專利名稱：雙極型晶體管的基區(qū)電阻的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量電阻的測量結(jié)構(gòu)和測量方法，更涉及一種測量雙極型晶體管
基區(qū)電阻的測量方法。
背景技術(shù)：
圖1所示為已知的提取基區(qū)本征電阻和基區(qū)非本征電阻的基本結(jié)構(gòu)；包括發(fā)射區(qū)
E、基區(qū)B。發(fā)射區(qū)E邊緣到基區(qū)B的金屬引出之間的電阻定義為連接電阻。 基區(qū)B的電阻包括本征電阻和非本征電阻，其中基區(qū)B的非本征電阻包括接觸電
阻(contact resistance)禾口連接電阻Rlink(link resistance)兩部分。圖1所示的結(jié)構(gòu)
只能提取基區(qū)本征電阻Rsh和非本征電阻RX，但是不能準(zhǔn)確的提取連接電阻Rlink。隨著制
造工藝的不斷提高，雙極型晶體管的特征尺寸不斷減小，連接電阻起到越來越重要的作用，
使用已知的測量方法無法精確地提取非本征電阻中的連接電阻Rlink和接觸電阻Rcx。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種測量雙極型晶體管基區(qū)電阻的測量結(jié)構(gòu)和測量方法，能夠解決上 述問題。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種雙極型晶體管的基區(qū)電阻的測量結(jié)構(gòu)和測量 方法，該雙極型晶體管的基區(qū)具有四個金屬引出，對稱分布在發(fā)射區(qū)兩側(cè)，其特征是，該測 量方法包括以下步驟 a.設(shè)計(jì)多個雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)，固定其他尺寸，僅改變發(fā)射區(qū)寬度b，；
b.分別將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射極零偏置，集電極也零偏置，基區(qū)的四個金屬引出 用測試Kelvin電阻的方式連接，基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射區(qū)的兩個對稱金屬引出上加小的激勵電流 I ，測量最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間的壓降Vbb ; c.根據(jù)公式AVbb/I = RsWAb/L+Rlink擬合出相應(yīng)的曲線，該曲線橫坐標(biāo)為 Ab/L，縱坐標(biāo)為AVbb/I，其中AVbb為，對兩個具有不同發(fā)射區(qū)寬度的晶體管，在基區(qū)遠(yuǎn) 離發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出上加激勵電流I，在靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間測得的壓降 之差，A b為發(fā)射區(qū)寬度b之差，L為發(fā)射區(qū)的有效長度，該曲線的斜率為基區(qū)的本征方塊電 阻Rsh，該曲線的截距為基區(qū)的連接電阻Rlink; d.分別將步驟a中的每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)零偏置，集電極零偏置，在最靠近發(fā) 射區(qū)的兩個金屬引出上分別加電壓Vbe+AV、Vbe-AV， Vce = O，測量流經(jīng)基區(qū)的電流I ;
e.根據(jù)公式2AV/AI = Rsh* A b/L+Rx擬合出相應(yīng)的曲線，曲線的截距為基區(qū)的 非本征電阻Rx。 f.根據(jù)公式Rx = Rlink+Rcx，得到基區(qū)的接觸電阻Rcx。 更進(jìn)一步的，通過改變基區(qū)上所加的電壓Vbe，并重復(fù)步驟a f，可以得到電壓 Vbe的改變對基區(qū)的本征方塊電阻Rsh的影響。 本發(fā)明還提出一種雙極型晶體管的基區(qū)電阻的測量方法，該雙極型晶體管的基區(qū)具有四個金屬引出，對稱分布在發(fā)射區(qū)兩側(cè)，其特征是，該測量方法包括以下步驟 a.固定其他尺寸，僅改變發(fā)射區(qū)的有效長度L，設(shè)計(jì)多個雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)； b.分別將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射極零偏置，集電極也零偏。 基區(qū)的四個金屬引出用測試Kelvin電阻的方式連接，基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射區(qū)的兩個對 稱金屬引出上加小的激勵電流I，測量最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間的壓降Vbb ;
