基于matlab編程的hbt電路芯片溫度分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT電路芯片的 溫度分析方法，可用于指導(dǎo)集成電路后端版圖設(shè)計(jì)。 技術(shù)背景
[0002] 隨著半導(dǎo)體制造工藝的飛速發(fā)展，集成電路單位面積中包含的器件越來越多，導(dǎo) 致芯片上的功率密度越來越高，芯片工作溫度不斷升高。異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT器件相 比CMOS硅器件，其工作電流更大，自熱效應(yīng)更為明顯。研宄表明，當(dāng)前所有芯片中器件的失 效有55%是溫度超過規(guī)定值引起的。
[0003] 在集成電路版圖設(shè)計(jì)過程中，為了避免版圖上出現(xiàn)熱點(diǎn)的集中，需要對(duì)芯片上的 溫度分布作出預(yù)測(cè)，以使芯片在工作時(shí)熱點(diǎn)分布能夠更加均勻，提高電路工作的可靠性。
[0004] 傳統(tǒng)溫度分析方法一般使用有限元分析軟件，如ANSYS、Comsol、Icepak等，使用 時(shí)先對(duì)分析對(duì)象進(jìn)行幾何建模，然后對(duì)發(fā)熱的部分施加熱載荷，再加上熱傳遞的邊界條件， 對(duì)建好的模型劃分網(wǎng)格，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，得到最終溫度分布。但對(duì)于芯片的熱分布分 析，由于芯片上的器件非常多，在當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟硬件條件下，用有限元分析軟件無法對(duì)大規(guī) 模電路作出溫度分析，影響電路工作時(shí)的可靠性。即便用來分析小規(guī)模電路，手工輸入功耗 信息也是極其耗時(shí)耗力的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于MATLAB編程的溫度分析方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模 電路進(jìn)行溫度分析，提高電路工作時(shí)的可靠性。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：
[0007] (1)利用廠商給定的工藝庫(kù)文件，獲取芯片上異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT電路所使 用的有源器件的信息；
[0008] (2)使用Comsol有限元分析軟件對(duì)步驟（1)中獲取的有源器件信息進(jìn)行幾何建 模，并對(duì)該幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；
[0009] (3)對(duì)步驟（2)中建立的幾何模型施加邊界條件，并對(duì)該幾何模型中有源器件的 主要發(fā)熱部分施加功耗，再用Comsol軟件對(duì)所有網(wǎng)格的格點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱求解，獲得器件表 層溫度隨距離變化的分布曲線，所述功耗是指工藝庫(kù)手冊(cè)查到的器件工作電壓與電流的 乘積；
[0010] ⑷將步驟⑶中得到的溫度分布的曲線導(dǎo)入MATLAB軟件，得到溫度分布曲線的 函數(shù)表達(dá)式T(Xi，Pi，Si)，其中Pi為被分析器件自身的功耗，si是該器件基區(qū)的面積，Xi是芯 片上某點(diǎn)到該基區(qū)中心點(diǎn)的距離；
[0011] (5)在電路仿真軟件ADS中打開需要分析的電路原理圖，對(duì)其進(jìn)行仿真，獲得各個(gè) 有源器件的功耗；
[0012] (6)在版圖設(shè)計(jì)軟件Cadence中打開需要分析電路原理圖所對(duì)應(yīng)的芯片版圖，將 步驟（5)獲得的各個(gè)功耗用文本Label圖層，標(biāo)在對(duì)應(yīng)的有源器件基區(qū)的中心位置；
[0013] (7)將步驟（6)中的版圖文件用gdsll格式文件進(jìn)行輸出；
[0014] (8)用格式轉(zhuǎn)換軟件LinkCAD打開（7)中得到的gdsll文件，保留有源器件的基區(qū) 和TEXT圖層，去掉其它無關(guān)圖層，再用DXF格式進(jìn)行輸出；
[0015] (9)使用MATLAB軟件自動(dòng)提取步驟⑶中DXF格式版圖文件有源器件的基區(qū)坐 標(biāo)，基區(qū)面積，中心點(diǎn)位置和功耗信息，并將該坐標(biāo)和功耗信息代入步驟（4)獲得的溫度分 布曲線函數(shù)表達(dá)式T(Xi，Pi，Si)中，計(jì)算各個(gè)有源器件的工作溫度，繪制出芯片的溫度分布 圖和等溫線分布圖。
