(57)【要約】【課題】トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正する。【解決手段】トランジスタ回路２が形成された半導体基板１上に、しきい値算出回路３およびしきい値補正回路４を設け、しきい値算出回路３により算出されたしきい値電圧に基づいて、可変電圧源５の電圧を制御することにより、半導体基板１上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を補正する。【選択図】　　　図１
2004103698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されたトランジスタ回路と、
前記半導体基板上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、前記トランジスタのしきい値電圧を算出するしきい値算出回路と、
前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧に基づいて、前記トランジスタ回路のしきい値電圧を補正するしきい値補正回路とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記しきい値補正回路は、
前記トランジスタ回路の目標しきい値電圧を設定するしきい値電圧設定回路と、
前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧と、前記しきい値電圧設定回路により設定されたしきい値電圧とを比較する比較回路とを備え、
前記比較回路によるしきい値電圧の比較結果に基づいて、前記半導体基板の基板電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体基板上に形成されたウェル領域と、
前記ウェル領域に形成されたトランジスタ回路と、
前記半導体基板上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、前記トランジスタのしきい値電圧を算出するしきい値算出回路と、
前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧に基づいて、前記トランジスタ回路のしきい値電圧を前記ウェル領域ごとに補正するしきい値補正回路とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記しきい値補正回路は、
前記トランジスタ回路の目標しきい値電圧をウェル領域ごとに設定するしきい値電圧設定回路と、
前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧と、前記しきい値電圧設定回路により設定されたしきい値電圧とをそれぞれ比較する比較回路とを備え、前記比較回路によるしきい値電圧の比較結果に基づいて、前記ウェル領域のウェル電圧をそれぞれ制御することを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記しきい値算出回路は、
前記半導体基板上に形成されたモニタトランジスタと、
前記モニタトランジスタのゲートに三角波を出力する三角波発生回路と、
前記モニタトランジスタの出力ピーク値を検出する出力ピーク値検出回路と、
前記モニタトランジスタの出力平均値を検出する出力平均値検出回路と、
前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出する演算回路とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に形成されたモニタトランジスタのゲートに三角波を入力するステップと、
前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力ピーク値を検出するステップと、
前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力平均値を検出するステップと、
前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記半導体基板の基板電圧を制御するステップとを備えることを特徴とするトランジスタのしきい値補正方法。
【請求項７】
半導体基板上に形成されたモニタトランジスタのゲートに三角波を入力するステップと、
前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力ピーク値を検出するステップと、
前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力平均値を検出するステップと、
前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出するステップと、
前記半導体基板上の第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧を設定するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記第１ウェル領域のウェル電圧を制御するステップと、
