双极型晶体管的参数提取方法技术

本发明专利技术公开了一种双极型晶体管的参数提取方法，通过正向获取在生产线监控量产产品得到的器件的实际电特性参数统计分布结果，并将此结果与传统的GP模型中特性参数的反向分布推导提取结果相结合，通过蒙特卡罗仿真得到与在线工艺分布一致的双极型晶体管的电特性参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件仿真领域，特别是指一种。
技术介绍
双极型晶体管在生产过程中会因为工艺条件分布不均、寄生电阻、PN结杂质分布、 器件尺寸微小变化等诸多原因导致其电特性参数存在一些差异。这些差异通常会有一个统 计分布。通常，晶圆代工厂会为电路设计客户提供双极型晶体管仿真模型中的基于工厂工 艺参数范围的角模型，电路设计者对此角模型的仿真只能得到实际工艺中器件电参数分布 的极端边界条件，而对实际电参数的真正分布情况无法精确表述。 -般工艺参数变化差异量可划分为两类：一类为正向变异传播，如晶体管的发射 极、基极和集电极的掺杂寄生电阻，early电压的差异等；另一类称之为反向变异传播变 量，是由于在工艺监控中无法直接测量得到(例如注入计量、PN结浓度及其纵向浓度分布、 基区缺陷势阱等)，但是会反映在开启电压、放大倍数、特征频率等特性上。这就必须在仿真 模型中通过高斯函数来修正与之相关的仿真模型参数，最终能够反映到模型本身的仿真特 性同实际测试得到的电参数分布特性一致。反向变异传播变量的值是通过提取得到的，具 有近似性。传统的基于GummelPoon模型的HSPICE仿真程序并不能真正体现双极型晶体 管的参数分布，因此，在双极型晶体管的仿真时，需要建立一套正反向变异传播相结合的场 效应管参数分布统计仿真模型，来精确地体现模型在制造过程的参数分布，使仿真更贴近 实际。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种。 为解决上述问题，本专利技术所述的一种，基于 GummelPoon模型，包含如下步骤： 第一步，收集生产线上量产的产品工艺监控得到的四种VBE偏置电压下的I。电流 值，对每组VBE偏置电压下的I。电流值进行统计做正态分布，并统计3个I。标准方差分布数 值； 第二步，根据上述的统计的结果，对GummelPoon模型中的参数采用如下的公式进 行修正： Isstat =Is+Isa*agauss(0, 1，3); BFstat =BF+BFa*agauss(0, 1，3); IKFstat =IKF+Isa*agauss(0, 1，3) _IKFa*agauss(0, 1，3); RBstat =RB+Isa*agauss(0, 1, 3)-RBa*aguass(0, 1, 3)； RBMstat =RBM+Isa*agauss(0, 1, 3)-RBMa*aguass(0, 1, 3)； 公式中Is是饱和电流传输系数，Isa等于Ale的3个标准方差分布数值， agauss(0, 1，3)是SPICE的内建函数，在仿真时SPICE会根据agauss定义的范围随机从中 取数，其括号中（〇，1，3)的"0"表示分部函数的中心值在0,括号第2项的"1"表示正态统 计分布函数曲线从中心值〇到左右两边的最大〇幅值为1，括号中第3项的"1"表示为统 计分布函数的sigma数为1〇 ;BF由1C与基极电流lb相除得到，作为放大系数0的方差 分布修正，BFa为agauss分布函数的修正系数，等于小电流条件下放大系数0的3个方差 分布的归一化值；RB、RBM为常数；RBa、RBMa为agauss函数的修正系数，其值的提取方法是：利用正 向变异传播得到Is、BF的agauss函数修正系数，先假设RBa、RBMa两个修正项为0,利用计 算机对已修正过的模型进行1000次以上的重复仿真，仿真方法为给器件添加同在线监控 时相同的4组Vbe条件然后仿真输出Ic和0数值，在HSPICE内建函数agauss函数的作 用下，每组Vbe条件模型仿真会得到1000多个Ic和0结果，将仿真得到的Ic和0的差 异性结果做成正态分布，将仿真得到的正态分布同实测监控得到的Ic和0正态分布进行 比对，通过调整RBa、RBMa两个修正系数使得仿真正态分布同实测分布完全一致，这样就得 到了RBa、RBMa的最终数值。 进一步地，所述第一步中，收集四种VBE偏置电压下的1C电流值，每种电流值至少 收集一千个。 本专利技术所述的，包含了正反向变异传播相结合的场 效应管参数分布统计仿真模型，该模型利用仿真器中自带的高斯随机分布函数作为修正 式，在仿真器中通过调用模型进行重复性的蒙特卡罗随机仿真得到真正与在线统计分布一 致的电参数特性，使仿真得到的结果更贴近最终的实际产品，仿真更精确。【附图说明】 图1是双极型晶体管外加变压偏置条件，Vbc=0时扫描Vbe电压得到的Ic、lb的 曲线； 图2是双极型晶体管Vbe在IV条件下测得Ic同仿真Ic的正态分布比较； 图3是双极型晶体管Vbe在IV条件下测得@同仿真@的正态分布比较； 图4是本专利技术的流程图。