CN203553109U - 用于测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列结构，其包括多个尺寸相同且并联的双极晶体管，各所述双极晶体管的基极、集电极和发射极分别并联耦接于第一测试节点、第二测试节点、和第三测试节点，通过第一测试节点和第二测试节点测量双极晶体管阵列的基极-集电极结电容以获得每个双极晶体管的基极-集电极结电容，通过第二测试节点和第三测试节点测量双极晶体管阵列的基极-发射极结电容以获得每个双极晶体管的基极-发射极结电容。本实用新型结构充分利用了双极晶体管阵列的结构特点，将单个双极晶体管的结电容放大，以保证测试结果的准确性。

Description

用于测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列结构

技术领域

本实用新型结构涉及半导体技术领域，特别涉及一种准确测量双极晶体管结电容的测试结构。 

背景技术

双极晶体管（Bipolar Junction Transistor BJT）是通过一定工艺将两个背靠背PN结结合在一起的具有电流放大作用的晶体三极管，有PNP和NPN两种结构。双极晶体管通常由集电极、基极和发射极组成，集电极从集电区C引出，发射极从发射区E引出，基极从基区B引出。图1（a）和图1（b）所示分别为NPN型双极晶体管的典型截面图和版图。NPN型双极晶体管包含B-E和B-C两个PN结，晶体管的结电容即由这两个PN结的电容共同确定。根据图1（a）所示的双极晶体管的截面图，B-C结的结电容通常与基区B的尺寸相关，而B-E结的结电容则与发射区E的尺寸相关。通常情况下，尺寸较大的PN结的电容可以准确测量，然而。单个的双极晶体管尺寸一般偏小，很难准确测量和表征，尤其是B-E结的结电容受限于较小的发射区尺寸通常更难于准确测量，这一问题严重影响了双极晶体管的器件表征和模型提取的准确性，并且极大地限制了双极晶体管在电路设计方面的应用。 

目前，在进行双极晶体管的结电容获取时，由于结电容较难准确测量，其常用做法是直接沿用PN结的电容模型，结合B-E和B-C结的面积和周长计算得到双极晶体管的结电容。这种做法的主要问题是计算所用的B-E和B-C结的面积和周长均为版图设计尺寸，受制造工艺的影响，晶圆上的实际尺寸通常与之有一定误差，此外，PN结电容模型的提取也不可避免地存在一定误差，因此通过这种计算方法所得到的结电容势必不能真实反映双极晶体管的实际结电容特性，从而可能引起双极晶体管结电容的较大误差。 

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于测量双极晶体管结电容 的双极晶体管阵列结构，能够准确测量和表征各种面积下的双极晶体管的结电容特性。 

为达成上述目的，本实用新型提供一种用于测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列结构，包括多个尺寸相同且并联的双极晶体管，各所述双极晶体管的基极并联耦接于第一测试节点、集电极并联耦接于第二测试节点、发射极并联耦接于第三测试节点，通过所述第一测试节点和所述第二测试节点测量所述双极晶体管阵列的基极-集电极结电容以获得每个双极晶体管的基极-集电极结电容，通过所述第二测试节点和所述第三测试节点测量所述双极晶体管阵列的基极-发射极结电容以获得每个双极晶体管的基极-发射极结电容。 

可选的，每一所述双极晶体管的基极、集电极和发射极均通过接触孔由金属连线分别从基区、集电区和发射区引出，以耦接于所述第一测试节点、第二测试节点和第三测试节点。 

可选的，每一所述双极晶体管的集电区环绕所述基区，所述基区环绕所述发射区，所述双极晶体管阵列中至少两个双极晶体管的集电极从相同的集电区引出。 

可选的，所述双极晶体管阵列中相邻的所述双极晶体管的集电极从相同的集电区引出，所述集电区在每一所述双极晶体管的基区外环绕一圈。 

可选的，所述双极晶体管阵列中全部的所述双极晶体管的集电极从同一个集电区引出，所述集电区在所述双极晶体管阵列的基区外环绕一圈，所述双极晶体管阵列中相邻的所述双极晶体管的基区之间通过隔离区隔开。 