前記半導体基板上の第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧を設定するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、
前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記第２ウェル領域のウェル電圧を制御するステップとを備えることを特徴とするトランジスタのしきい値補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置およびトランジスタのしきい値補正方法に関し、特に、トランジスタのしきい値を自動的に補正する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、イオンインプランテーションのドーズ量や注入エネルギーなどの条件出しを行うことにより、トランジスタのしきい値電圧の設定が行なわれていたため、トランジスタ製造時のプロセス変動などにより、トランジスタのしきい値電圧が目標値からずれることがある。
【０００３】
このため、従来の半導体装置では、このようなトランジスタを救済するために、トランジスタを製造した後に、各トランジスタの実際のしきい値電圧を個々に測定し、そのトランジスタの実際のしきい値電圧をメモリに記憶することにより、トランジスタのしきい値電圧の目標値からずれを電気的に補正することが行なわれていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトランジスタのしきい値電圧の補正方法では、各トランジスタの実際のしきい値電圧を個々に測定し、各トランジスタの実際のしきい値電圧をメモリに記憶する必要があり、手間がかかるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能な半導体装置およびトランジスタのしきい値補正方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体装置によれば、半導体基板上に形成されたトランジスタ回路と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、前記トランジスタのしきい値電圧を算出するしきい値算出回路と、前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧に基づいて、前記トランジスタ回路のしきい値電圧を補正するしきい値補正回路とを備えることを特徴とする。
【０００６】
これにより、半導体基板上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を、その半導体基板上でモニタして、そのしきい値電圧を補正することが可能となり、トランジスタのしきい値電圧の目標値からのずれを補正するために、トランジスタの実際のしきい値電圧を測定する必要がなくなる。
このため、トランジスタ製造時のプロセス変動などにより、トランジスタのしきい値電圧が目標値からずれた場合においても、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能となり、トランジスタのしきい値電圧を補正するための手間をなくすことが可能となるとともに、製造歩止まりを向上させることが可能となる。
【０００７】
また、請求項２記載の半導体装置によれば、前記しきい値補正回路は、前記トランジスタ回路の目標しきい値電圧を設定するしきい値電圧設定回路と、前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧と、前記しきい値電圧設定回路により設定されたしきい値電圧とを比較する比較回路とを備え、前記比較回路によるしきい値電圧の比較結果に基づいて、前記半導体基板の基板電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
これにより、トランジスタのしきい値電圧が目標しきい値電圧に一致するように、半導体基板の基板電圧を制御することが可能となり、トランジスタの実際のしきい値を測定することなく、トランジスタのしきい値電圧のずれを補正することが可能となる。
また、請求項３記載の半導体装置によれば、半導体基板上に形成されたウェル領域と、前記ウェル領域に形成されたトランジスタ回路と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、前記トランジスタのしきい値電圧を算出するしきい値算出回路と、前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧に基づいて、前記トランジスタ回路のしきい値電圧を前記ウェル領域ごとに補正するしきい値補正回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、半導体基板上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を、その半導体基板上でモニタして、そのしきい値電圧をウェル領域ごとに補正することが可能となり、トランジスタのしきい値電圧の目標値からのずれを補正するために、トランジスタの実際のしきい値電圧を測定する必要がなくなる。
