieser Prozesse auf der Grundlage eng festgelegter Prozessfenster auszuführen ist, um damit das gewünschte Prozessergebnis zu erreichen. Beispielsweise wird das Substratmaterial, etwa in Form von siliziumbasierten Halbleiterscheiben, behandelt, indem Photolithographie, Ätztechniken, Ionenimplantation, Ausheizprozesse, Abscheideprozesse und dergleichen angewendet werden, um damit diverse Mikrostrukturelemente zu schaffen, die schließlich die einzelnen Schaltungselemente bilden, die gemeinsam das Funktionsverhalten der entworfenen Schaltungsanordnung definieren. Aktuell werden eine Vielzahl von Prozesstechnologien eingesetzt, um den diversen Erfordernissen spezieller Schaltungsentwürfe Rechnung zu tragen, wobei jedoch die oben beschriebenen Prozesstechniken in einer mehr oder weniger modifizierten Version in jeder dieser Technologien eingesetzt werden, wobei jedoch die Erfordernisse im Hinblick auf eine hohe Genauigkeit in Verbindung mit einem kosteneffizienten Geseamtfertigungsablauf in jeder dieser Technologie zu erfüllen sind, um damit einen kommerziellen Erfolg des schließlich erhaltenen Halbleiterprodukts sicherzustellen.
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In der
US 5 488 249 A wird eine integrierte Schaltung mit FETs beschrieben, die symmetrisch um Mittelpunkte angeordnet sind, wobei diese Mittelpunkte wiederum symmetrisch über die Schaltung verteilt sind.
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In der
DE 195 39 340 A1 wird eine elektronische Schaltung mit einem MOS-Transistor mit schleifenförmiger Source und Gate beschrieben, wobei für die Schaltung eine quadratische Struktur vorgesehen ist.
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In der
JP H07-211860 A und der
US 5 635 421 A werden Matrixstrukturen von Kondensatorbauteilen beschrieben.
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In der
US 6 507 272 B1 wird eine Matrixstruktur von Widerstandselementen beschrieben.
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Als ein Beispiel einer sehr komplexen Fertigungssequenz wird mit Bezug zu den 1a und 1b ein typischer Prozessablauf zur Herstellung von Schaltungselementen in einer MOS-Technologie beschrieben.
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Teils einer integrierten Schaltung 100, die eine analoge Schaltung enthält, etwa Spannungs- und Stromverstärker, die bei der Signalverarbeitung analoger Schaltungsbereiche, etwa von ADC's (analog-digital-Wandler), DAC's (digital-analog-Wandler) und dergleichen eingesetzt werden. Es sollte beachtet werden, dass obwohl eine merkliche Tendenz in Richtung von Digitalschaltungen auf vielen technischen Gebieten beobachtet werden kann, beispielsweise auf Grundlage der digitalen Signalverarbeitung, dennoch sehr genaue Analogschaltungen erforderlich sind, selbst in Kombination mit komplexen digitalen Schaltungen, da die analoge Schaltung zumindest als eine Schnittstelle zwischen den physikalischen analogen Signalen auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite eines jeglichen digitalen Signalverarbeitungssystems dient. D. h., in dem Maße, wie die Steuerfunktionen und die Signalverarbeitungsfähigkeiten in einer Vielzahl technischer Gebiete voranschreiten, die früher durch reine analoge Schaltungen abgedeckt worden, muss auch die analoge Schnittstellenschaltung strenge Auflagen im Hinblick auf die Genauigkeit erfüllen, da das Leistungsverhalten des digitalen Bereichs der Schaltung im Wesentlichen durch die Signalverarbeitungseigenschaft der analogen Schnittstelle bestimmt ist, wodurch ebenfalls ein hohes Maß an Genauigkeit der analogen Schaltungsbereiche erforderlich ist, während andererseits zusätzliche Erfordernisse zu berücksichtigen sind, beispielsweise im Hinblick auf eine geringere Leistungsaufnahme und hohe Packungsdichte, was insbesondere im Widerspruch steht mit dem Erfordernis einer erhöhten Genauigkeit, wie dies nachfolgend detaillierter erläutert ist.
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Die integrierte Schaltung 100 repräsentiert in dem gezeigten Beispiel ein Schaltungselement in Form eines Transistors, im Falle einer MOS-Technologie, eines n-Kanalfeldeffekttransistors oder eines p-Kanalfeldeffekttransistors. Der Transistor 100 enthält somit ein Substrat 101, das in Form eines geeigneten Basismaterials vorgesehen wird, etwa in Form eines im Wesentlichen kristallinen Siliziummaterials, da die große Mehrzahl komplexer integrierter Schaltungen auf Grund der zuvor genannten Vorteile aus Silizium hergestellt wird. Über dem Substrat 101 ist eine Halbleiterschicht (nicht gezeigt), etwa eine Siliziumschicht, ausgebildet, wovon Bereiche in geeigneter Weise behandelt sind, um eine Dotierstoffsorte zu modifizieren der gesamten elektronischen Eigenschaften aufzunehmen, um damit Drain- und Sourcegebiete 103 des Transistors 100 zu erzeugen. Es sollte beachtet werden, dass eine Vielzahl von Bauteilarchitekturen eingesetzt werden können, etwa eine SOI-(Silizium-auf-Isolator)Architektur, in der eine vergrabene isolierende Schicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substratmaterial 101 und der Halbleiterschicht angeordnet ist. In anderen Fällen repräsentiert die Halbleiterschicht einen oberen Bereich des im Wesentlichen kristallinen Substratmaterials 101, so dass die Drain- und Sourcegebiete 103 Kontakt zu den tieferliegenden Substratbereichen besitzen, wobei dies als eine Vollsubstratkonfiguration bezeichnet wird. Des weiteren umfasst der Transistor 100 eine Gateelektrodenstruktur 104, die eine Gateelektrode enthält, d. h. einen leitenden Bereich, möglicherweise in Verbindung mit isolierenden Seitenwandabstandshalterelementen, wie dies nachfolgend mit Bezug zu 1b detaillierter erläutert ist. Die Abmessung des Transistors 100 ist im Wesentlichen durch eine Isolationsstruktur 102 festgelegt, die in Form eines beliebigen geeigneten isolierenden Materials, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen vorgesehen ist, wobei das Isolationsgebiet 102 eine beliebige geeignete Struktur aufweist, etwa in Form eines flachen Isolationsgrabens, eines Feldoxids und dergleichen. Des weiteren ist eine Längsrichtung in 1a als L angegeben und repräsentiert die Richtung des Stromflusses in dem Transistor 100, während eine Breitenrichtung, die als W bezeichnet ist, eine Richtung repräsentiert, die im Wesentlichen senkrecht zur Stromrichtung während des Betriebs des Transistors 100 orientiert ist.