本实用新型的优点在于可以准确测量双极晶体管阵列结电容特性，并经过简单推算得到单个双极晶体管的结电容特性，为双极晶体管结电容的准确提取提供基础，且本实用新型结构可以对双极晶体管阵列结构进行设计版图的优化，以缩小其版图尺寸，从而更直接地体现了实用性和灵活性。 

附图说明

图1a为双极晶体管的典型截面图。 

图1b为双极晶体管的典型版图结构。 

图2为本实用新型一实施例测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列电路结构示意图。 

图3为本实用新型一实施例测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列版图结构示意图。 

图4a为本实用新型另一实施例测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列版图结构示意图。 

图4b为本实用新型另一实施例测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列的截面示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。 

图2所示为本实用新型一实施例的测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列的电路结构示意图，其中，双极晶体管阵列结构由多个尺寸完全相同的双极晶体管并联组成，双极晶体管可为NPN型或PNP型。各双极晶体管的所有基极并联耦接至第一测试节点b，各双极晶体管的所有集电极并联耦接至第二测试节点c，各双极晶体管的所有发射极并联耦接至第三测试节点e。具体来说，每个双极晶体管的集电区C，发射区E和基区B形成有接触孔，集电极、发射极和基极由金属连线通过接触孔引出，从而耦接至测试节点。当利用双极晶体管阵列结构测量双极晶体管结电容时，通过测试节点b和测试节点e可测量所有并联的双极晶体管的基极-发射极结电容（B-E结电容），而通过测试节点b和测试节点c则可测量所有并联双极晶体管的基极-集电极结电容（B-C结电容），由此，单个双极晶体管的结电容得以放大。之后，将测量得到的B-C结电容和B-E结电容除以并联双极晶体管的数量即得到单个双极晶体管的B-C结和B-E结的结电容。由此可知，通过本实用新型的双极晶体管阵列结构，能够准确测量双极晶体管的结电容特性，改善现有技术中双极晶体管的结电容由于尺寸限制难以准确测量的缺陷。 

图1b所示为现有技术中双极晶体管结构的版图示意图，双极晶体管的基极、集电极和发射极分别通过接触孔由金属连线从基区、集电区和发射区引出，其中集电区C环绕基区B，基区B环绕发射区E。集电区C和基区B之间，以及基区B与发射区E之间可具有隔离区STI。为了在不影响测量结果的前提下减少版图面积，在本实用新型中，双极晶体管阵列的至少两个双极晶体管共用集电区。图3所示为本实用新型一优选实施例的双极晶体管阵列结构的版图示意图，在本实施例中，双极晶体管阵列中双极晶体管的数量为4个，其仅为示例性并非用于限定本实用新型。如图3所示，双极晶体管阵列中每一个双极晶体管的基区B均被集电区C所包围，集电区C和基区B之间，以及基区B与发射区E之间可具有隔离区STI。相邻的双极晶体管的集电区C相连。因此，相邻的双极晶体管的集电区可以相互共用，其集电极由相同的集电区引出，从而可有效节省集电区的面积，有利于晶体管阵列结构版图尺寸的减小。当然，在其他实施例中，也可以是呈对角的两个双极晶体管的集电区C相连，而相邻的两个双极晶体管的集电区之间由隔离区隔开，本发明并不限于此。之后，从基区，集电 区和发射区引出的各双极晶体管的基极，集电极和发射极均并联耦接至外部测试节点b，c，e以进行结电容测试。 