このため、トランジスタ製造時のプロセス変動などにより、ウェル領域ごとにしきい値電圧の異なるトランジスタが混在している場合においても、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能となり、トランジスタのしきい値電圧を補正するための手間をなくすことが可能となるとともに、製造歩止まりを向上させることが可能となる。
【００１０】
また、請求項４記載の半導体装置によれば、前記しきい値補正回路は、前記トランジスタ回路の目標しきい値電圧をウェル領域ごとに設定するしきい値電圧設定回路と、前記しきい値算出回路により算出されたしきい値電圧と、前記しきい値電圧設定回路により設定されたしきい値電圧とをそれぞれ比較する比較回路とを備え、前記比較回路によるしきい値電圧の比較結果に基づいて、前記ウェル領域のウェル電圧をそれぞれ制御することを特徴とする。
【００１１】
これにより、トランジスタのしきい値電圧が目標しきい値電圧に一致するように、ウェル領域のウェル電圧を制御することが可能となり、トランジスタの実際のしきい値を測定することなく、トランジスタのしきい値電圧のずれを補正することが可能となるとともに、しきい値電圧の異なるトランジスタを同一半導体基板上で混在させることが可能となる。
【００１２】
また、請求項５記載の半導体装置によれば、前記しきい値算出回路は、前記半導体基板上に形成されたモニタトランジスタと、前記モニタトランジスタのゲートに三角波を出力する三角波発生回路と、前記モニタトランジスタの出力ピーク値を検出する出力ピーク値検出回路と、前記モニタトランジスタの出力平均値を検出する出力平均値検出回路と、前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出する演算回路とを備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、半導体基板上にモニタトランジスタを形成することで、トランジスタのしきい値電圧を実際に測定することなく、トランジスタのしきい値電圧を回路的に求めることが可能となり、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能となる。
また、請求項６記載のトランジスタのしきい値補正方法によれば、半導体基板上に形成されたモニタトランジスタのゲートに三角波を入力するステップと、前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力ピーク値を検出するステップと、前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力平均値を検出するステップと、前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記半導体基板上に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記半導体基板の基板電圧を制御するステップとを備えることを特徴とする。
【００１４】
これにより、トランジスタのしきい値電圧を実際に測定することなく、トランジスタのしきい値電圧を回路的に求めることが可能となり、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能となる。
このため、トランジスタ製造時のプロセス変動などにより、トランジスタのしきい値電圧が目標値からずれた場合においても、トランジスタのしきい値電圧を補正するための手間をかけることなく、トランジスタのしきい値電圧を補正することが可能となる。
【００１５】
また、目標しきい値電圧を変更することで、トランジスタのしきい値電圧を自由に変更することが可能となり、しきい値電圧の異なるトランジスタを製造するために、製造条件を変更する必要がなくなることから、生産効率を向上させることが可能となる。
また、請求項７記載のトランジスタのしきい値補正方法によれば、半導体基板上に形成されたモニタトランジスタのゲートに三角波を入力するステップと、前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力ピーク値を検出するステップと、前記モニタトランジスタに三角波が入力された時の出力平均値を検出するステップと、前記三角波の入力振幅、前記モニタトランジスタの出力ピーク値および出力平均値に基づいて、前記モニタトランジスタのしきい値電圧を算出するステップと、前記半導体基板上の第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧を設定するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第１ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記第１ウェル領域のウェル電圧を制御するステップと、前記半導体基板上の第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧を設定するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とを比較するステップと、前記算出されたモニタトランジスタのしきい値電圧と、前記第２ウェル領域に形成されたトランジスタの目標しきい値電圧とが一致するように、前記第２ウェル領域のウェル電圧を制御するステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、トランジスタの実際のしきい値を測定することなく、トランジスタのしきい値電圧のずれを補正することが可能となるとともに、しきい値電圧の異なるトランジスタを同一半導体基板上で混在させることが可能となり、トランジスタの高密度化が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置およびトランジスタのしきい値補正方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【００１８】
図１において、半導体基板１上には、トランジスタ回路２が形成されるとともに、しきい値算出回路３およびしきい値補正回路４が形成され、半導体基板１は可変電圧源５に接続されている、
ここで、しきい値算出回路３は、半導体基板１上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、半導体基板１上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を算出する。
【００１９】
また、しきい値補正回路４は、しきい値算出回路３により算出されたしきい値電圧に基づいて、可変電圧源５の電圧を制御することにより、半導体基板１上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を補正する。
図２は、本発明の第１実施形態に係るしきい値補正回路の概略構成を示す回路図である。
【００２０】
図２において、しきい値算出回路３には、三角波発生器１１、オペアンプ１２、１３、Ａ／Ｄコンバータ１４〜１６、演算回路１７、モニタトランジスタＭ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１、Ｃ２が設けられ、しきい値補正回路４には、Ｄ／Ａコンバータ１８、しきい値設定回路１９およびコンパレータ２０が設けられている。
【００２１】
ここで、三角波発生器１１の出力は、モニタトランジスタＭ１のゲートに接続されるとともに、Ａ／Ｄコンバータ１４を介して演算回路１７に接続され、モニタトランジスタＭ１のドレインは、抵抗Ｒ１に接続されるとともに、オペアンプ１２、１３の正転入力端子にそれぞれ接続されている。
また、オペアンプ１２の出力端子は、ダイオードＤ１をそれぞれ介して、オペアンプ１２の反転入力端子に接続されるとともに、コンデンサＣ１に接続され、オペアンプ１２、ダイオードＤ１およびコンデンサＣ１はピーク値検出回路６を構成している。
【００２２】
また、オペアンプ１３の出力端子は、オペアンプ１３の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ２を介して、コンデンサＣ２に接続され、オペアンプ１３、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２は平均値検出回路７を構成している。
また、ピーク値検出回路６から出力されるピーク値Ｖｏｕｔｐは、Ａ／Ｄコンバータ１５を介して演算回路１７に接続され、平均値検出回路７から出力される平均値Ｖｏａｖは、Ａ／Ｄコンバータ１６を介して演算回路１７に接続されている。
【００２３】
また、演算回路１７の出力は、Ｄ／Ａコンバータ１８を介してコンパレータ２０の一方の入力に接続され、しきい値設定回路１９の出力は、コンパレータ２０の他方の入力に接続され、コンパレータ２０の出力は、図１の可変電圧源５の制御入力に接続されている
そして、モニタトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇとして、入力振幅Ｖｉｎの三角波が入力されると、その入力振幅Ｖｉｎが、モニタトランジスタのしきい値Ｖｔｈを超えた時点からドレイン電流Ｉｄが流れ始め、入力振幅Ｖｉｎからしきい値Ｖｔｈ分だけ差し引いた電圧に対応したドレイン電圧Ｖｄがピーク値検出回路６および平均値検出回路７に入力される。
【００２４】
ここで、ドレイン電圧Ｖｄのピーク値を検出することで、矩形波に対応した出力電圧を算出することができ、ドレイン電圧Ｖｄの平均値を検出することで、三角波に対応した出力電圧を算出することができる。
このため、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈの変動により、ドレイン電圧Ｖｄの平均値とピーク値との比を変化させることが可能となり、ドレイン電圧Ｖｄの平均値とピーク値とを検出することで、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈを算出することが可能となる。
【００２５】