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1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Transistors 100, wie er in 1a gezeigt ist. Somit umfasst der Transistor 100 die Drain- und Sourcegebiete 103, die durch ein entsprechendes vertikales und laterales Dotierstoffprofil definiert sind, wobei ein dazwischenliegendes Kanalgebiet 105 vorgesehen ist, dessen Länge durch pn-Übergänge der Drain- und Sourcegebiete 103 festgelegt ist. Die Kanallänge CL ist mit einer Gatelänge GL einer Gateelektrode 104a korreliert, die einen leitenden Teil der Gateelektrodenstruktur 104 repräsentiert. Die Gateelektrode 104a ist von dem Kanalgebiet 105 durch ein dielektrisches Gatematerial 104b getrennt, das aus gut etablierten dielektrischen Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid und dergleichen aufgebaut sein kann, wobei in modernsten Halbleiterbauelementen andere dielektrische Materialien, sogenannte dielektrische Materialien mit großem ε eingesetzt werden. Ein dielektrisches Material mit großem ε ist als ein dielektrisches Material zu verstehen, das eine Dielektrizitätskonstante von 10 oder größer aufweist. Die Materialzusammensetzung und die Dicke des dielektrischen Gatematerials 104b besitzt einen erheblichen Einfluss auf das Gesamtleistungsverhalten des Transistors 100, da eine kapazitive Kopplung der Gateelektrode 104a an das Kanalgebiet 105 die Gesamtleitfähigkeit bestimmt in Verbindung mit der gesamten Dotierstoffkonzentration in den Drain- und Sourcegebieten 103 und dem Kanalgebiet 105, wenn ein leitender Kanal beim Anliegen einer geeigneten Steuerspannung an der Gateelektrode 104a aufgebaut wird. Des weiteren hängt der Steuermechanismus sowie die Leitfähigkeit pro Länge ebenfalls von der Kanallänge CL und damit der Gatelänge GL ab, so dass allgemeine elektrische Verhalten des Transistors 100 im Wesentlichen durch die Schwellwertspannung des Transistors 100 bestimmt ist, d. h. die Gate-Source-Spannung, ab der ein leitender Kanal in dem Kanalgebiet 105 aufgebaut wird, und die im Wesentlichen durch das Dotierstoffprofil in dem Kanalgebiet 105 und die Kopplungseigenschaften der Gateelektrode 104a und des Kanalgebiets 105 über das dielektrische Gatematerial 104b bestimmt ist. Des weiteren kann auch die Kanallänge CL einen wesentlichen Einfluss auf die gesamten Transistoreigenschaften auswirken.
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Abhängig von der gesamten Prozessstrategie und den Bauteilerfordernissen beinhaltet die Gateelektrodenstruktur 104 eine Seitenwandabstandshalterstruktur 104c, die geeignet gestaltet ist, um das laterale Dotierstoffprofil in den Drain- und Sourcegebieten 103, die in der Halbleiterschicht 106 ausgebildet sind, einzustellen. Wie zuvor angegeben ist, liegen in modernsten integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Gatelänge GL, im Bereich deutlich unter 1 μm, wodurch anspruchsvolle Fertigungsprozesse erforderlich sind, um die elektrischen Eigenschaften des Bauelements 100 so zu erreichen, wie dies während der Entwurfsphase für das Bauelement 100 spezifiziert wurde.
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Typischerweise enthält der Fertigungsprozess zur Herstellung des in den 1a und 1b gezeigten Transistors 100 die folgenden Prozesse. Nach dem Bereitstellen des Substrats 101 mit der darauf ausgebildeten Halbleiterschicht 106, die ein gewisses Maß an Basisdotierstoffkonzentration enthalten kann, werden entsprechende Chipgebiete, d. h. Funktionseinheiten mit einer großen Anzahl an Schaltungselementen, etwa den Transistor 100, auf der Grundlage von Entwurfsregeln festgelegt, wobei diese Bereiche nach dem Fertigstellen der grundlegenden Schaltungskonfiguration und vor dem Eindringen der einzelnen Chipgebiete in einem Gehäuse, separiert werden. D. h., das Substrat 101 enthält eine große Anzahl an Chipgebieten, beispielsweise mehrere 100 Chipgebiete in Abhängigkeit von der Gesamtgröße des Substrats 101 und der betrachteten integrierten Schaltung. Zu diesem Zweck werden anspruchsvolle Lithographieprozesse ausgeführt, indem beispielsweise eine Ätzmaske vorgesehen wird, die eine Vielzahl „aktiver” Gebiete in der Halbleiterschicht 106 definiert, in und über denen entsprechende Schaltungskomponenten, etwa der Transistor 100, gebildet werden. Danach werden geeignet gestaltete Gräben in die Halbleiterschicht 106 geätzt und nachfolgend mit einem geeigneten isolierenden Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und dergleichen gefüllt. Als nächstes wird überschüssiges Material entfernt und die resultierende Oberflächentopographie wird eingeebnet, beispielsweise durch Ätzprozesse, CMP (chemisch-mechanisches Polieren) und dergleichen, um die Oberfläche für nachfolgende Abscheideschritte vorbereiten, beispielsweise um ein dielektrisches Material für die Schicht 104b und ein Gateelektrodenmaterial aufzubringen. Als nächstes werden aufwendige Lithographie- und Ätztechniken ausgeführt, um die Gateelektrode 104a und die Gateisolationsschicht 104b zu strukturieren, wodurch die letztlich erhaltenen Eigenschaften des Transistors 100 im Wesentlichen festgelegt werden, wie dies zuvor angegeben ist. Die Gateelektrode 104a in Verbindung mit geeigneten Seitenwandabstandshalterelementen (nicht gezeigt) kann bei einer nachfolgenden Implantationssequenz angewendet werden, um das komplexe Dotierstoffprofil in der Halbleiterschicht 106 einzurichten, auf der Grundlage der Isolationsstruktur 102, wie dies zuvor erläutert ist, bevor die Gateelektrode 104a gebildet wird, wobei auch geeignete Implantationsprozesse ausgeführt werden können, um die Dotierstoffkonzentration in dem Kanalgebiet 105 einzustellen, die einen großen Einfluss auf die schließlich erreichte Schwellwertspannung des Transistors 100 ausübt. Danach wird die Abstandshalterstruktur 104c in einer mehr oder weniger komplexen Konfiguration hergestellt, wobei abhängig von den lateralen Profil der Drain- und Sourcegebiete 103 zwischenliegende Implantationsprozesse ausgeführt werden können, um die Gesamtleitfähigkeit der Drain- und Sourcegebiete 103 einzustellen und auch um die Steuereigenschaften des Kanalgebiets 105 zu bestimmen, wozu komplexe Implantationsprozesse für Bauelemente mit einer Kanallänge CL von 100 nm oder weniger erforderlich sind. Danach wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem Ausheizprozesse zum Aktivieren der zuvor implantierten Dotierstoffsorten und auch zum Rekristallisieren von durch die Implantation hervorgerufenen Schäden ausgeführt werden, wobei auch ein gewisses Maß an Dotierstoffdiffusion stattfinden kann, wodurch die schließliche effektive Kanallänge CL eingestellt wird, da die Dotierstoffsorte in den Drain- und Sourcegebieten 103 in das Kanalgebiet 105 getrieben wird und umgekehrt Dotierstoffsorten in dem Kanalgebiet 