c.根據(jù)公式AVbb/I = Rsh樸/AL+Rlink擬合出相應(yīng)的曲線，該曲線橫坐標(biāo)為b/ AL，縱坐標(biāo)為AVbb/I，其中AVbb為，對兩個具有不同發(fā)射區(qū)長度的晶體管，在基區(qū)遠(yuǎn)離 發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出上加激勵電流I，測量靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間的電壓降之 差，b為發(fā)射區(qū)的寬度，AL為兩個晶體管的發(fā)射區(qū)的有效長度之差，該曲線的斜率為基區(qū) 的本征方塊電阻Rsh，該曲線的截距為基區(qū)的連接電阻Rlink ; d.分別將步驟a中的每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)零偏置，集電區(qū)也零偏置，在最靠近 發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出B2和B4上分別加電壓Vbe+AV、Vbe-AV，測量流經(jīng)基區(qū)的電流I ;
e.根據(jù)公式2AV/AI = Rsh*b/A L+Rx擬合出相應(yīng)的曲線，曲線的截距為基區(qū)的 非本征電阻Rx。 f.根據(jù)公式Rx = Rlink+Rcx，得到基區(qū)的接觸電阻Rcx。 更進(jìn)一步的，通過改變基區(qū)上所加的電壓Vbe，并重復(fù)步驟a f，可以得到電壓 Vbe的改變對基區(qū)的本征方塊電阻Rsh的影響。 本發(fā)明可以準(zhǔn)確地測量和計(jì)算出雙極型晶體管基區(qū)的連接電阻Rlink與接觸電 阻Rcx;另外，本發(fā)明將雙極型晶體管置于工作狀態(tài)下，所得到的電阻均為雙極型晶體管工 作狀態(tài)下的數(shù)值，達(dá)到了監(jiān)控工作狀態(tài)的雙極型晶體管基區(qū)的電阻的效果。


圖1所示為已知的提取本征基區(qū)電阻和非本征基區(qū)電阻的基本結(jié)構(gòu)； 圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中雙極型晶體管的基區(qū)電阻測量結(jié)構(gòu)基區(qū)和發(fā)射
區(qū)的俯視圖； 圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中的電阻測量結(jié)構(gòu)的剖面圖； 圖4所示為根據(jù)步驟a c測量和計(jì)算得到的數(shù)據(jù)所擬合出的曲線； 圖5所示為根據(jù)步驟d e測量和計(jì)算得到的數(shù)據(jù)所擬合出的曲線。
具體實(shí)施例方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。
圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例中雙極型晶體管的基區(qū)電阻測量結(jié)構(gòu)基區(qū)和發(fā)射區(qū)的 俯視圖；圖3所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中的電阻測量結(jié)構(gòu)的剖面圖。 請結(jié)合參考圖2和圖3，這里所述的測量結(jié)構(gòu)即為雙極型晶體管，包括發(fā)射區(qū)E、基 區(qū)B和集電區(qū)C，四個金屬引出Bl B4自基區(qū)B上引出，對稱分布在發(fā)射區(qū)E的兩側(cè)。
發(fā)射區(qū)E的寬度為b，有效長度L為圖2所示。發(fā)射區(qū)E邊緣與距離其最近的基區(qū) B的金屬引出B2和B4的邊緣之間的距離為c。發(fā)射區(qū)E邊緣與距離其最近的基區(qū)B的金 屬引出B2和B4的邊緣之間形成連接電阻Rlink。 本實(shí)施例揭露的測量方法中，需要設(shè)計(jì)多個具有不同發(fā)射區(qū)E的寬度的雙極型晶