そして、ピーク値検出回路６および平均値検出回路７にて、ピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖがそれぞれ検出されると、これらのピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖは、Ａ／Ｄコンバータ１５、１６をそれぞれ介して演算回路１７に入力される。
そして、演算回路１７は、ピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖが入力されると、これらのピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖと、入力振幅Ｖｉｎとを用いることにより、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈを算出する。
【００２６】
そして、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈが算出されると、この算出されたしきい値Ｖｔｈは、／Ａコンバータ１８を介してコンパレータ２０に入力される。
コンパレータ２０は、演算回路１７からしきい値Ｖｔｈが入力されると、演算回路１７から入力されたしきい値Ｖｔｈを、しきい値設定回路１９で設定された目標しきい値と比較し、これらの値の差分が零になるように、可変電圧源５の電圧を制御する。
【００２７】
ここで、演算回路１７から出力されたしきい値Ｖｔｈが、しきい値設定回路１９で設定された目標しきい値と異なる場合、可変電圧源５の電圧が変化し、図１の半導体基板１の基板電圧が変化する。
そして、半導体基板１の基板電圧が変化すると、半導体基板１上に形成されたモニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈが変化する。
【００２８】
そして、演算回路１７から出力されたしきい値Ｖｔｈが、しきい値設定回路１９で設定された目標しきい値に一致すると、コンパレータ２０からの出力は零になり、可変電圧源５の電圧がそのまま維持される。
ここで、トランジスタ回路２は、モニタトランジスタＭ１が形成されている半導体基板１と同一基板上に形成されているので、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈが、しきい値設定回路１９で設定された目標しきい値に一致した場合、トランジスタ回路２のトランジスタのしきい値も、しきい値設定回路１９で設定された目標しきい値に一致させることができる。
【００２９】
これにより、半導体基板１上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を実際に測定することなく、そのトランジスタのしきい値電圧を回路的に求めることが可能となり、しきい値算出回路３およびしきい値補正回路４により、トランジスタのしきい値電圧を自動的に補正することが可能となる。
このため、トランジスタ製造時のプロセス変動などにより、トランジスタのしきい値電圧が目標値からずれた場合においても、トランジスタのしきい値電圧を補正するための手間をかけることなく、トランジスタのしきい値電圧を補正することが可能となる。
【００３０】
また、しきい値設定回路１９で設定される目標しきい値を変更することで、トランジスタのしきい値電圧を自由に変更することが可能となり、しきい値電圧の異なるトランジスタを製造するために、製造条件を変更する必要がなくなることから、生産効率を向上させることが可能となる。
図３は、本発明の一実施形態に係るトランジスタのしきい値補正方法を説明する図である。
【００３１】
図３において、モニタトランジスタＭ１のゲート電圧Ｖｇとして、入力振幅Ｖｉｎの三角波を周期ｔで入力した場合、ドレイン電流Ｉｄが流れる時のゲート電圧Ｖｇの一周期ｔ分の積分値をＳ１、ゲート電圧Ｖｇのピーク値の一周期ｔ分の積分値をＳ２、ドレイン電流Ｉｄの一周期ｔ分の積分値をＳ３、ドレイン電流Ｉｄのピーク値の一周期ｔ分の積分値をＳ４とすると、積分値Ｓ１〜Ｓ４について以下の（１）〜（４）式が成り立つ。
【００３２】
Ｓ１＝１／２×ｔ×Ｖｉｎ×（（Ｖｉｎ−Ｖｔｈ）／Ｖｉｎ）２　　・・（１）
Ｓ２＝ｔ×（Ｖｉｎ−Ｖｔｈ）　　　　　　　　　　　　　　　　・・（２）
Ｓ３＝ｔ×Ｖｏａｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・（３）
Ｓ４＝ｔ×Ｖｏｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・（４）
また、ゲート電圧Ｖｇとドレイン電流Ｉｄとが比例するものとすると、以下の（５）式が成り立ち、（５）式を変形すると、（６）式が成り立つ。
【００３３】
Ｓ２：Ｓ１＝Ｓ４：Ｓ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・（５）
Ｓ１×Ｓ４＝Ｓ２×Ｓ３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・（６）
ここで、しきい値Ｖｔｈが変動すると、積分値Ｓ１と積分値Ｓ２との比が変化するため、（６）式からしきい値Ｖｔｈを求めることができる。