105 in die Drain- und Sourcegebiete 103 getrieben werden. Danach wird bei Bedarf die Gesamtleitfähigkeit der Drain- und Sourcegebiete 103 und der Gateelektrode 104 erhöht, indem ein metallenthaltendes Material darin gebildet wird und es wird ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial zum Einschließen und Passivieren der Schaltungselemente abgeschieden. Als nächstes wird eine Kontaktstruktur in dem dielektrischen Zwischenschichtmaterial gebildet und es werden mehrere Metallisierungsebenen vorgesehen, um die elektrische Verbindung der einzelnen Schaltungselemente entsprechend dem gesamten Schaltungsaufbau herzustellen. Alle diese zusätzlichen Prozessschritte, die nach dem Fertigstellen der grundlegenden Transistorstruktur ausgeführt werden, wie sie in 1b gezeigt ist, können eine Vielzahl sehr komplexer Fertigungsprozesse enthalten. Folglich hängen die schließlich erreichten elektrischen Eigenschaften des Transistors 100 von einer Vielzahl von Prozessschritten ab, wovon jeder mit einem gewissen Maß an Schwankung verknüpft ist, was schließlich zu einer gewissen Verteilung des elektrischen Verhaltens der Schaltungselemente führt, die zu berücksichtigen ist, wenn das grundlegende Schaltungskonzept entworfen wird, um damit die gewünschte Funktionsvielfalt im Hinblick auf unvermeidbare Fertigungstoleranzen zu erreichen. Beispielsweise hängen elektrische Parameter, etwa die Schwellwertspannung des Transistors 100, dessen Steilheit und dergleichen, ebenfalls signifikant von den Gesamttransistorabmessungen und den jeweiligen Dotierstoffprofilen ab, die wiederum durch mehrere sehr komplexe Fertigungsprozesse bestimmt sind, wovon jeder ein gewisses Maß an Variabilität zeigt, wobei die Variabilität zwischen einzelnen Substraten, innerhalb einzelner Substrate und selbst innerhalb einzelner Chipgebiete angetroffen wird, so dass selbst für die gleiche grundlegende Konfiguration die Eigenschaften des Transistors 100, wenn dieser in unterschiedlichen Chipgebieten vorgesehen wird, zu unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften führen.
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Beispielsweise sind eine Vielzahl sehr komplexer Fertigungsprozesse empfindlich im Hinblick auf die Musterdichte, etwa Ätzprozesse, Abscheideprozesse und dergleichen, wobei eine unterschiedliche Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche zu einem unterschiedlichen Prozessresultat führt, wodurch eine chipinterne Fehlanpassung von Bauteileigenschaften hervorgerufen wird. D. h., eine Fehlanpassung kann als eine Abweichung einer elektrischen Eigenschaft in Bezug auf eine Referenz- oder Entwurfseigenschaft verstanden werden, wobei dies durch eine Vielzahl von Einflüssen hervorgerufen werden kann, etwa Schwankungen in den Fertigungsprozessen und dergleichen. Somit kann für zwei Bauelemente, der auf der Grundlage der gleichen Entwurfskriterien hergestellt sind, eine Fehlanpassung durch die Differenz oder das Verhältnis der betrachteten elektrischen Eigenschaft definiert werden. Eine entsprechende Fehlanpassung kann beispielsweise durch Bilden mehrerer „identischer” Schaltungselemente und Messen der jeweiligen elektrischen Eigenschaften gemessen werden. Aus den Messwerten kann ein Mittelwert der Fehlanpassung und eine Standardabweichung bestimmt werden, wodurch eine systematische Fehlanpassung ermittelt wird, d. h. den Mittelwert der Fehlanpassung und eine zufällige Fehlanpassung, die durch die Standardabweichung gegeben ist. Somit sind die entsprechenden Werte, d. h. die systematische und die zufällige Fehlanpassung, repräsentativ für die betrachtete Technologie für eine spezifizierte Art an Schaltungselementen, etwa Transistoren. Die zufälligen Fehlanpassungen werden typischerweise auf Grund von Prozessschwankungen hervorgerufen, wie dies zuvor beschrieben ist, und repräsentieren statistische Schwankungen von Prozessfluktuationen, beispielsweise die Streuung von Dotierstoffatomen, d. h. die Verteilung der Dotierstoffe in den Drain- und Sourcegebieten 103 und dem Kanalgebiet 105. Somit kann für einen gegebenen Technologiestandard die zufällige Fehlanpassung nicht vermieden werden, diese kann jedoch beispielsweise durch Erhöhen der gesamten Bauteilabmessungen verringert werden, da typischerweise die zufällige Fehlanpassung proportional zum Kehrwert des Quadrats des aktiven Bereichs des betrachteten Schaltungselements verläuft. Beispielsweise kann in Bezug auf das Transistorelement 100 die zufällige Fehlanpassung zwischen zwei „identischen” Transistorelementen verringert werden, indem die Transistorbreite und die Transistorlänge vergrößert werden, so dass eine Zunahme um einen Faktor 4 in dem aktiven Transistorbereich eine Abnahme der gesamten zufälligen Fehlanpassungen um einen Faktor 2 ergibt. Jedoch kann die Größe der betrachteten Schaltungselemente nicht beliebig erhöht werden, da dies sich ggf. im Widerspruch zu anderen Entwurfszielen befindet, etwa eine reduzierte Leistungsaufnahme und eine höhere Packungsdichte, da typischerweise eine größere Transistorabmessung mit einer erhöhten Leistungsaufnahme und einer geringeren Geschwindigkeit verknüpft ist, wobei auch die Gesamtpackungsdichte geringer ist.
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Zusätzlich zu den zufälligen Fehlanpassungen besitzen auch systematische Fehlanpassungen einen signifikanten Effekt auf das gesamte Bauteilverhalten, wobei eine systematische Fehlanpassung eingefügt wird, indem beispielsweise eine räumlich abhängige Ungleichmäßigkeit während des Betriebs und/oder der Bearbeitung der integrierten Schaltung erfolgt. Beispielsweise ist eine systematische Fehlanpassung durch einen Temperaturgradienten hervorgerufen, wobei zwei Schaltungselemente mit grundsätzlich den gleichen Entwürfen eine unterschiedliche Temperatur auf Grund des Temperaturgradienten erfahren, wodurch eine systematische Abweichung in den elektrischen Eigenschaften erzeugt wird. Andere räumlich abhängige Einflüsse repräsentieren „stationäre” Effekte, die während der gesamten Fertigungssequenz hervorgerufen werden und damit von der betrachteten Technologie abhängig sind. Beispielsweise hängen, wie zuvor erläutert ist, eine Vielzahl von Prozessen von der Musterdichte ab, wodurch eine systematische Änderung entsprechender Prozessergebnisse eingeführt wird, so dass ein entsprechender „Gradient” in Bezug auf ein Prozessergebnis, etwa eine Schichtdicke, eine Dotierstoffkonzentration, und dergleichen hervorgerufen wird. Des weiteren können „globalere” Gradienten eingeführt werden, beispielsweise da viele Prozesse eine gewisse Ungleichmäßigkeit über das gesamte Substrat hinweg aufweisen, wenn beispielsweise ein Prozess zu unterschiedlichen Prozessergebnissen in der Mitte des Substrats im Vergleich zum Rand des Substrats führt.
