🎚️ 5a.1 ポリ抵抗のばらつきと精度制御
🎚️ 5a.1 Poly Resistor Mismatch and Precision Control
📘 概要｜Overview
ポリシリコン抵抗（Poly Resistor）は、AMS設計において電流源、バイアス生成、電圧リファレンスなど多用途で使用されますが、そのばらつき（Mismatch）や温度依存性はアナログ性能に大きな影響を与えます。
Poly resistors are widely used in AMS design for current sources, bias generation, and voltage references. However, mismatch and temperature dependence can significantly impact analog performance.
⚠️ 主な課題｜Key Issues
| 項目｜Issue | 内容｜Description |
|---|---|
| 抵抗値の面内ばらつき | 膜厚・ドーピング濃度の不均一性 |
| レイアウト依存のばらつき | ストレス効果や形状差（L × W） |
| 温度係数（TCR） | PTAT / CTAT傾向の誤差増大要因 |
| モデル誤差 | コーナーモデルと実測値の乖離 |
📏 代表値と仕様例｜Typical Characteristics
| 項目｜Item | 代表値（例：0.18μm）｜Typical (0.18μm Node) | 備考｜Remarks |
|---|---|---|
| シート抵抗 Rs | 約 2k–4k Ω/□ | ノンドープ、サリサイドなし構造 |
| 温度係数 TCR | +2000 ppm/°C | 正TCR：温度上昇で抵抗増加 |
| 面内ばらつき | ±10〜20%（通常） ±1〜2%（マッチング設計時） |
統計的ばらつき要素 |
| 使用例 | バイアス、基準電圧、電流源 | 高精度用途では補償必須 |
🔥 工程由来のばらつき｜Process-Induced Variation
バッチ炉（例：TEL α-8）におけるシート抵抗ばらつきは最大 ±15〜20% に達する場合がある。
| 要因 | 内容 |
|---|---|
| 温度勾配 | 炉内位置（上下）で温度差が発生 |
| ガス流量分布 | POCl₃, BBr₃ などの注入ガス不均一 |
| アニールによる拡散変動 | ドーパントの再分布が生じる可能性 |
対策：
- ダミーウエハ配置によるエッジ効果低減
- ウエハ枚数制限による均一性改善
- ドーピング・アニールレシピ最適化
🔧 設計による補正手法｜Design Mitigation Techniques
| 手法｜Technique | 説明｜Description |
|---|---|
| 長尺構造化（L≫ΔL） | 短距離による統計誤差を抑制 |
| 共通中心配置（Centroid） | 勾配誤差を相殺する幾何配置 |
| ミラー構成＋ダミー追加 | ストレス分布の均一化 |
| 温度補償回路併用 | PTAT / CTAT傾向のキャンセル |
| 自己整合型構造（Spacer等） | リソグラフィ誤差の抑制設計 |
🧪 実務での影響例｜Practical Impact
| 回路 | ばらつきの影響例 |
|---|---|
| バンドギャップ基準 | 出力電圧のオフセット・温度傾斜誤差 |
| DAC / ADC | オフセット・ゲイン誤差（LSB単位で顕在化） |
| 電流ミラー | バイアス精度劣化、出力誤差 |
🧠 用語解説｜Glossary
| 用語｜Term | 意味｜Meaning |
|---|---|
| Rs | シート抵抗（Ω/□） |
| TCR | Temperature Coefficient of Resistance（ppm/°C） |
| PTAT | Proportional To Absolute Temperature |
| CTAT | Complementary To Absolute Temperature |
📎 関連ファイル｜Related Files
✅ まとめ｜Summary
Poly抵抗は便利かつ汎用的ですが、ばらつき・TCR・レイアウト依存性など多くの課題を含みます。AMS回路での高精度化には、工程理解とレイアウト手法の両輪による補償設計が必須です。
Poly resistors are versatile but demand careful design due to mismatch, temperature variation, and layout sensitivity. In precision analog systems, both process-aware design and layout best practices are critical.