[0016] 本發(fā)明與傳統(tǒng)有限元分析方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)本發(fā)明通過自動(dòng)提取DXF版圖文件中的器件坐標(biāo)和功耗信息，避免了傳統(tǒng)方法 手動(dòng)輸入功耗費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺點(diǎn)；
[0018] 2)本發(fā)明由于在MATLAB軟件中擬合了溫度計(jì)算函數(shù)，且把函數(shù)表達(dá)式編程到溫 度計(jì)算過程中，避免了傳統(tǒng)有限元方法的網(wǎng)格劃分過程，可實(shí)現(xiàn)對(duì)千管規(guī)模的HBT電路的 溫度分析，提高電路工作時(shí)的可靠性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明仿真使用的THA電路版圖；
[0021] 圖3是對(duì)圖2的仿真溫度分布圖；
[0022] 圖4是對(duì)圖2的仿真等溫線分布圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為進(jìn)一步地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，下面結(jié)合圖1的流程對(duì)圖2所示的電路版圖實(shí)例 進(jìn)行溫度分析。圖2所示的電路版圖是模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電路的采樣保持模塊版圖，其使用 了穩(wěn)懋半導(dǎo)體WIN的H01U-10的InGaP/GaAsHBT工藝。
[0024] 步驟1，獲取電路使用的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT器件的幾何尺寸，材料熱導(dǎo)率。
[0025] 根據(jù)所使用的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT工藝庫(kù)文件，獲取圖2中HBT器件的信息， 該信息包括整個(gè)器件的面積，基區(qū)面積，集電區(qū)面積及其所用材料，和襯底材料、厚度及其 背面工藝。
[0026] 步驟2,使用Comsol有限元分析軟件對(duì)步驟1中獲取的器件進(jìn)行建模。
[0027] 2. 1)打開Comsol軟件，選擇建立三維模型，固體傳熱物理場(chǎng)，穩(wěn)態(tài)求解；
[0028] 2. 2)建立一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為500ymX200ymXIOOym的長(zhǎng)方體作為芯片襯底， 材料為GaAs，長(zhǎng)方體底面向外延伸4ym，材料為金；
[0029] 2. 3)由步驟1所得的器件尺寸在所述長(zhǎng)方體上部中心延伸得到器件模型，發(fā)射區(qū) 材料為InGaP，基區(qū)集電區(qū)材料為GaAs。
[0030] 步驟3,加載功耗和邊界條件，劃分網(wǎng)格，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，獲得溫度隨距離變化的 分布情況。
[0031] 3. 1)對(duì)基區(qū)和集電區(qū)接觸面施加功耗，設(shè)定襯底底面溫度為27°C，加載的功耗為 工藝庫(kù)手冊(cè)查到的電壓電流相乘所得；
[0032] 3. 2)使用自由剖分四面體選項(xiàng)對(duì)整個(gè)幾何體劃分網(wǎng)格；
[0033] 3. 3)點(diǎn)擊求解按鈕，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析，得到溫度在整個(gè)芯片各部分的分布，并把芯 片上表面沿器件基區(qū)對(duì)角線方向的溫度分布用CSV格式文件輸出。
[0034] 步驟4，在MATLAB軟件中進(jìn)行函數(shù)擬合。
[0035] 4. 1)打開MATLAB軟件，將步驟3得到的csv文件導(dǎo)入，打開cftool工具，把芯片 表面沿器件基區(qū)對(duì)角線方向的溫度分布T(Xi，Pi，Si)進(jìn)行函數(shù)擬合，擬合結(jié)果如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于MATLAB編程的HBT電路芯片溫度分析方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 利用廠商給定的工藝庫(kù)文件，獲取芯片上異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT電路所使用的 有源器件的信息； (2) 使用Comsol有限元分析軟件對(duì)步驟（1)中獲取的有源器件信息進(jìn)行幾何