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Wenn folglich ein aufwendiger analoger Schaltungsbereich zu gestalten ist, muss die Bauteilfehlanpassung berücksichtigt werden und muss im Hinblick auf die Leistungsaufnahme und die Genauigkeit sowie die Bauteilgeschwindigkeit abgewogen werden, um damit das gewünschte Gesamtverhalten der betrachteten Schaltung zu erreichen. In vielen analogen Schaltungsbereichen ist jedoch eine Fehlanpassung zwischen einzelnen Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen möglichst effizient zu verringern, um damit ein erforderliches Maß an Genauigkeit zu erreichen.
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1c zeigt schematisch ein Beispiel einer grundlegenden Differenzspannungsverstärkungsstufe 110, die Transistoren 100a, 100b aufweist, die im Wesentlichen in den gleichen Aufbau besitzen, wie er zuvor mit Bezug zu dem Transistor 100 erläutert ist. Die Verstärkerstufe 100 umfasst ferner Widerstände 111 und 112, die mit dem Eingang und dem Ausgang verbunden sind, um damit eine Rückkopplung zu ermöglichen, während Konstantstromquellen 113 und 114 ebenfalls vorgesehen sind, beispielsweise in Form von Transistoren und dergleichen. Somit hängt das gesamte elektrische Leistungsverhalten der Verstärkerstufe 110 deutlich von dem Ausmaß an Übereinstimmung der Transistoren 110a, 110b ab, wobei ein gewisses Maß an zufälliger Fehlanpassung auf Grund der gesamten Entwurfskriterien unvermeidbar ist. D. h., für eine ausgewählte Entwurfsgröße der Transistoren 100a, 100b und den betrachteten Technologiestandard besteht eine zufällige Fehlanpassung, wie dies zuvor erläutert ist. Des weiteren kann, wie zuvor beschrieben ist, eine zusätzliche systematische Fehlanpassung auftreten, die als ein Gradient 115 angegeben ist, die beispielsweise durch die betrachtete Technologie eingeführt werden kann. Beispielsweise kann auf Grund einer Ortsabhängigkeit eines Abscheideprozesses und/oder eines Oxidationsprozesses die Gateisolationsschicht der Transistoren 100a, 100b auf Grund des Gradienten 115 unterschiedlich sein, wodurch sich eine systematische Fehlanpassung ergibt, die im Prinzip berücksichtigt werden könnte, wenn ein entsprechender Gradient 115 im Voraus bekannt wäre. Jedoch kann sich die Größe und auch die Richtung des Gradienten 115 ändern und ist daher nicht vorhersagbar. Aus diesem Grunde werden eine Vielzahl von Entwurfskriterien eingesetzt, um die Fehlanpassung zwischen entsprechenden zwei Schaltungselementen, etwa den Transistoren 100a, 100b, zu verringern.
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1d zeigt schematisch eine Draufsicht der Schaltung 110, wobei lediglich die Transistoren 100a, 100b gezeigt sind. Wie zuvor erläutert ist, können zufällige Fehlanpassungen verringert werden, indem die Gesamtabmessungen der Transistoren erhöht werden, wobei typischerweise die schließlich gewünschte Größe eines Schaltungselements, etwa eines Transistors, auf der Grundlage mehrerer Einheitsbauelemente definiert wird, d. h. Bauelemente, die auf der Grundlage minimaler kritischer Abmessungen entsprechend den betrachteten Technologiestandard hergestellt werden, die identische Entwurfseigenschaften besitzen und in geeigneter Zahl kombiniert werden, um die gewünschten endgültigen Abmessungen und elektrischen Eigenschaften zu erhalten. In dem in 1d gezeigten Beispiel wird angenommen, dass die Transistoren 100a, 100b beide aus zwei Einheitsbauelementen mit identischer Gestaltung aufgebaut sind, die jedoch, wie zuvor erläutert ist, ein gewisses Maß an Fehlanpassung aufweisen können, wobei die Einheitsbauelemente A, ..., D in geeigneter Weise so kombiniert werden, dass zufällige und systematische Fehlanpassungen verringert werden. Ein gut etabliertes Prinzip zur Anpassung zweier Schaltungselemente besteht darin, einen Schwerpunkt der Einheitsbauelemente für jedes Schaltungselement zu definieren und zu versuchen, die Einheitsbauelemente so anzuordnen, dass die entsprechenden Schwerpunkte im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Beispielsweise wird in der in 1d gezeigten Anordnung der Transistor 100a durch die Einheitsbauelemente A und D gebildet, wodurch der Schwerpunkt 111 definiert wird, während der Transistor 100b durch die Einheitsbauelemente D und C gebildet wird, wodurch ebenfalls der Schwerpunkt 111 definiert wird. Somit wird eine im Wesentlichen sich verzahnende Konfiguration erreicht, wobei beide Schwerpunkte der Transistoren 100a, 100b übereinstimmen.
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1e zeigt schematisch ein weiteres Beispiel, in der Kondensatoren auf der Grundlage kapazitiver Einheitsbauelemente mit einer im Wesentlichen quadratischen Form gebildet sind, wobei zusätzlich zu einer Verringerung der Fehlanpassung auch ein Verhältnis 1:5 der jeweiligen Kapazitätswerte eingestellt ist. Beispielsweise ist ein Kondensator 100d durch zwei Einheitsbauelemente D gebildet, wodurch der Schwerpunkt 111 definiert wird, wie dies in 1e gezeigt ist. Des weiteren ist ein Kondensator 100e durch die Einheitsbauelemente E gebildet, die den Kondensator 100d umgeben, wodurch ebenfalls der Schwerpunkt 111 so definiert wird, dass beide Kondensatoren 100d, 100e übereinstimmende Schwerpunkte besitzen.
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Somit können die zuvor angegebenen Entwurfskriterien deutlich das Ausmaß an Fehlanpassung für entsprechende zwei Schaltungselemente verringern, eine Reduzierung systematischer Fehlanpassungen, etwa Technologie hervorgerufene Gradienten für eine Vielzahl von Schaltungselementen, d. h. drei oder mehr Schaltungselemente oder für ein Array aus Schaltungselementen, kann auf der Grundlage konventioneller Strategien nur schwer erreicht werden. Angesichts der zuvor beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Offenbarung integrierte Schaltungen zum Verringern der Fehlanpassungen, die durch systematische Gradienten hervorgerufen werden, für mehrere Schaltungselemente, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest verringert werden.
