专利名称：双极型晶体管的基区电阻的测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量电阻的测量结构和测量方法，更涉及一种测量双极型晶体管
基区电阻的测量方法。
背景技术：
图1所示为已知的提取基区本征电阻和基区非本征电阻的基本结构；包括发射区
E、基区B。发射区E边缘到基区B的金属引出之间的电阻定义为连接电阻。 基区B的电阻包括本征电阻和非本征电阻，其中基区B的非本征电阻包括接触电
阻(contact resistance)禾口连接电阻Rlink(link resistance)两部分。图1所示的结构
只能提取基区本征电阻Rsh和非本征电阻RX，但是不能准确的提取连接电阻Rlink。随着制
造工艺的不断提高，双极型晶体管的特征尺寸不断减小，连接电阻起到越来越重要的作用，
使用已知的测量方法无法精确地提取非本征电阻中的连接电阻Rlink和接触电阻Rcx。
发明内容
本发明提出一种测量双极型晶体管基区电阻的测量结构和测量方法，能够解决上 述问题。 为了达到上述目的，本发明提出一种双极型晶体管的基区电阻的测量结构和测量 方法，该双极型晶体管的基区具有四个金属引出，对称分布在发射区两侧，其特征是，该测 量方法包括以下步骤 a.设计多个双极型晶体管测量结构，固定其他尺寸，仅改变发射区宽度b，；
b.分别将每个测量结构的发射极零偏置，集电极也零偏置，基区的四个金属引出 用测试Kelvin电阻的方式连接，基区远离发射区的两个对称金属引出上加小的激励电流 I ，测量最靠近发射区的两个金属引出之间的压降Vbb ; c.根据公式AVbb/I = RsWAb/L+Rlink拟合出相应的曲线，该曲线横坐标为 Ab/L，纵坐标为AVbb/I，其中AVbb为，对两个具有不同发射区宽度的晶体管，在基区远 离发射区的两个金属引出上加激励电流I，在靠近发射区的两个金属引出之间测得的压降 之差，A b为发射区宽度b之差，L为发射区的有效长度，该曲线的斜率为基区的本征方块电 阻Rsh，该曲线的截距为基区的连接电阻Rlink; d.分别将步骤a中的每个测量结构的发射区零偏置，集电极零偏置，在最靠近发 射区的两个金属引出上分别加电压Vbe+AV、Vbe-AV， Vce = O，测量流经基区的电流I ;
e.根据公式2AV/AI = Rsh* A b/L+Rx拟合出相应的曲线，曲线的截距为基区的 非本征电阻Rx。 f.根据公式Rx = Rlink+Rcx，得到基区的接触电阻Rcx。 更进一步的，通过改变基区上所加的电压Vbe，并重复步骤a f，可以得到电压 Vbe的改变对基区的本征方块电阻Rsh的影响。 本发明还提出一种双极型晶体管的基区电阻的测量方法，该双极型晶体管的基区具有四个金属引出，对称分布在发射区两侧，其特征是，该测量方法包括以下步骤 a.固定其他尺寸，仅改变发射区的有效长度L，设计多个双极型晶体管测量结构； b.分别将每个测量结构的发射极零偏置，集电极也零偏。 基区的四个金属引出用测试Kelvin电阻的方式连接，基区远离发射区的两个对 称金属引出上加小的激励电流I，测量最靠近发射区的两个金属引出之间的压降Vbb ;
c.根据公式AVbb/I = Rsh朴/AL+Rlink拟合出相应的曲线，该曲线横坐标为b/ AL，纵坐标为AVbb/I，其中AVbb为，对两个具有不同发射区长度的晶体管，在基区远离 发射区的两个金属引出上加激励电流I，测量靠近发射区的两个金属引出之间的电压降之 差，b为发射区的宽度，AL为两个晶体管的发射区的有效长度之差，该曲线的斜率为基区 的本征方块电阻Rsh，该曲线的截距为基区的连接电阻Rlink ; d.分别将步骤a中的每个测量结构的发射区零偏置，集电区也零偏置，在最靠近 发射区的两个金属引出B2和B4上分别加电压Vbe+AV、Vbe-AV，测量流经基区的电流I ;