【具体实施方式】 本专利技术所述的一种，现列举一实施例具体说明如 下： 第一步，收集生产线上量产的的产品工艺监控得到的四种VbJ扁置电压下的Ic电 流值，每组收集至少一千个，对每组偏置电压下的1。电流值进行统计做正态分布，并统 计3个I。标准方差分布数值。 第二步，根据第一步中得到的统计数据，需要对SPICE的GummelPoon模型中的器 件参数进行修正： 首先，假定一个双极型晶体管器件的参量P是由ql，q2, . .，qn等工艺参数所决定 的函数，即：P=fh,q2,q3, ? ? ?，qn); 如果两个相同的器件之间的每个工艺参数都存在微小差别，则表征器件电特性的 参量P的误差。表达式为：对参量P有影响的工艺参数，…可以有：器件的发射极发射效率 变化〇 Aa2,Ic/Ib的放大倍数变化〇AIe;Ib2,其他包括发射极寄生电阻、发射极PN结电容、 基区寄生电阻、集电极PN结电容、early电压等变量变化。由于这些工艺参数的微小变化， 其产生的效应叠加总和最终会反映到双极型器件的监控电特性参数例如放大系数0、开启 电压VBE上。因此怎样在模型中寻找合适的参数以及各个参数之间的效应分担是首先要解 决的问题。 公式（1)中工艺参数的变化差异量= 1，2,3，...，《)在模型中表现为正向变异 传播和反向变异传播变量两种，利用业界普遍采用的GP(Gummel-Poon)模型，根据上述分 类对模型参数进行筛选。对正向变异传播，可以选择首先针对现有的工艺监控的器件电特 性参数，一般参照的监控电特性参数为双极型晶体管在固定电流和电压偏置条件下对应的 放大系数0，此外还有表征器件发射极的零偏结电容Cje差异分布等。 在考虑反向变异传播的时候，可以监控器件在导通电压Vbe扫描条件下(基极、集 电极接地、发射极加固定电压)对应的集电极电流分布斜率NF，器件在大注入条件下的电流 分布情况IKF，发射极寄生电阻的分布情况RE作为参照项，在模型公式中这些参数既有物 理意义又能在公式中体现出器件特性的变化。 1)根据Gummel-Poon模型中的理想电流公式：【主权项】1. 一种，其特征在于：包含如下步骤： 第一步，收集生产线上量产的产品工艺监控得到的四种Vbe偏置电压下的I。电流值，对 每组Vbe偏置电压下的Ic电流值进行统计做正态分布，并统计3个I c标准方差分布数值； 第二步，根据上述的统计的结果，对Gummel Poon模型中的参数采用如下的公式进行修 正： Isstat = Is+Isa*agauss (0, 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极型晶体管的参数提取方法，其特征在于：包含如下步骤：第一步，收集生产线上量产的产品工艺监控得到的四种VBE偏置电压下的IC电流值，对每组VBE偏置电压下的IC电流值进行统计做正态分布，并统计3个IC标准方差分布数值；第二步，根据上述的统计的结果，对Gummel Poon模型中的参数采用如下的公式进行修正：Isstat＝Is+Isa*agauss(0,1,3)；BFstat＝BF+BFa*agauss(0,1,3)；IKFstat＝IKF+Isa*agauss(0,1,3)‑IKFa*agauss(0,1,3)；RBstat＝RB+Isa*agauss(0,1,3)‑RBa*aguass(0,1,3)；RBMstat＝RBM+Isa*agauss(0,1,3)‑RBMa*aguass(0,1,3)；公式中Is是饱和电流传输系数，Isa等于ΔIc的3个标准方差分布数值，agauss(0,1,3)是SPICE的内建函数，在仿真时SPICE会根据agauss定义的范围随机从中取数，其括号中（0，1，3）的“0”表示分部函数的中心值在0，括号第2项的“1”表示正态统计分布函数曲线从中心值0到左右两边的最大σ幅值为1，括号中第3项的“3”表示为统计分布函数的sigma数为1σ；BF由IC与基极电流Ib相除得到，作为放大系数β的方差分布修正，BFa为agauss分布函数的修正系数，等于小电流条件下放大系数β的3个方差分布的归一化值；RB、RBM为常数；RBa、RBMa为agauss函数的修正系数，其值的提取方法是：利用正向变异传播得到Is、BF的agauss函数修正系数，先假设RBa、RBMa两个修正项为0，利用计算机对已修正过的模型进行1000次以上的重复仿真，仿真方法为给器件添加同在线监控时相同的4组Vbe条件然后仿真输出Ic和β数值，在HSPICE内建函数agauss函数的作用下，每组Vbe条件模型仿真会得到1000多个Ic和β结果，将仿真得到的Ic和β的差异性结果做成正态分布，将仿真得到的正态分布同实测监控得到的Ic和β正态分布进行比对，通过调整RBa、RBMa两个修正系数使得仿真正态分布同实测分布完全一致，这样就得到了RBa、RBMa的最终数值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王正楠，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31