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Überblick über die Offenbarung
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Im Allgemeinen betrifft der hierin offenbarte Gegenstand integrierte Schaltungen, wobei systematische Fehlanpassungen zwischen mehreren individuellen Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen verringert werden, indem die Einheitsbauelemente jedes der mehreren Schaltungselemente geeignet gemäß einer räumlichen Beziehung angeordnet werden, die für sehr ähnliche Effekte eines Technologiegradienten für jedes der mehreren individuellen Schaltungselemente sorgt, unabhängig von der Richtung des Gradienten. D. h., die mehreren Einheitsbauelemente für jedes der einzelnen Schaltungselemente werden so angeordnet, dass diese die gleiche räumliche Relation zueinander gemäß einer beliebig ausgewählten Richtung besitzen, so dass ein entsprechender Technologiegradient, der eine systematische Änderung einer Eigenschaft hervorruft, jedes Schaltungselement im Wesentlichen in der gleichen Weise beeinflusst. Somit kann die Anpassung mehrerer Schaltungselemente, insbesondere analoger Schaltungsbereiche, verbessert werden, da systematische Schwankungen, die durch den Gesamtfertigungsablauf hervorgerufen werden, kompensiert oder zumindest deutlich reduziert werden können, während auch andere Gradienteneffekte, etwa temperaturbezogene Effekte und dergleichen, eine geringere Auswirkung auf die Anpassung der mehreren Schaltungselemente ausüben, wodurch ein höheres Maß an Flexibilität für die Gestaltung der Schaltung erreicht wird, da beispielsweise temperaturabhängige Gradienten akzeptabel sind, ohne dass diese einen merklichen Einfluss auf die Gesamtgenauigkeit des betrachteten Schaltungsbereichs besitzen, wodurch es möglich ist, mehr Schaltungselemente näher an temperaturkritische Bauteilbereiche zu bringen, wie dies in modernsten integrierten Schaltungen mit Steuerschaltung, Leistungsschaltung und dergleichen der Fall ist. Auf Grund der höheren Robustheit gegenüber durch die Technologie hervorgerufenen Gradienten kann auch eine erhöhte Produktionsausbeute erreicht werden selbst für Prozesstechnologien, die eine häufige Aktualisierung von Prozessen erfordern, wodurch konventionelle Weise Prozess hervorgerufene Gradienten erzeugt werden.
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Eine anschauliche hierin offenbarte integrierte Schaltung umfasst drei oder mehr Schaltungselementen, wovon jedes aus entsprechenden mehreren Einheitsbauelementen aufgebaut ist, die mehrere regelmäßig wiederholte Basiszellen bilden, wobei ein entsprechendes Einheitsbauelement für jedes der drei oder mehr Schaltungselemente in jeder der Basiszellen vorgesehen ist und die Einheitsbauelemente zwei oder mehr unterschiedliche Strukturen repräsentieren, so dass eine identische räumliche Abhängigkeit der Einheitsbauelemente für jedes der Schaltungselemente entlang zumindest zweier unterschiedlicher lateraler Richtungen vorliegt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
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1a und 1b schematisch eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines analogen Schaltungsbereichs mit einem Transistorelement zeigen, das gemäß gut etablierter Prozesstechniken hergestellt ist;
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1c schematisch ein Schaltbild einer grundlegenden Spannungsverstärkungsstufe mit angepassten Transistoren darstellt;
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1d schematisch eine Draufsicht mehrerer Einheitsbauelemente zur Herstellung der angepassten Transistoren aus 1c gemäß konventioneller Strategien zeigt;
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1e schematisch mehrere Einheitsbauelemente einer kapazitiven Struktur zeigt, die gemäß konventioneller Entwurfsstrategien zur Verringerung der Fehlanpassung angeordnet sind;
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2a schematisch eine Draufsicht von Schaltungselementen, die auf der Grundlage mehrerer Einheitsbauelemente gebildet sind, die in einer geeigneten räumlichen Beziehung zu einander angeordnet sind, so dass die Schaltungselemente durch einen Technologiegradienten in im Wesentlichen der gleichen Weise beeinflusst werden gemäß anschaulicher Ausführungsformen;
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2b bis 2d schematisch Draufsichten von Halbleiterbauelementen zeigen, die gemäß der in 2a gezeigten Anordnung entsprechend noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen aufgebaut sind;
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2e schematisch ein Array aus Schaltungselementen, die aus mehreren Einheitsbauelementen aufgebaut sind, die so angeordnet sind, dass eine durch einen Gradienten hervorgerufene systematische Fehlanpassung gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen reduziert wird;
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2f und 2g schematisch Draufsichten von Schaltungselementen zeigen, die auf Grundlage von Einheitsbauelementen aufgebaut sind, wobei auch unterschiedliche Größen des Schaltungselements auf der Grundlage einer räumlichen Anordnung der Einheitsbauelemente zum Reduzieren der systematischen Fehlanpassungen gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen vorgesehen sind;
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2h schematisch ein Schaltbild mit mehreren angepassten Transistorelementen zeigt; und
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2i schematisch eine Draufsicht der Transistorelemente aus 2h zeigt, die gemäß anschaulicher Ausführungsformen angeordnet sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Allgemeinen betreffen die hierin offenbarten Prinzipien integrierte Schaltungen, wobei Schaltungselemente mit mehreren Einheitsbauelementen geeignet so positioniert werden, dass ein Gradient, beispielsweise ein Technologiegradient, der durch eine systematische Abweichung eines oder mehrerer Fertigungsprozesse hervorgerufen wird, verringert wird, indem eine ähnliche Auswirkung des entsprechenden Technologiegradienten in jedem der mehreren Schaltungselemente hervorgerufen wird. Typischerweise besitzen Technologiegradienten eine räumliche Änderung entlang einer Richtung, die nicht im Voraus vorhersagbar ist, wobei in aufwendigen Fertigungstechnologien jedoch die Auswirkung einer entsprechenden systematischen Änderung über einer relativ geringen Anzahl an Einheitsbauelementen hinweg, die typischerweise auf der Grundlage der minimalen kritischen Abmessungen hergestellt werden, weniger ausgeprägt ist. Folglich werden gemäß den hierin offenbarten Prinzipien die Einheitsbauelemente mit den mehreren Schaltungselementen so verknüpft, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine „Basiszelle” definiert wird, die in regelmäßiger Weise wiederholt wird, um damit eine im Wesentliche identische räumliche Abhängigkeit der Einheitsbauelemente für jedes der mehreren Schaltungselemente entlang zumindest zweier unterschiedlicher lateraler Richtungen zu erhalten. Es kann eine geeignete räumliche Beziehung der Elemente eines Schaltungselements so gewählt werden, dass eine ähnliche Auswirkung im Hinblick auf eine systematische Änderung auch für die Elemente der anderen Schaltungselemente erreicht wird, die anzupassen sind, wodurch ebenfalls für eine erhöhte Robustheit im Hinblick auf Technologiegradienten gesorgt wird. Folglich kann im Gegensatz zu konventionellen Entwurfsstrategien die vorliegende Offenbarung Techniken bereitstellen, um systematische Fehlanpassungen zu verringern, die durch richtungsabhängige Gradienten für eine Vielzahl von Schaltungselementen hervorgerufen werden, d. h. für drei oder mehr Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und dergleichen, wobei jedes der Schaltungselemente wiederum aus mehreren Einheitsbauelementen aufgebaut ist.
