雙極型晶體管的參數提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體器件仿真領域，特別是指一種雙極型晶體管的參數提取方法。
【背景技術】
[0002] 雙極型晶體管在生產過程中會因為工藝條件分布不均、寄生電阻、PN結雜質分布、 器件尺寸微小變化等諸多原因導致其電特性參數存在一些差異。這些差異通常會有一個統 計分布。通常，晶圓代工廠會為電路設計客戶提供雙極型晶體管仿真模型中的基于工廠工 藝參數范圍的角模型，電路設計者對此角模型的仿真只能得到實際工藝中器件電參數分布 的極端邊界條件，而對實際電參數的真正分布情況無法精確表述。
[0003] -般工藝參數變化差異量可劃分為兩類：一類為正向變異傳播，如晶體管的發射 極、基極和集電極的摻雜寄生電阻，early電壓的差異等；另一類稱之為反向變異傳播變 量，是由于在工藝監控中無法直接測量得到(例如注入計量、PN結濃度及其縱向濃度分布、 基區缺陷勢阱等)，但是會反映在開啟電壓、放大倍數、特征頻率等特性上。這就必須在仿真 模型中通過高斯函數來修正與之相關的仿真模型參數，最終能夠反映到模型本身的仿真特 性同實際測試得到的電參數分布特性一致。反向變異傳播變量的值是通過提取得到的，具 有近似性。傳統的基于GummelPoon模型的HSPICE仿真程序并不能真正體現雙極型晶體 管的參數分布，因此，在雙極型晶體管的仿真時，需要建立一套正反向變異傳播相結合的場 效應管參數分布統計仿真模型，來精確地體現模型在制造過程的參數分布，使仿真更貼近 實際。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種雙極型晶體管的參數提取方法。
[0005] 為解決上述問題，本發明所述的一種雙極型晶體管的參數提取方法，基于 GummelPoon模型，包含如下步驟：
[0006] 第一步，收集生產線上量產的產品工藝監控得到的四種VBE偏置電壓下的I。電流 值，對每組VBE偏置電壓下的I。電流值進行統計做正態分布，并統計3個I。標準方差分布數 值；
[0007] 第二步，根據上述的統計的結果，對GummelPoon模型中的參數采用如下的公式進 行修正：
[0008] Isstat =Is+Isa*agauss(0, 1，3);
[0009] BFstat =BF+BFa*agauss(0, 1，3);
[0010] IKFstat =IKF+Isa*agauss(0, 1，3) _IKFa*agauss(0, 1，3);
[0011] RBstat =RB+Isa*agauss(0, 1, 3)-RBa*aguass(0, 1, 3)；
[0012] RBMstat =RBM+Isa*agauss(0, 1, 3)-RBMa*aguass(0, 1, 3)；
[0013] 公式中Is是飽和電流傳輸系數，Isa等于Ale的3個標準方差分布數值， agauss(0, 1，3)是SPICE的內建函數，在仿真時SPICE會根據agauss定義的范圍隨機從中 取數，其括號中（〇，1，3)的"0"表示分部函數的中心值在0,括號第2項的"1"表示正態統 計分布函數曲線從中心值〇到左右兩邊的最大〇幅值為1，括號中第3項的"1"表示為統 計分布函數的sigma數為1〇 ;BF由1C與基極電流lb相除得到，作為放大系數0的方差 分布修正，BFa為agauss分布函數的修正系數，等于小電流條件下放大系數0的3個方差 分布的歸一化值；
[0014]RB、RBM為常數；RBa、RBMa為agauss函數的修正系數，其值的提取方法是：利用正 向變異傳播得到Is、BF的agauss函數修正系數，先假設RBa、RBMa兩個修正項為0,利用計 算機對已修正過的模型進行1000次以上的重復仿真，仿真方法為給器件添加同在線監控 時相同的4組Vbe條件然后仿真輸出Ic和0數值，在HSPICE內建函數agauss函數的作 用下，每組Vbe條件模型仿真會得到1000多個Ic和0結果，將仿真得到的Ic和0的差 異性結果做成正態分布，將仿真得到的正態分布同實測監控得到的Ic和0正態分布進行 比對，通過調整RBa、RBMa兩個修正系數使得仿真正態分布同實測分布完全一致，這樣就得 到了RBa、RBMa的最終數值。
[0015] 進一步地，所述第一步中，收集四種VBE偏置電壓下的1C電流值，每種電流值至少 收集一千個。
[0016] 本發明所述的雙極型晶體管的參數提取方法，包含了正反向變異傳播相結合的場 效應管參數分布統計仿真模型，該模型利用仿真器中自帶的高斯隨機分布函數作為修正 式，在仿真器中通過調用模型進行重復性的蒙特卡羅隨機仿真得到真正與在線統計分布一 致的電參數特性，使仿真得到的結果更貼近最終的實際產品，仿真更精確。
【附圖說明】
[0017] 圖1是雙極型晶體管外加變壓偏置條件，Vbc=0時掃描Vbe電壓得到的Ic、lb的 曲線；
[0018] 圖2是雙極型晶體管Vbe在IV條件下測得Ic同仿真Ic的正態分布比較；
[0019] 圖3是雙極型晶體管Vbe在IV條件下測得@同仿真@的正態分布比較；
[0020] 圖4是本發明雙極型晶體管的參數提取方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0021] 本發明所述的一種雙極型晶體管的參數提取方法，現列舉一實施例具體說明如 下：
