CN101739471B - 双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法。该方法将Gummel plot的测试回路中的基极与集电极短接，参考电平射极电压为0；使基极电压与发射极电压差从0.1伏扫描至0.8伏，选取其中任意两个或多个点，测试其对应的集电极电流值；取各点的集电极电流的对数值，推导出线性函数Y＝AX+B，计算出线性函数Y＝AX+B中的A和B值；求出模型参数IS和NF的值；在线进行全硅片测试可得到IS和NF的工艺偏差范围。本发明通过在线测试IS和NF的具体值及工艺偏差范围，使BJT器件工艺偏差模型具有更强的物理性。

Description

双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的测试方法，具体涉及一种双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法。

背景技术

目前业界多采用Gummel-Poon(根梅尔-普恩)模型对双极型晶体管(BJT)件进行建模。其中饱和电流的工艺偏差模型一般采用传输饱和电流(IS)和正向电流发射系数(NF)两个参数来调节。

该Gummel-Poon模型对双极型晶体管(BJT)件提取工艺偏差模型参数的方法，一般是在发射极电流(Ie)为1微安，基极电压和集电极电压等于零(Vb＝Vc＝0V)时，直接测试基极电压与发射极电压差(Vbe)的浮动范围，再通过软件拟合的方法来推算IS和NF的范围(如图1所示)。在模型计算中，IS和NF共同作用来调节Vbe的值，因此这种方法不能十分准确地得出IS和NF的具体范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法，它能够更加准确地提取IS和NF的工艺偏差模型参数，使BJT器件模型具有更强的物理性。

为解决上述技术问题，本发明双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法的技术解决方案为：

采用以下步骤测试及提取饱和电流的工艺偏差模型参数：

第一步，将Gummel plot(根梅尔曲线)的测试回路中的基极与集电极短接，参考电平射极电压Ve为0；

第二步，使基极电压与发射极电压差Vbe从0.1伏扫描至0.8伏，选取其中任意两个或多个点，测试其对应的集电极电流Ic值；

第三步，取各点的集电极电流Ic的对数值，推导出线性函数Y＝AX+B；其中X代表Vbe值，Y代表Ic的对数值；

第四步，根据所推导的线性函数Y＝AX+B，选取两点坐标计算出线性函数Y＝AX+B中的A和B值；

第五步，根据IS＝10^B，

求出IS和NF的值；

其中IS代表传输饱和电流，NF代表正向电流发射系数，V_T＝26mV，Log(e)＝0.434；

第六步，在线进行全硅片测试得到IS和NF的工艺偏差范围；

第七步，把实际测试得到的IS和NF的范围应用到双极型晶体管BJT的模型文件中。

本发明可以达到的技术效果是：

本发明通过直接测试集电极电流-基极电压坐标曲线(Gummel plot)来得到IS和NF的具体值，通过全硅片测试来得到IS和NF的范围，从而更加准确地提取IS和NF的工艺偏差模型参数，使BJT器件模型具有更强的物理性。

本发明通过在线测试Gummel plot，根据IS和NF的定义编写程序来求得IS和NF模型参数，再通过全硅片(Full mapping)测试得到IS和NF的工艺偏差范围。这一方法可以非常直观地对模型参数的工艺偏差范围进行监测，从而能够使BJT电流的工艺偏差模型更加准确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有技术测试Vbe的电路示意图；

图2是Gummel plot的测试回路的示意图；

图3是本发明在线测试得出的集电极电流-基极电压曲线图；

图4是本发明在线测试得出的集电极电流对数值-基极电压曲线图。

图中，BJT双极型晶体管，IS传输饱和电流，NF正向电流发射系数，Ie发射极电流，Vb基极电压，Vc集电极电压，Vbe基极电压与发射极电压差，Ve参考电平射极电压，Ic集电极电流。

具体实施方式

本发明双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法，采用Gummel-Poon模型对双极型晶体管(BJT)件进行建模，并采用IS和NF来测试饱和电流的工艺偏差模型参数。

第一步，将Gummel plot的测试回路中的基极与集电极短接(如图2所示)，参考电平射极电压(Ve)为0。

第二步，使基极电压与发射极电压差(Vbe)从0.1伏扫描至0.8伏，选取其中任意两个或多个点，测试其对应的集电极电流(Ic)值。如当Vbe分别为0.5V和0.7V时(也可以多测几个电压点)，测试集电极电流(Ic)值。测试得出的集电极电流-基极电压数据如图3所示。

第三步，取集电极电流(Ic)的对数值放入Ic-Vbe坐标中，集电极电流对数值-基极电压曲线如图4所示，该曲线近似一次线性函数。

通过测试的各点坐标推导出线性函数Y＝AX+B。其中X为Vbe值，Y为Ic的对数值。

第四步，根据在线测试方法中推导的线性函数Y＝AX+B，选取两点坐标计算出线性函数Y＝AX+B中的A和B值。

在忽略正向工作大注入区电流的影响下，BJT的饱和电流公式为：

$\mathrm{Ic}=\mathrm{ISexp}\left(\frac{V_{\mathrm{BE}}}{{\mathrm{NFV}}_T}\right)$ 式1-1

$\mathrm{Log}\left(\mathrm{Ic}\right)=\mathrm{Log}\left(\mathrm{IS}\right)+\left(\frac{V_{\mathrm{BE}}}{{\mathrm{NFV}}_T}\right)\mathrm{Log}\left(e\right)$ 式1-2

其中V_T＝26mV，Log(e)＝0.434

由公式1-2得：IS＝10^B                    式1-3

$\mathrm{NF}=\frac{\mathrm{Log}\left(e\right)}{{\mathrm{AV}}_T}$ 式1-4

第五步，根据Gummel-Poon BJT的饱和电流公式推出的结论，即IS＝10^B，

求出IS和NF的值。

第六步，采用以上方法在线进行全硅片测试得到IS和NF的工艺偏差范围。

第七步，把实际测试得到的IS和NF的范围应用到BJT的模型文件中。

其中第三步、第四步和第五步可通过编写在线测试程序得出。

Claims (2)

1.一种双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法，采用根梅尔-普恩模型对双极型晶体管件进行建模，其特征在于：采用以下步骤测试及提取饱和电流的工艺偏差模型参数：

第一步，将根梅尔曲线的测试回路中的基极与集电极短接，参考电平射极电压Ve为0；

第二步，使基极电压与发射极电压差Vbe从0.1伏扫描至0.8伏，选取其中任意两个或多个点，测试其对应的集电极电流Ic值；

第三步，取各点的集电极电流Ic的对数值放入Ic-Vbe坐标中，集电极电流对数值-基极电压曲线近似一次线性函数，通过测试的各点坐标推导出线性函数Y＝AX+B；其中X代表Vbe值，Y代表Ic的对数值；

第四步，根据所推导的线性函数Y＝AX+B，选取两点坐标计算出线性函数Y＝AX+B中的A和B值；

第五步，根据IS＝10^B，

求出IS和NF的值；

其中IS代表传输饱和电流，NF代表正向电流发射系数，V_T＝26mV，Log(e)＝0.434；

第六步，在线进行全硅片测试得到IS和NF的工艺偏差范围；

第七步，把实际测试得到的IS和NF的范围应用到双极型晶体管BJT的模型文件中。

2.根据权利要求1所述的双极型晶体管工艺偏差模型参数的在线测试及提取方法，其特征在于：所述第三步、第四步和第五步通过编写在线测试程序得出。

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