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Mit Bezug zu den 2a bis 2i werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen detaillierter beschrieben.
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2a zeigt schematisch eine Draufsicht einer integrierten Schaltung 200, die eine beliebige Art einer integrierten Schaltung repräsentiert, in der ein analoger Schaltungsbereich enthalten ist, wobei mehrere Schaltungselemente, d. h. drei oder mehr Schaltungselemente, ein Array aus Schaltungselementen und dergleichen aufeinander abzustimmen ist. D. h., die mehreren Schaltungselemente besitzen spezielle Entwurfseigenschaften, die jedoch auf Grund zufälliger Effekte und systematische Effekte variieren können, wie dies zuvor erläutert ist, wobei jedoch im Hinblick auf die Genauigkeit systematische Auswirkungen die Schaltungselemente in im Wesentlichen der gleichen Weise beeinflussen sollen, wodurch eine effiziente Kompensation dieser systematischen Wirkungen ermöglicht wird. Beispielsweise enthält die integrierte Schaltung 200 mehrere Einheitsbauelemente A, B, C, D, die Transistorelemente, kapazitive Strukturen, Widerstandsstrukturen repräsentieren können, die auf Grundlage minimaler kritischer Abmessungen gemäß dem betrachteten Technologiestandard gebildet werden. In den Ausführungsformen repräsentieren die unterschiedlichen Arten an Einheitsbauelementen A, B, C, D zwei oder mehr unterschiedliche Strukturen, da eine verbesserte „Anpassung” von unterschiedlichen Arten von Schaltungselementen gewünscht ist. In der gezeigten Ausführungsform werden die Einheitsbauelemente A, D verwendet, um mehrere Schaltungselemente 200a, ..., 200d zu bilden, die somit Schaltungselemente mit einer gewünschten Gesamtgröße repräsentieren, wie sie durch die Anzahl der zum tatsächlichen Aufbau der entsprechenden Schaltungselemente 200a, ..., 200d verwendeten Einheitsbauelemente bestimmt ist. Somit kann angenommen werden, dass der in 2a gezeigte Bereich die vier Schaltungselemente 200a, ..., 200d repräsentiert, die über den gezeigten Bereich auf der Grundlage der Einheitsbauelemente A, ..., D so „verteilt” sind, dass die Auswirkung einer systematischen Änderung ähnlich ist für jedes der Schaltungselemente 200a, ..., 200d. In der gezeigten Ausführungsform wird eine entsprechend räumliche Anordnung der Einheitsbauelemente A, ..., D so erreicht, dass die räumliche Beziehung der Einheitsbauelemente des Schaltungselements 200a im Wesentlichen gleich der räumlichen Beziehung der Einheitsbauelemente B ist, die das Schaltungselement 200b bildet, und ebenfalls gleich ist für die Einheitsbauelemente D und C, die die Schaltungselemente 200c, 200d definieren. In der gezeigten Ausführungsform wird die im Wesentlichen identische räumliche Beziehung untereinander für mindestens zwei unabhängige laterale Richtungen erreicht, d. h. Richtungen parallel zu einer Oberfläche der integrierten Schaltung 200, die durch eine Halbleiterschicht definiert ist, in und über der typischerweise die Einheitsbauelemente A, ..., D gebildet werden, wie dies auch mit Bezug zu dem Transistorelement 100 erläutert ist. Beispielsweise ist in 2a eine „Basiszelle” 220 definiert, die Einheitsbauelemente aufweist, die zu jedem der Schaltungselemente 200a, ..., 200d gehören, wie sie durch A, B, C, D bezeichnet sind. Es sollte beachtet werden, dass, wie zuvor erläutert ist, die Einheitsbauelemente A, ..., D der Basiszelle 220 izwei oder mehr unterschiedliche Strukturen repräsentieren, wobei eine Gruppierung zur Bildung der entsprechenden Schaltungselemente 200a, ..., 200d auf Grundlage einer geeigneten Verbindungsstruktur bewerkstelligt wird, die in geeigneter Weise die Einheitsbauelemente, die zu dem Schaltungselement 200a gehören, verbindet, wie dies durch die gestrichelte Linie 220a angegeben ist. In ähnlicher Weise sind alle Einheitsbauelemente für das Element 200b verbunden, wie dies durch die Leitung 220b angegeben ist, jedes der Einheitsbauelemente für das Element 200c ist durch die Linie 220c verbunden und schließlich ist jedes Einheitsbauelement D so verbunden, wie dies durch die Leitung 220d angegeben ist. Somit sind alle Einheitsbauelemente A durch die Verbindungsstruktur 220a verbunden, und definieren das Schaltungselement 200a. In ähnlicher Weise definieren die Einheitsbauelemente B, C, D und die jeweiligen Verbindungsstrukturen 220b, 220c und 220d die Schaltungselemente 200b, 200c und 200d. Wie zuvor angegeben ist, ist eine Technologieschwankung, wie sie typischerweise während der Herstellung moderner Halbleiterbauelemente angetroffen wird, weniger ausgeprägt innerhalb einer einzelnen Basiszelle 220 auf Grund der reduzierten Abmessungen und der unmittelbaren Nähe der entsprechenden Einheitsbauelemente innerhalb einer einzelnen Basiszelle 220. Andererseits kann ein Technologiegradient 215 zu einer deutlichen Änderung entlang einer spezifizierten Raumrichtung führen, die jedoch die Schaltungselemente 200a, ..., 200d in sehr ähnlicher Weise auf Grund der räumlichen Anordnung der Einheitsbauelemente A, ..., D „angreift”. Beispielsweise ist in der gezeigten Ausführungsform die räumliche Abhängigkeit entlang einer ersten Richtung, wie sie beispielsweise durch den Gradienten 215 angegeben ist, zwischen den einzelnen Einheitsbauelementen A durch die Position und Konfiguration der Einheitsbauelemente A innerhalb der Basiszelle 220 und ihrer Positionierung über den Bereichen hinweg entsprechend der Gesamtheit der Schaltungselemente 200a, ..., 200d definiert. Diese räumlichen Abhängigkeiten zwischen den Einheitsbauelementen A entlang der Richtung 215 ist im Wesentlichen gleich der räumlichen Abhängigkeit (er Einheitsbauelemente B zueinander entlang der Richtung 215. In ähnlicher Weise wird im Wesentlichen die gleichen räumliche Beziehung untereinander für die Einheitsbauelemente C entlang der Richtung 215 und für die Einheitsbauelement D entlang der Richtung 215 erhalten. Folglich übt damit eine räumlich variierende Eigenschaft, beispielsweise eine Änderung der Schichtdicke, einer Dotierstoffkonzentration und dergleichen, wie sie durch die Gradienten 215 angegeben ist, daher eine ähnliche Auswirkung auf jedes der Schaltungselemente 200a, ..., 200d aus. Wenn ein Gradient 215a entsprechend einer anderen lateralen Richtung auf die Schaltungselemente 200a, ..., 200d einwirkt, wird auch, wie gezeigt ist, in diesem Falle eine ähnliche Wirkung in den Schaltungselementen 200a, ..., 200d hervorgerufen, da auch in dieser Richtung die Einheitsbauelement A die gleiche räumliche Beziehung zueinander besitzen wie die Einheitsbauelement B, und ebenfalls wie die Einheitsbauelemente C und D. Folglich kann die Auswirkung des Gradienten 215a auf die Gesamtschaltungskonfiguration, die durch die Schaltungselemente 200a, ... 200d gebildet ist, verringert werden. In der gezeigten Ausführungsform gilt das gleiche für eine beliebige laterale Richtung, wodurch ein hohes Maß an Robustheit im Hinblick auf Technologiegradienten erreicht wird.