图4a和图4b所示为另一较佳实施例NPN型双极晶体管阵列的版图和截面图，其在图3所示的双极晶体管阵列的版图结构的基础上，对其进一步加以改进。在本实施例中，NPN型双极晶体管阵列包含4个NPN双极晶体管，当然在其他实施例中，双极晶体管可为PNP型，其数量也不限于4个。每个双极晶体管包含B-E和B-C两个PN结，晶体管的结电容即由这两个PN结的电容共同确定。如图4a所示，双极晶体管阵列共用同一个集电区C，且该集电区C在全部双极晶体管的基区B外环绕成一圈。如图中所示，相邻的双极晶体管的基区B之间通过隔离区STI相隔开。由此，在本实施例中，双极晶体管阵列中的所有双极晶体管共用同一个集电区C。全部的双极晶体管的集电极均通过接触孔从外围的集电区C引出，基极和发射极则分别从每一个双极晶体管的基区B和发射区E引出。如前所述，B-C结的结电容通常与基区的尺寸相关，而B-E结的结电容则与发射区的尺寸相关，由于发射区E和基区B的尺寸非常小，因此对于B-E结的测量仍采用前述的并联结构，将双极晶体管的所有基极和所有发射极通过金属连线从每个双极晶体管的基区和发射区引出，并联耦接至外部测试节点b和e，以测量所有并联的双极晶体管的B-E结电容，最终获得准确性较高的单一双极晶体管的B-E结电容。而集电区C本身的尺寸相对较大，且B-C结的结电容与基区B的尺寸关联性更大，因此本实施例中将双极晶体管阵列中的所有集电区C共用为一个，各双极晶体管的集电极均通过金属连线从同一集电区引出，并联耦接至外部测试节点c。因此相较于图3所示的实施例，本实施例又省去了相邻双极晶体管之间的集电区面积，进一步减少了版图尺寸。 

在利用该优选的双极晶体管阵列结构测量双极晶体管结电容时，同样通过测试节点b和测试节点e可测量所有并联的B-E结的结电容，而通过测试节点b和测试节点c则可测量所有并联的B-C结的结电容。测试得到的B-C结电容和B-E结电容除以双极晶体管的数量即得到单个双极晶体管的B-C结和B-E结的结电容。 

综上所述，本实用新型所提出的准确测量双极晶体管结电容的结构，充分利用了双极晶体管阵列的结构特点，通过将多个尺寸完全相同的双极晶体管并联成阵列结构，从而将单个双极晶体管的结电容放大，以保证现有的测试设备可以准确测试，再经过简单推算即可得到单个双极晶体管的结电容特性，为双极晶体管结电容的准确获取提供基础。进一步的，本实用新型还可以对版图结构进行优化，有利于双极晶体管阵列结构版图尺寸的缩小，从而更直接地体现了本实用新型的实用性和灵活性。 

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。 

Claims (5)

1.一种用于测量双极晶体管结电容的双极晶体管阵列结构，其特征在于，包括多个尺寸相同且并联的双极晶体管，各所述双极晶体管的基极并联耦接于第一测试节点、集电极并联耦接于第二测试节点、发射极并联耦接于第三测试节点，通过所述第一测试节点和所述第二测试节点测量所述双极晶体管阵列的基极-集电极结电容以获得每个双极晶体管的基极-集电极结电容，通过所述第二测试节点和所述第三测试节点测量所述双极晶体管阵列的基极-发射极结电容以获得每个双极晶体管的基极-发射极结电容。 

2.根据权利要求1所述的双极晶体管阵列结构，其特征在于，每一所述双极晶体管的基极、集电极和发射极均通过接触孔由金属连线分别从基区、集电区和发射区引出，以耦接于所述第一测试节点、第二测试节点和第三测试节点。 

3.根据权利要求2所述的双极晶体管阵列结构，其特征在于，每一所述双极晶体管的集电区环绕所述基区，所述基区环绕所述发射区，所述双极晶体管阵列中至少两个双极晶体管的集电极从相同的集电区引出。 

4.根据权利要求3所述的双极晶体管阵列结构，其特征在于，所述双极晶体管阵列中相邻的所述双极晶体管的集电极从相同的集电区引出，所述集电区在每一所述双极晶体管的基区外环绕一圈。 

5.根据权利要求2所述的双极晶体管阵列结构，其特征在于，所述双极晶体管阵列中全部的所述双极晶体管的集电极从同一个集电区引出，所述集电区在所述双极晶体管阵列的基区外环绕一圈，所述双极晶体管阵列中相邻的所述双极晶体管的基区之间通过隔离区隔开。 

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