[0022] 第一步，收集生產線上量產的的產品工藝監控得到的四種VbJ扁置電壓下的Ic電 流值，每組收集至少一千個，對每組偏置電壓下的1。電流值進行統計做正態分布，并統 計3個I。標準方差分布數值。
[0023] 第二步，根據第一步中得到的統計數據，需要對SPICE的GummelPoon模型中的器 件參數進行修正：
[0024] 首先，假定一個雙極型晶體管器件的參量P是由ql，q2, . .，qn等工藝參數所決定 的函數，即：P=fh,q2,q3, ? ? ?，qn);
[0025] 如果兩個相同的器件之間的每個工藝參數都存在微小差別，則表征器件電特性的 參量P的誤差。表達式為：
[0026]
[0027]對參量P有影響的工藝參數，…可以有：器件的發射極發射效率 變化〇 Aa2,Ic/Ib的放大倍數變化〇AIe;Ib2,其他包括發射極寄生電阻、發射極PN結電容、 基區寄生電阻、集電極PN結電容、early電壓等變量變化。由于這些工藝參數的微小變化， 其產生的效應疊加總和最終會反映到雙極型器件的監控電特性參數例如放大系數0、開啟 電壓VBE上。因此怎樣在模型中尋找合適的參數以及各個參數之間的效應分擔是首先要解 決的問題。
[0028] 公式（1)中工藝參數的變化差異量= 1，2,3，...，《)在模型中表現為正向變異 傳播和反向變異傳播變量兩種，利用業界普遍采用的GP(Gummel-Poon)模型，根據上述分 類對模型參數進行篩選。對正向變異傳播，可以選擇首先針對現有的工藝監控的器件電特 性參數，一般參照的監控電特性參數為雙極型晶體管在固定電流和電壓偏置條件下對應的 放大系數0，此外還有表征器件發射極的零偏結電容Cje差異分布等。
[0029] 在考慮反向變異傳播的時候，可以監控器件在導通電壓Vbe掃描條件下(基極、集 電極接地、發射極加固定電壓)對應的集電極電流分布斜率NF，器件在大注入條件下的電流 分布情況IKF，發射極寄生電阻的分布情況RE作為參照項，在模型公式中這些參數既有物 理意義又能在公式中體現出器件特性的變化。
[0030] 1)根據Gummel-Poon模型中的理想電流公式：
【主權項】
1. 一種雙極型晶體管的參數提取方法，其特征在于：包含如下步驟： 第一步，收集生產線上量產的產品工藝監控得到的四種Vbe偏置電壓下的I。電流值，對 每組Vbe偏置電壓下的Ic電流值進行統計做正態分布，并統計3個I c標準方差分布數值； 第二步，根據上述的統計的結果，對Gummel Poon模型中的參數采用如下的公式進行修 正： Isstat = Is+Isa*agauss (0, 1, 3)； BFstat = BF+BFa*agauss (0, I, 3)； IKFstat = IKF+Isa*agauss (0, I, 3)-IKFa^agauss (0, I, 3)； RBstat = RB+Isa*agauss (0, I, 3)-RBa^aguass (0, I, 3)； RBMstat = RBM+Isa*agauss(0, I, 3)-RBMa*aguass(0, I, 3); 公式中Is是飽和電流傳輸系數，Isa等于A Ic的3個標準方差分布數值， agauss(0, 1，3)是SPICE的內建函數，在仿真時SPICE會根據agauss定義的范圍隨機從中 取數，其括號中（〇，1，3)的"0"表示分部函數的中心值在0,括號第2項的"1"表示正態統 計分布函數曲線從中心值〇到左右兩邊的最大〇幅值為1，括號中第3項的"3"表示為統 計分布函數的sigma數為1〇 ;BF由IC與基極電流Ib相除得到，作為放大系數0的方差 分布修正，BFa為agauss分布函數的修正系數，等于小電流條件下放大系數P的3個方差 分布的歸一化值； RB、RBM為常數；RBa、RBMa為agauss函數的修正系數，其值的提取方法是：利用正向 變異傳播得到Is、BF的agauss函數修正系數，先假設RBa、RBMa兩個修正項為0,利用計算 機對已修正過的模型進行1000次以上的重復仿真，仿真方法為給器件添加同在線監控時 相同的4組Vbe條件然后仿真輸出Ic和P數值，在HSPICE內建函數agauss函數的作用 下，每組Vbe條件模型仿真會得到1000多個Ic和P結果，將仿真得到的Ic和P的差異 性結果做成正態分布，將仿真得到的正態分布同實測監控得到的Ic和P正態分布進行比 對，通過調整RBa、RBMa兩個修正系數使得仿真正態分布同實測分布完全一致，這樣就得到 了 RBa、RBMa的最終數值。
2. 如權利要求1所述的雙極型晶體管的參數提取方法，其特征在于：所述第一步中，收 集四種Vbe偏置電壓下的I。電流值，每種電流值至少收集一千個。
【專利摘要】本發明公開了一種雙極型晶體管的參數提取方法，通過正向獲取在生產線監控量產產品得到的器件的實際電特性參數統計分布結果，并將此結果與傳統的GP模型中特性參數的反向分布推導提取結果相結合，通過蒙特卡羅仿真得到與在線工藝分布一致的雙極型晶體管的電特性參數。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104750899
【申請號】CN201310753008
【發明人】王正楠
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月31日