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Es sollte beachtet werden, dass in der in 2a gezeigten Ausführungsform, die räumliche Beziehung der Einheitsbauelemente derart ist, dass in Bezug auf eine vordefinierte laterale Richtung beispielsweise die Richtung 215, ein im Wesentlichen identischer Abstand zwischen zwei nächsten Nachbarn der Einheitsbauelemente A erhalten wird. In ähnlicher Weise wird auch in einer weiteren lateralen Richtung, etwa der Richtung 215a, ein im Wesentlichen konstanter Abstand zwischen zwei nächsten Nachbarn in dieser Richtung erreicht, der jedoch nicht notwendigerweise gleich ist den konstanten Abstand entlang einer weiteren lateralen Richtung, etwa der Richtung 215. In anderen Fällen kann der Abstand zwischen benachbarten Einheitsbauelementen des gleichen Schaltungsbauelements in einer lateralen Richtung unterschiedlich sein, beispielsweise durch Rekonfigurieren der Anordnung der Einheitsbauelemente A, ..., D innerhalb mehrerer Zellen 220.
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2b zeigt schematisch die integrierte Schaltung mit den vier Schaltungselementen 200a, ..., 200d in einem nicht angepassten Zustand. D. h., das Schaltungselement 200a, das aus Einheitsbauelementen A aufgebaut ist, kann deutlich unterschiedliche auf einen Technologiegradienten 215 reagieren, zumindest für gewisse laterale Richtungen, im Vergleich zu dem Schaltungselement 200d, das aus den Einheitsbauelementen D aufgebaut ist. Für die dazwischenliegenden Bauelemente 200b, 200d im Hinblick auf die Richtung 215 wird eine weniger ausgeprägte unterschiedliche Wirkung hervorgerufen, die jedoch zu einer deutlichen Abweichung des gesamten Schaltungsverhaltens führen kann, wenn ein hohes Maß an Anpassung aller vier Schaltungselemente 200a, ..., 200d erforderlich ist.
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2c zeigt schematisch die Schaltungselemente 200a, ..., 200d, wenn die Einheitsbauelemente A, ..., D entsprechend einer räumlichen Anordnung angeordnet sind, wie dies zuvor mit Bezug zu 2a beschrieben ist. D. h., in der gezeigten Ausführungsform wird eine Basiszelle 220 auf der Grundlage von Einheitsbauelementen A, B, C, D gebildet, wodurch die Schaltungselemente 200a, ..., 200d verteilt werden, was zu einer ähnlichen Antwort im Hinblick auf einen Technologiegradienten führt, unabhängig von dessen Orientierung.
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2d zeigt schematisch die integrierte Schaltung 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einer Basiszeile 220a in Form einer Reihe aus Einheitsbauelementen, die in geeigneter Weise wiederholt werden, um damit die gewünschte räumliche Beziehung für jede Art an Einheitsbauelementen gemäß einer spezifizierten lateralen Richtung zu erhalten. Wie gezeigt, werden unterschiedliche Basiszellen gebildet, indem die Reihenfolge der Einheitsbauelemente geändert wird, wobei auch unterschiedliche Arten an Basiszellen gleichzeitig verwendet werden können, um eine markante Änderung einer speziellen Eigenschaft entlang einer einzelnen Richtung zu kompensieren. D. h., wie in 2d gezeigt ist, kann, wenn eine deutliche Änderung der betrachteten Eigenschaft, etwa einer Oxiddicke und dergleichen, über die Basiszelle 220a hinweg auftritt, die Reihenfolge der Einheitsbauelemente in der Zelle 220b umgekehrt werden, wodurch ein gewisses Maß zur Mittelung der Wirkung des Gradienten 215 über die Basiszellen 220a, 220b hinweg erreicht wird. Jedoch ist auch in diesem Falle die räumliche Beziehung jeder Art von Einheitsbauelementen zueinander entlang einer ersten Richtung gleich und auch die räumlichen Abhängigkeiten der Einheitsbauelemente einer Art entlang einer anderen lateralen Richtung ist identisch, kann sich jedoch von der räumlichen Beziehung der vorhergehenden Richtung unterscheiden, wie dies auch zuvor erläutert ist. Folglich kann auch in diesem Falle eine sehr ähnliche Reaktion jedes der Schaltungselemente 200a, ..., 200d auf einen Gradienten, der entlang einer Richtung wirkt, erreicht werden.
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2e zeigt schematisch die integrierte Schaltung 200 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, in der die Schaltungselemente 200a, ..., 200d aus den Einheitsbauelementen A, ..., D aufgebaut sind, die die gleiche Konfiguration besitzen, wobei jedoch eine unterschiedliche Anzahl an Einheitsbauelementen verwendet wird, um ein gewünschtes Verhältnis der Größen der Schaltungselemente 200a, ..., 200d zu erhalten. In der gezeigten Ausführungsform wird angenommen, dass die Bauelemente 200a, 200d doppelt so große Abmessungen im Vergleich zu den Schaltungselementen 200b, 200c besitzen. Beispielsweise ist, wenn die Schaltungselemente 200a, 200d Transistoren repräsentieren, deren Durchlassstrom doppelt so groß wie jener der Transistoren 200b, 200c. In anderen Fällen ist für kapazitive Strukturen die Kapazität der Schaltungselemente 200a, 200d doppelt so groß wie die Kapazität der Kondensatoren 200b, 200c. Auch in diesem Falle können die Einheitsbauelemente in geeigneter Weise entsprechend ihrer gegenseitigen räumlichen Zuordnung verteilt werden, wie dies zuvor erläutert ist, um eine ähnliche Auswirkung auf jedes der Schaltungselemente 200a, ..., 200d in Bezug auf einen Gradienten, der entlang einer lateralen Richtung wirkt, zu erhalten. D. h., die Einheitsbauelemente können miteinander so verbündet werden, dass eine räumliche Zuordnung zueinander für jede Art von Einheitsbauelementen erhalten wird, die gleich ist entlang einer oder mehrerer lateralen Richtungen, wie dies zuvor erläutert ist.