e.根据公式2AV/AI = Rsh*b/A L+Rx拟合出相应的曲线，曲线的截距为基区的 非本征电阻Rx。 f.根据公式Rx = Rlink+Rcx，得到基区的接触电阻Rcx。 更进一步的，通过改变基区上所加的电压Vbe，并重复步骤a f，可以得到电压 Vbe的改变对基区的本征方块电阻Rsh的影响。 本发明可以准确地测量和计算出双极型晶体管基区的连接电阻Rlink与接触电 阻Rcx;另外，本发明将双极型晶体管置于工作状态下，所得到的电阻均为双极型晶体管工 作状态下的数值，达到了监控工作状态的双极型晶体管基区的电阻的效果。
图1所示为已知的提取本征基区电阻和非本征基区电阻的基本结构； 图2所示为本发明较佳实施例中双极型晶体管的基区电阻测量结构基区和发射
区的俯视图； 图3所示为本发明较佳实施例中的电阻测量结构的剖面图； 图4所示为根据步骤a c测量和计算得到的数据所拟合出的曲线； 图5所示为根据步骤d e测量和计算得到的数据所拟合出的曲线。
具体实施例方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
图2为本发明较佳实施例中双极型晶体管的基区电阻测量结构基区和发射区的 俯视图；图3所示为本发明较佳实施例中的电阻测量结构的剖面图。 请结合参考图2和图3，这里所述的测量结构即为双极型晶体管，包括发射区E、基 区B和集电区C，四个金属引出Bl B4自基区B上引出，对称分布在发射区E的两侧。
发射区E的宽度为b，有效长度L为图2所示。发射区E边缘与距离其最近的基区 B的金属引出B2和B4的边缘之间的距离为c。发射区E边缘与距离其最近的基区B的金 属引出B2和B4的边缘之间形成连接电阻Rlink。 本实施例揭露的测量方法中，需要设计多个具有不同发射区E的宽度的双极型晶
4体管，分别进行测量。 首先，测量连接电阻。 步骤a : 设计多个仅发射区E的宽度b不同的双极型晶体管测量结构。其中由于发射区E 宽度b的改变，基区B的宽度也随之改变。发射区E边缘与距离其最近的基区B的金属引 出B2和B4的边缘之间的距离c保持不变，目的是保持基区B的连接电阻Rlink不变。
例如，两个双极型晶体管的发射区E的宽度分别为bl、b2，发射区E的有效长度为 L(只有这部分发射区起到导电的作用)。
步骤b : 将每个测量结构发射区零偏置、基区B上加电压Vbe正偏置，集电极C上的偏压保 持Vce = O，基区B的四个金属引出用测试Kelvin电阻的方式进行连接。在基区B的四个金 属引出中，离发射区较远的两个相对称的金属引出B1和B3加一个小的激励电流，测量基区 B离发射区最近的另外两个相对称的金属引出B2和B4之间的压降Vbb。激励电流(forced current)不要太大，以确保发射结正偏时，流经发射结的电流和激励电流相比可以忽略不 计。 基区B上的激励电流值为I，不同双极型晶体管基区B上的压降Vbbl、 Vbb2能够
被测量到。
步骤c : 可以认为造成基区B上的压降Vbbl和Vbb2不同的原因在于双极型晶体管的发射 区宽度b的改变。发射区宽度与基区宽度同时改变，发射区E边缘与距离其最近的基区B 的金属引出B2和B4的边缘之间的距离c不变，因此基区的连接电阻不变。同时，由于采用 Kelvin方式测量电阻，消除了接触电阻引入的影响，可以用公式(1)拟合出基区B的电阻
AR = AVbb/I = Rsh* Ab/L+Rlink (1) 其中，Rlink为基区B的连接电阻，Rsh为基区B的本征方块电阻。 由公式(1)，可以拟合出如图4实线所示的曲线，图4的坐标图中，横坐标为Ab/
L，纵坐标为计算得到的具有不同发射区宽度的晶体管的基区电阻之差，则基区B的本征方