4體管，分別進(jìn)行測量。 首先，測量連接電阻。 步驟a : 設(shè)計(jì)多個僅發(fā)射區(qū)E的寬度b不同的雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)。其中由于發(fā)射區(qū)E 寬度b的改變，基區(qū)B的寬度也隨之改變。發(fā)射區(qū)E邊緣與距離其最近的基區(qū)B的金屬引 出B2和B4的邊緣之間的距離c保持不變，目的是保持基區(qū)B的連接電阻Rlink不變。
例如，兩個雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)E的寬度分別為bl、b2，發(fā)射區(qū)E的有效長度為 L(只有這部分發(fā)射區(qū)起到導(dǎo)電的作用)。
步驟b : 將每個測量結(jié)構(gòu)發(fā)射區(qū)零偏置、基區(qū)B上加電壓Vbe正偏置，集電極C上的偏壓保 持Vce = O，基區(qū)B的四個金屬引出用測試Kelvin電阻的方式進(jìn)行連接。在基區(qū)B的四個金 屬引出中，離發(fā)射區(qū)較遠(yuǎn)的兩個相對稱的金屬引出B1和B3加一個小的激勵電流，測量基區(qū) B離發(fā)射區(qū)最近的另外兩個相對稱的金屬引出B2和B4之間的壓降Vbb。激勵電流(forced current)不要太大，以確保發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，流經(jīng)發(fā)射結(jié)的電流和激勵電流相比可以忽略不 計(jì)。 基區(qū)B上的激勵電流值為I，不同雙極型晶體管基區(qū)B上的壓降Vbbl、 Vbb2能夠
被測量到。
步驟c : 可以認(rèn)為造成基區(qū)B上的壓降Vbbl和Vbb2不同的原因在于雙極型晶體管的發(fā)射 區(qū)寬度b的改變。發(fā)射區(qū)寬度與基區(qū)寬度同時(shí)改變，發(fā)射區(qū)E邊緣與距離其最近的基區(qū)B 的金屬引出B2和B4的邊緣之間的距離c不變，因此基區(qū)的連接電阻不變。同時(shí)，由于采用 Kelvin方式測量電阻，消除了接觸電阻引入的影響，可以用公式(1)擬合出基區(qū)B的電阻
AR = AVbb/I = Rsh* Ab/L+Rlink (1) 其中，Rlink為基區(qū)B的連接電阻，Rsh為基區(qū)B的本征方塊電阻。 由公式(1)，可以擬合出如圖4實(shí)線所示的曲線，圖4的坐標(biāo)圖中，橫坐標(biāo)為Ab/
L，縱坐標(biāo)為計(jì)算得到的具有不同發(fā)射區(qū)寬度的晶體管的基區(qū)電阻之差，則基區(qū)B的本征方
塊電阻Rsh為該曲線的斜率，而連接電阻Rlink則為該曲線的截距。 改變基區(qū)B的發(fā)射結(jié)電壓Vbe，也可以得到基區(qū)B的偏壓Vbe與集電區(qū)C的本征方 塊電阻相關(guān)的曲線。從圖4中可以看出，在不同的輸入電壓Vbe下，曲線的斜率不同，也就 是說，當(dāng)雙極型晶體管在不同的工作狀態(tài)時(shí)，其基區(qū)B的本征方塊電阻Rsh其實(shí)是不同的。
截止到目前的步驟，本測量方法已經(jīng)測量出基區(qū)B的方塊電阻Rsh和連接電阻 Rlink。 接下來，測量接觸電阻Rcx。 步驟d :分別在步驟a中每個測量結(jié)構(gòu)離發(fā)射區(qū)最近的兩個金屬引出B2和B4上， 分別加Vbe+ A V、 Vbe- A V的偏壓，發(fā)射區(qū)E零偏，集電區(qū)C零偏。Vbe不要太大，確保流經(jīng) 發(fā)射結(jié)的電流與流經(jīng)基區(qū)的兩個金屬引出B2和B4之間的電流相比可以忽略。測量流經(jīng)基 區(qū)B的電流I。 例如，兩個雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)E的寬度分別為bl和b2，長度為L，基區(qū)的兩個 金屬引出B2和B4上電壓差為2 A V，不同雙極型晶體管基區(qū)B流經(jīng)的電流II、 12能夠被測量到。
步驟e : 可以認(rèn)為造成基區(qū)B流經(jīng)的電流I1、I2不同的原因在于雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)的 寬度b的變化所引起的基區(qū)B的寬度的改變。因此基區(qū)的電阻可以由公式(2)描述
AR = 2 AV/| IH2| = Rsh*|b2_bl l/L+Rx = Rsh* Ab/L+Rx (2)