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2f zeigt schematisch eine Basiszelle 220, die für eines geeignetes Ordnen der Einheitsbauelemente A, ..., D zu den Schaltungselementen 200a, ..., 200d verwendet wird. Beispielsweise sei angenommen, dass Einheitsbauelemente A, die das Schaltungselement 200a bilden, in Einheitsbauelemente A1 und A2 unterteilt sind, so dass die Zelle 220 zwei mal soviel Einheitsbauelemente im Vergleich zu dem Schaltungselement 200b, 200c aufweist. In ähnlicher Weise umfasst die Basiszelle 220 zwei Einheitsbauelement D1, D2, die jeweils dem Schaltungselement 200d entsprechen. Somit sind die Basiszellen 220 durch das Array aus 2e definiert, wodurch entlang einer lateralen Richtung die gleiche räumliche Beziehung für jede Art ein Einheitsbauelementen entsteht, wobei die Einheitsbauelemente A1, A2 als „unterschiedliche” Einheitsbauelemente erachtet werden und in ähnlicher Weise die Bauelemente D1 und D2 als „unterschiedliche” Arten von Einheitsbauelementen betrachtet werden.
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2g zeigt schematisch die Basiszelle 220 gemäß einer unterschiedlichen Anordnung, wobei zu beachten ist, dass eine beliebig gewünschte Konfiguration der Einheitsbauelemente A1, A2, B, C, D1 und D2 innerhalb einer Basiszelle 220 verwendet werden kann, um damit eine ähnliche Reaktion der Schaltungselemente 200a, 200d in Bezug auf einen Gradienten gemäß einer beliebigen lateralen Richtung zu erhalten.
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2h zeigt schematisch ein Schaltbild, in der mehrere Schaltungselemente 200a, ..., 200f, beispielsweise in Form von Transistorelementen, als angepasste Bauelemente vorgesehen sind, wobei die Transistoren 200a, ..., 200f als Stromquellen dienen, deren Strom beispielsweise durch den ersten Transistor 200a definiert ist.
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2i zeigt schematisch die integrierte Schaltung 200 mit einem Schaltungsbereich, der den Transistoren 200a, ..., 200f entspricht, wie sie in 2h gezeigt sind. Wie gezeigt, ist ein Array aus Einheitsbauelementen A, ..., F vorgesehen, das die gleiche Konfiguration besitzt, die ähnlich zu der Konfiguration ist, wie sie mit Bezug zu den 1a und 1b beschrieben ist. D. h., die Einheitsbauelemente repräsentieren Transistorelemente, die auf der Grundlage von Entwurfskriterien hergestellt werden, die den betrachteten Technologiestandard entsprechen. D. h., jedes der Einheitsbauelemente A, ..., F umfasst Drain- und Sourcegebiete 203 und eine Gateelektrodenstrutkur 204, wie dies zuvor erläutert ist. Wie gezeigt, sind 6 Einheitsbauelemente A, ..., F in unmittelbarer Nähe zueinander innerhalb des entsprechenden Arrays vorgesehen, wodurch die Basiszelle 220 so definiert wird, dass beispielsweise das Einheitsbauelement A dem Transistor 200a entspricht. In 2h entspricht das Einheitsbauelement B den Transistor 200b, usw. Des weiteren umfasst die integrierte Schaltung 200 eine Verbindungsstruktur, beispielsweise mit einem Bereich 220a, der die Gateelektrodenstrukturen aller Einheitsbauelemente A, ..., F verbindet, wie dies aus dem Schaltbild in 2h hervorgeht. In ähnlicher Weise können die Drainbereiche 203 aller Einheitsbauelemente A mit ihren Gateelektrodenstrukturen mittels eines geeigneten Verbindungssystems gekoppelt sein. Ein Verbindungsbereich 220v verbindet ggf. alle Sourceanschlüsse 203 der Transistoren 200a, ..., 200f, wie dies aus dem Schaltbild aus 2h hervorgeht. Des weiteren kann eine Verbindungsstruktur 220b entsprechende Einheitsbauelemente des „Typs B” verbinden, und entsprechende Verbindungsstrukturen 220c, ..., 220f verbinden die Einheitsbauelemente des entsprechenden Typs. Somit definieren die Einheitsbauelemente der gleichen Art in Verbindung mit der jeweiligen Verbindungsstruktur die Schaltungselemente 200a, 200f.
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Folglich wird ein hohes Maß an Robustheit im Hinblick auf Technologiegradienten erreicht, da jeder der Transistoren 200a, ..., 200f in ähnlicher Weise auf den Gradienten auf Grund der speziellen räumlichen Zuordnung der Einheitsbauelemente zu den entsprechenden Schaltungselementen reagiert.
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Die integrierte Schaltung 200, wie sie in 2i gezeigt ist, kann auf der Grundlage gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden, wie sie ebenfalls zuvor mit Bezug zu dem Transistor 100 beschrieben sind, wobei jedoch im Gegensatz zu konventionellen Strategien nach dem Definieren und dem Entwerfen der Einheitsbauelemente A, ..., F, die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration besitzen können, eine geeignete Zuordnung der Einheitsbauelemente zu den Schaltungselementen erfolgt und es werden die entsprechenden Verbindungsstrukturen 200a, ..., 200f so gestaltet, dass die gewünschte Zuordnung hinsichtlich einer elektrischen Verbindung erreich wird. Somit wird nach dem Aufbau der grundlegenden Transistorstrukturen eine geeignete Kontaktstruktur in Verbindung mit einem entsprechenden Metallisierungssystem geschaffen, um damit die gewünschte Zuordnung der Einheitsbauelemente A, ..., F zu den Transistoren 200a, ..., 200f zu erreichen.
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Es gilt also: Die vorliegende Offenbarung ermöglicht eine verbesserte Robustheit im Hinblick auf eine systematische Transistorfehlanpassung in modernsten analogen Schaltungsbereichen, wenn mehrere Schaltungselemente, d. h. drei oder mehr Schaltungselemente, aneinander anzupassen sind, um damit eine verbesserte Gesamtschaltungsleistungsfähigkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck wird die räumliche Anordnung der Einheitsbauelemente so gewählt, dass eine räumliche Beziehung der Einheitsbauelemente, die einem speziellen Schaltungselement entsprechen, im Wesentlichen gleich ist für jedes der Schaltungselemente entlang einer speziellen lateralen Richtung, so dass eine Reaktion der einzelnen, Schaltungselemente auf einen Technologiegradienten in dieser Richtung sehr ähnlich ist. Beispielsweise kann eine Anordnung ausgewählt werden, in der die Abstandsbeziehung zwischen benachbarten Einheitsbauelementen der gleichen Zelle gleich ist für jede Art an Einheitsbauelementen entlang einer spezifizierten Richtung und es wird eine nicht-variierende räumliche Beziehung der jeweiligen Einheitsbauelemente unterschiedlicher Schaltungselemente ebenfalls in einer lateralen Richtung erreicht, wodurch eine sehr ähnliche Reaktion auf einen Technologiegradienten ermöglicht wird.