块电阻Rsh为该曲线的斜率，而连接电阻Rlink则为该曲线的截距。 改变基区B的发射结电压Vbe，也可以得到基区B的偏压Vbe与集电区C的本征方 块电阻相关的曲线。从图4中可以看出，在不同的输入电压Vbe下，曲线的斜率不同，也就 是说，当双极型晶体管在不同的工作状态时，其基区B的本征方块电阻Rsh其实是不同的。
截止到目前的步骤，本测量方法已经测量出基区B的方块电阻Rsh和连接电阻 Rlink。 接下来，测量接触电阻Rcx。 步骤d :分别在步骤a中每个测量结构离发射区最近的两个金属引出B2和B4上， 分别加Vbe+ A V、 Vbe- A V的偏压，发射区E零偏，集电区C零偏。Vbe不要太大，确保流经 发射结的电流与流经基区的两个金属引出B2和B4之间的电流相比可以忽略。测量流经基 区B的电流I。 例如，两个双极型晶体管的发射区E的宽度分别为bl和b2，长度为L，基区的两个 金属引出B2和B4上电压差为2 A V，不同双极型晶体管基区B流经的电流II、 12能够被测量到。
步骤e : 可以认为造成基区B流经的电流I1、I2不同的原因在于双极型晶体管的发射区的 宽度b的变化所引起的基区B的宽度的改变。因此基区的电阻可以由公式(2)描述
AR = 2 AV/| IH2| = Rsh*|b2_bl l/L+Rx = Rsh* Ab/L+Rx (2)
其中，Rx为基区B的非本征电阻，Rsh为基区B的本征方块电阻。
由公式(2)和测量得到的数值，可以拟合出如图4虚线所绘示的曲线，图4的坐 标图中，横坐标为Ab/L，纵坐标为计算得到的具有不同发射区宽度的晶体管的基区电阻之 差，则基区B的本征方块电阻Rsh为该曲线的斜率，而非本征电阻Rx则为该曲线的截距。
由于非本征电阻Rx二Rlink+Rcx，其中Rcx为接触电阻，所以应用本实施例所揭示 的测量结构和测量方法，可以提取出本征方块电阻Rsh，连接电阻Rlink和接触电阻Rcx。
在本发明另一实施例中，也可以通过利用多个具有相同发射区宽度b和不同发射 区有效长度L的测量结构，发射区有效长度L改变，基区尺寸也相应改变，因而基区电阻也 改变。通过上述方法提取出本征方块电阻Rsh，连接电阻Rlink和接触电阻Rcx。除了测量 结构的尺寸不同，另一实施例中的加压方式以及测量的数据类型均与本发明较佳实施例相 同。 相应地，在本发明另 一 实施例中根据公式 AR= (Vbb2-Vbbl)/I = AVbb/I = Rsh*b/A L+Rlink (3) 拟合出如图5实线所示的曲线，其中横坐标为b/AL，纵坐标为计算得到的具有不
同发射区长度的晶体管的基区电阻之差。根据该曲线得到本征方块电阻Rsh(曲线的斜率)
和连接电阻Rlink(曲线的截距)。 同时，可以根据公式 A R = 2 A V/ (11-12) = 2 A V/ A I = Rsh*b/ A L+Rx (4) 拟合出如图5中虚线所绘示的曲线，根据该曲线得到非本征方块电阻Rx(曲线的 截距)。 并根据非本征电阻Rx = Rlink+Rcx，计算得到接触电阻Rcx。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种双极型晶体管的基区电阻的测量方法，该双极型晶体管的基区具有四个金属引出，对称分布在发射区两侧，其特征是，该测量方法包括以下步骤a.设计多个双极型晶体管测量结构，固定其他尺寸，仅改变发射区宽度b，；b.分别将每个测量结构的发射极零偏置，集电极也零偏置，基区的四个金属引出用测试Kelvin电阻的方式连接，基区远离发射区的两个对称金属引出上加小的激励电流I，测量最靠近发射区的两个金属引出之间的压降Vbb；c.