そして、（１）〜（４）式を（６）式に代入し、以下の（７）〜（１２）式に従って、しきい値Ｖｔｈについて解くと、以下の（１３）式のようになる。
【００３４】
１／２×ｔ×Ｖｉｎ×（（Ｖｉｎ−Ｖｔｈ）／Ｖｉｎ）２×ｔ×Ｖｏｐ
＝ｔ×（Ｖｉｎ−Ｖｔｈ）×ｔ×Ｖｏａｖ　　　　　　　　　　　　・・（７）
１／２×Ｖｉｎ×（１−（Ｖｔｈ／Ｖｉｎ））２×Ｖｏｐ
＝（Ｖｉｎ−Ｖｔｈ）×Ｖｏａｖ　　　　　　　　　　　　　　　　・・（８）
１／２×Ｖｉｎ×Ｖｏｐ×（１−（２Ｖｔｈ／Ｖｉｎ）＋Ｖｔｈ２／Ｖｉｎ２）
＝Ｖｉｎ×Ｖｏａｖ−Ｖｏａｖ×Ｖｔｈ　　　　　　　　　　　　　・・（９）
１×Ｖｉｎ×Ｖｏｐ×Ｖｔｈ２／Ｖｉｎ２＋（−１／２×Ｖｉｎ×Ｖｏｐ×２／Ｖｉｎ＋Ｖｏａｖ）×Ｖｔｈ
＋１／２Ｖｉｎ×Ｖｏｐ−Ｖｔｈ×Ｖｏａｖ＝０　　　　　　　　・・（１０）
Ｖｏｐ／（２×Ｖｉｎ）×Ｖｔｈ２＋（Ｖｏａｖ−Ｖｏｐ）×Ｖｔｈ
＋（１／２×Ｖｏｐ−Ｖｏａｖ）×Ｖｉｎ＝０　　　　　　　　　・・（１１）
Ｖｔｈ＝｛−（Ｖｏａｖ−Ｖｏｐ）±√（（Ｖｏａｖ−Ｖｏｐ）２
−４×Ｖｏｐ／（２×Ｖｉｎ）×（１／２×Ｖｏｐ−Ｖｏａｖ）×Ｖｉｎ）｝
／２×Ｖｏｐ／（２×Ｖｉｎ）
＝Ｖｉｎ／Ｖｏｐ×（Ｖｏｐ−Ｖｏａｖ±Ｖｏａｖ）　　　　　　・・（１２）
従って、
Ｖｔｈ＝Ｖｉｎ／Ｖｏｐ×（Ｖｏｐ−２Ｖｏａｖ）　　　　　　　・・（１３）
ただし、Ｖｔｈ≠Ｖｉｎ
が成り立つ。
【００３５】
従って、ピーク値検出回路６および平均値検出回路７でそれぞれ検出されたピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖと、三角波発生器１１から出力される入力振幅Ｖｉｎとを用いることにより、モニタトランジスタＭ１のしきい値Ｖｔｈを算出することができる。
図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【００３６】
図４において、半導体基板３１上には、ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２が形成され、各ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２には、トランジスタ回路３２ａ、３２ｂがそれぞれ形成されている。
また、半導体基板３１上には、しきい値算出回路３３およびしきい値補正回路３４ａ、３４ｂが形成されている。
【００３７】
ここで、しきい値算出回路３は、半導体基板３１上に形成されたトランジスタの入出力特性に基づいて、半導体基板３１上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を算出する。
また、しきい値補正回路３４ａ、３４ｂは、しきい値算出回路３３により算出されたしきい値電圧に基づいて、各ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２のウェル電圧をそれぞれ制御することにより、各ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２に形成されたトランジスタのしきい値電圧をそれぞれ補正する。
【００３８】
図５は、本発明の第２実施形態に係るしきい値補正回路の概略構成を示す回路図である。
図５において、しきい値算出回路３３には、三角波発生器４１、オペアンプ４２、４３、Ａ／Ｄコンバータ４４〜４６、演算回路４７、モニタトランジスタＭ１１、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１、Ｃ１２が設けられ、しきい値補正回路３４ａ、３４ｂには、Ｄ／Ａコンバータ４８ａ、４８ｂ、しきい値設定回路４９ａ、４９ｂ、コンパレータ５０ａ、５０ｂおよび電圧可変回路５１ａ、５１ｂがそれぞれ設けられている。
【００３９】
ここで、三角波発生器４１の出力は、モニタトランジスタＭ１１のゲートに接続されるとともに、Ａ／Ｄコンバータ４４を介して演算回路４７に接続され、モニタトランジスタＭ１１のドレインは、抵抗Ｒ１１に接続されるとともに、オペアンプ４２、４３の正転入力端子にそれぞれ接続されている。
また、オペアンプ４２の出力端子は、ダイオードＤ１１をそれぞれ介して、オペアンプ４２の反転入力端子に接続されるとともに、コンデンサＣ１１に接続され、オペアンプ４２、ダイオードＤ１１およびコンデンサＣ１１はピーク値検出回路３５を構成している。
【００４０】
また、オペアンプ４３の出力端子は、オペアンプ４３の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ１２を介して、コンデンサＣ１２に接続され、オペアンプ４３、抵抗Ｒ１２およびコンデンサＣ１２は平均値検出回路３６を構成している。
また、ピーク値検出回路３５から出力されるピーク値Ｖｏｕｔｐは、Ａ／Ｄコンバータ４５を介して演算回路４７に接続され、平均値検出回路３６から出力される平均値Ｖｏａｖは、Ａ／Ｄコンバータ４６を介して演算回路４７に接続されている。
【００４１】
また、演算回路４７の出力は、Ｄ／Ａコンバータ４８ａ、４８ｂをそれぞれ介してコンパレータ５０ａ、５０ｂの一方の入力にそれぞれ接続され、しきい値設定回路４９ａ、４９ｂの出力は、コンパレータ５０ａ、５０ｂの他方の入力にそれぞれ接続されている。