其中，Rx為基區(qū)B的非本征電阻，Rsh為基區(qū)B的本征方塊電阻。
由公式(2)和測量得到的數(shù)值，可以擬合出如圖4虛線所繪示的曲線，圖4的坐 標(biāo)圖中，橫坐標(biāo)為Ab/L，縱坐標(biāo)為計(jì)算得到的具有不同發(fā)射區(qū)寬度的晶體管的基區(qū)電阻之 差，則基區(qū)B的本征方塊電阻Rsh為該曲線的斜率，而非本征電阻Rx則為該曲線的截距。
由于非本征電阻Rx二Rlink+Rcx，其中Rcx為接觸電阻，所以應(yīng)用本實(shí)施例所揭示 的測量結(jié)構(gòu)和測量方法，可以提取出本征方塊電阻Rsh，連接電阻Rlink和接觸電阻Rcx。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，也可以通過利用多個具有相同發(fā)射區(qū)寬度b和不同發(fā)射 區(qū)有效長度L的測量結(jié)構(gòu)，發(fā)射區(qū)有效長度L改變，基區(qū)尺寸也相應(yīng)改變，因而基區(qū)電阻也 改變。通過上述方法提取出本征方塊電阻Rsh，連接電阻Rlink和接觸電阻Rcx。除了測量 結(jié)構(gòu)的尺寸不同，另一實(shí)施例中的加壓方式以及測量的數(shù)據(jù)類型均與本發(fā)明較佳實(shí)施例相 同。 相應(yīng)地，在本發(fā)明另 一 實(shí)施例中根據(jù)公式 AR= (Vbb2-Vbbl)/I = AVbb/I = Rsh*b/A L+Rlink (3) 擬合出如圖5實(shí)線所示的曲線，其中橫坐標(biāo)為b/AL，縱坐標(biāo)為計(jì)算得到的具有不
同發(fā)射區(qū)長度的晶體管的基區(qū)電阻之差。根據(jù)該曲線得到本征方塊電阻Rsh(曲線的斜率)
和連接電阻Rlink(曲線的截距)。 同時(shí)，可以根據(jù)公式 A R = 2 A V/ (11-12) = 2 A V/ A I = Rsh*b/ A L+Rx (4) 擬合出如圖5中虛線所繪示的曲線，根據(jù)該曲線得到非本征方塊電阻Rx(曲線的 截距)。 并根據(jù)非本征電阻Rx = Rlink+Rcx，計(jì)算得到接觸電阻Rcx。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種雙極型晶體管的基區(qū)電阻的測量方法，該雙極型晶體管的基區(qū)具有四個金屬引出，對稱分布在發(fā)射區(qū)兩側(cè)，其特征是，該測量方法包括以下步驟a.設(shè)計(jì)多個雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)，固定其他尺寸，僅改變發(fā)射區(qū)寬度b，；b.分別將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射極零偏置，集電極也零偏置，基區(qū)的四個金屬引出用測試Kelvin電阻的方式連接，基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射區(qū)的兩個對稱金屬引出上加小的激勵電流I，測量最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間的壓降Vbb；c.根據(jù)公式ΔVbb/I＝Rsh*Δb/L+Rlink擬合出相應(yīng)的曲線，該曲線橫坐標(biāo)為Δb/L，縱坐標(biāo)為ΔVbb/I，其中ΔVbb為，對兩個具有不同發(fā)射區(qū)寬度的晶體管，在基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出上同時(shí)加激勵電流I，在靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間測得的壓降之差，Δb為不同發(fā)射區(qū)寬度b之差，L為發(fā)射區(qū)的有效長度，該曲線的斜率為基區(qū)的本征方塊電阻Rsh，該曲線的截距為基區(qū)的連接電阻Rlink；d.分別將步驟a中的每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)、集電區(qū)零偏置，在最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出上分別加電壓Vbe+ΔV、Vbe-ΔV，Vce＝0，測量流經(jīng)基區(qū)的電流I；e.根據(jù)公式2ΔV/ΔI＝Rsh＊Δb/L+Rx擬合出相應(yīng)的曲線，曲線的截距為基區(qū)的非本征電阻Rx。f.根據(jù)公式Rx＝Rlink+Rcx，得到基區(qū)的接觸電阻Rcx。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征是，通過改變基區(qū)上所加的電壓Vbe，并重 復(fù)步驟a f ，可以得到電壓Vbe的改變對基區(qū)的本征方塊電阻Rsh的影響。