根据公式ΔVbb/I＝Rsh*Δb/L+Rlink拟合出相应的曲线，该曲线横坐标为Δb/L，纵坐标为ΔVbb/I，其中ΔVbb为，对两个具有不同发射区宽度的晶体管，在基区远离发射区的两个金属引出上同时加激励电流I，在靠近发射区的两个金属引出之间测得的压降之差，Δb为不同发射区宽度b之差，L为发射区的有效长度，该曲线的斜率为基区的本征方块电阻Rsh，该曲线的截距为基区的连接电阻Rlink；d.分别将步骤a中的每个测量结构的发射区、集电区零偏置，在最靠近发射区的两个金属引出上分别加电压Vbe+ΔV、Vbe-ΔV，Vce＝0，测量流经基区的电流I；e.根据公式2ΔV/ΔI＝Rsh＊Δb/L+Rx拟合出相应的曲线，曲线的截距为基区的非本征电阻Rx。f.根据公式Rx＝Rlink+Rcx，得到基区的接触电阻Rcx。
2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征是，通过改变基区上所加的电压Vbe，并重 复步骤a f ，可以得到电压Vbe的改变对基区的本征方块电阻Rsh的影响。
3. —种双极型晶体管的基区电阻的测量方法，该双极型晶体管的基区具有四个金属引 出，对称分布在发射区两侧，其特征是，该测量方法包括以下步骤a. 固定其他尺寸，仅改变发射区的有效长度L，设计多个双极型晶体管测量结构；b. 分别将每个测量结构的发射极零偏置，集电极也零偏，基区的四个金属引出用测试Kelvin电阻的方式连接，基区远离发射区的两个对称金 属引出上加小的激励电流I，测量最靠近发射区的两个金属引出之间的压降Vbb ;c. 根据公式AVbb/I 二Rsh朴/AL+Rlink拟合出相应的曲线，该曲线横坐标为b/AL， 纵坐标为AVbb/I，其中AVbb为，对两个具有不同发射区长度的晶体管，在基区远离发射 区的两个金属引出上同时加激励电流I，在靠近发射区的两个金属引出之间测得的压降之 差，b为发射区的宽度，AL为两个具有不同发射区的有效长度的晶体管的发射区有效长度 之差，该曲线的斜率为基区的本征方块电阻Rsh，该曲线的截距为基区的连接电阻Rlink;d. 分别将步骤a中的每个测量结构的发射区零偏置，集电区也零偏置，在最靠近发射 区的基区的两个金属引出B2和B4上分别加电压Vbe+ A V、 Vbe_ A V，测量流经基区的电流 I ;e. 根据公式2AV/AI = Rsh * b/A L+Rx拟合出相应的曲线，曲线的截距为基区的非 本征电阻Rx。f. 根据公式Rx = Rlink+Rcx，得到基区的接触电阻Rcx。
4. 根据权利要求3所述的测量方法，其特征是，通过改变基区上所加的电压Vbe，并重 复步骤a f，可以得到电压Vbe的改变对基区的本征方块电阻Rsh的影响。
全文摘要
本发明提出一种双极型晶体管基区电阻的测量结构和方法，包括设计多个不同发射区宽度b的双极型晶体管测量结构；测量时，将每个测量结构的发射极、集电极零偏置，基区的四个金属引出用测试Kelvin电阻的方式连接，加激励电流I，测电压降Vbb；根据公式ΔVbb/I＝Rsh*Δb/L+Rlink，以ΔVbb/I为纵坐标、Δb/L为横坐标拟合曲线，L为发射区的有效长度，曲线斜率为基区的本征方块电阻Rsh，截距为基区的连接电阻Rlink；将每个测量结构的发射区、集电区零偏置，在最靠近发射区的两个金属引出上分别加电压Vbe+ΔV、Vbe-ΔV，测量流经基区的电流I；根据公式2ΔV/ΔI＝Rsh＊Δb/L+Rx拟合曲线，截距为基区的非本征电阻Rx。基区接触电阻为Rx-Rlink。
文档编号G01R27/08GK101696992SQ20091019781
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者王兵冰, 许丹 申请人:上海宏力半导体制造有限公司;