また、コンパレータ５０ａ、５０ｂの出力は、電圧可変回路５１ａ、５１ｂにそれぞれ接続され、電圧可変回路５１ａ、５１ｂの出力は、図４のウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２にそれぞれ接続されている。
【００４２】
そして、モニタトランジスタＭ１１のゲート電圧Ｖｇとして、入力振幅Ｖｉｎの三角波が入力されると、その入力振幅Ｖｉｎがモニタトランジスタのしきい値Ｖｔｈを超えた時点からドレイン電流Ｉｄが流れ始め、入力振幅Ｖｉｎからしきい値Ｖｔｈ分だけ差し引いた電圧に対応したドレイン電圧Ｖｄがピーク値検出回路３５および平均値検出回路３６に入力される。
【００４３】
そして、ピーク値検出回路３５および平均値検出回路３６にて、ピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖがそれぞれ検出されると、これらのピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖは、Ａ／Ｄコンバータ４５、４６をそれぞれ介して演算回路４７に入力される。
そして、演算回路４７は、ピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖが入力されると、これらのピーク値Ｖｏｕｔｐおよび平均値Ｖｏａｖと、入力振幅Ｖｉｎとを用いることにより、モニタトランジスタＭ１１のしきい値Ｖｔｈを算出する。
【００４４】
そして、モニタトランジスタＭ１１のしきい値Ｖｔｈが算出されると、この算出されたしきい値Ｖｔｈは、／Ａコンバータ４８ａ、４８ｂをそれぞれ介してコンパレータ５０ａ、５０ｂに入力される。
コンパレータ５０ａ、５０ｂは、演算回路４７からしきい値Ｖｔｈが入力されると、演算回路４７から入力されたしきい値Ｖｔｈを、しきい値設定回路４９ａ、４９ｂでそれぞれ設定された目標しきい値と比較し、これらの値の差分が零になるように、可変電圧回路５１ａ、５１ｂの電圧をそれぞれ制御する。
【００４５】
そして、可変電圧回路５１ａ、５１ｂの電圧は、図４のウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２にそれぞれ入力され、ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２のウェル電圧をそれぞれ制御する。
ここで、異なる目標しきい値をしきい値設定回路４９ａ、４９ｂに設定することにより、ウェル領域ＷＬ１、ＷＬ２のウェル電圧を互いに異ならせることが可能となり、図４のトランジスタ回路３２ａ、３２ｂのしきい値電圧を異ならせることが可能となる。
【００４６】
これにより、トランジスタの実際のしきい値を測定することなく、トランジスタのしきい値電圧のずれを補正することが可能となるとともに、しきい値電圧の異なるトランジスタを同一半導体基板３１上で混在させることが可能となり、トランジスタの高密度化が可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板上に形成されたトランジスタのしきい値電圧を、その半導体基板上でモニタして、そのしきい値電圧を補正することにより、トランジスタのしきい値電圧を回路上で自動的に補正することが可能となり、トランジスタの実際のしきい値電圧を測定することなく、トランジスタのしきい値電圧を補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るしきい値補正回路の概略構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るトランジスタのしきい値補正方法を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るしきい値補正回路の概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１、３１　半導体基板、２、３２ａ、３２ｂ　トランジスタ回路、３、３３　しきい値補正回路、４、３４ａ、３４ｂ　しきい値補正回路、５　可変電圧源、６、３５　ピーク値検出回路、７、３６　平均値検出回路、１１、４１　三角波発生器、１２、１３、４２、４３　オペアンプ、１４〜１６、４４〜４６　Ａ／Ｄコンバータ、１７、４７　演算回路、１８、４８　Ｄ／Ａコンバータ、１９、４９　しきい値設定回路、２０、５０　コンパレータ、５１　電圧可変回路、Ｍ１、Ｍ１１　モニタトランジスタ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２　抵抗、Ｄ１、Ｄ１１　ダイオード、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ１１、Ｃ１２　コンデンサ、ＷＬ１、ＷＬ２　ウェル領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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