3. —種雙極型晶體管的基區(qū)電阻的測量方法，該雙極型晶體管的基區(qū)具有四個金屬引 出，對稱分布在發(fā)射區(qū)兩側(cè)，其特征是，該測量方法包括以下步驟a. 固定其他尺寸，僅改變發(fā)射區(qū)的有效長度L，設(shè)計(jì)多個雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)；b. 分別將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射極零偏置，集電極也零偏，基區(qū)的四個金屬引出用測試Kelvin電阻的方式連接，基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射區(qū)的兩個對稱金 屬引出上加小的激勵電流I，測量最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間的壓降Vbb ;c. 根據(jù)公式AVbb/I 二Rsh樸/AL+Rlink擬合出相應(yīng)的曲線，該曲線橫坐標(biāo)為b/AL， 縱坐標(biāo)為AVbb/I，其中AVbb為，對兩個具有不同發(fā)射區(qū)長度的晶體管，在基區(qū)遠(yuǎn)離發(fā)射 區(qū)的兩個金屬引出上同時(shí)加激勵電流I，在靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出之間測得的壓降之 差，b為發(fā)射區(qū)的寬度，AL為兩個具有不同發(fā)射區(qū)的有效長度的晶體管的發(fā)射區(qū)有效長度 之差，該曲線的斜率為基區(qū)的本征方塊電阻Rsh，該曲線的截距為基區(qū)的連接電阻Rlink;d. 分別將步驟a中的每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)零偏置，集電區(qū)也零偏置，在最靠近發(fā)射 區(qū)的基區(qū)的兩個金屬引出B2和B4上分別加電壓Vbe+ A V、 Vbe_ A V，測量流經(jīng)基區(qū)的電流 I ;e. 根據(jù)公式2AV/AI = Rsh * b/A L+Rx擬合出相應(yīng)的曲線，曲線的截距為基區(qū)的非 本征電阻Rx。f. 根據(jù)公式Rx = Rlink+Rcx，得到基區(qū)的接觸電阻Rcx。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征是，通過改變基區(qū)上所加的電壓Vbe，并重 復(fù)步驟a f，可以得到電壓Vbe的改變對基區(qū)的本征方塊電阻Rsh的影響。
全文摘要
本發(fā)明提出一種雙極型晶體管基區(qū)電阻的測量結(jié)構(gòu)和方法，包括設(shè)計(jì)多個不同發(fā)射區(qū)寬度b的雙極型晶體管測量結(jié)構(gòu)；測量時(shí)，將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射極、集電極零偏置，基區(qū)的四個金屬引出用測試Kelvin電阻的方式連接，加激勵電流I，測電壓降Vbb；根據(jù)公式ΔVbb/I＝Rsh*Δb/L+Rlink，以ΔVbb/I為縱坐標(biāo)、Δb/L為橫坐標(biāo)擬合曲線，L為發(fā)射區(qū)的有效長度，曲線斜率為基區(qū)的本征方塊電阻Rsh，截距為基區(qū)的連接電阻Rlink；將每個測量結(jié)構(gòu)的發(fā)射區(qū)、集電區(qū)零偏置，在最靠近發(fā)射區(qū)的兩個金屬引出上分別加電壓Vbe+ΔV、Vbe-ΔV，測量流經(jīng)基區(qū)的電流I；根據(jù)公式2ΔV/ΔI＝Rsh＊Δb/L+Rx擬合曲線，截距為基區(qū)的非本征電阻Rx?；鶇^(qū)接觸電阻為Rx-Rlink。
文檔編號G01R27/08GK101696992SQ20091019781
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者王兵冰, 許丹 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司;