基于matlab编程的hbt电路芯片温度分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子技术领域，尤其涉及一种异质结双极型晶体管HBT电路芯片的 温度分析方法，可用于指导集成电路后端版图设计。 技术背景
[0002] 随着半导体制造工艺的飞速发展，集成电路单位面积中包含的器件越来越多，导 致芯片上的功率密度越来越高，芯片工作温度不断升高。异质结双极型晶体管HBT器件相 比CMOS硅器件，其工作电流更大，自热效应更为明显。研宄表明，当前所有芯片中器件的失 效有55%是温度超过规定值引起的。
[0003] 在集成电路版图设计过程中，为了避免版图上出现热点的集中，需要对芯片上的 温度分布作出预测，以使芯片在工作时热点分布能够更加均匀，提高电路工作的可靠性。
[0004] 传统温度分析方法一般使用有限元分析软件，如ANSYS、Comsol、Icepak等，使用 时先对分析对象进行几何建模，然后对发热的部分施加热载荷，再加上热传递的边界条件， 对建好的模型划分网格，由计算机进行计算，得到最终温度分布。但对于芯片的热分布分 析，由于芯片上的器件非常多，在当前计算机软硬件条件下，用有限元分析软件无法对大规 模电路作出温度分析，影响电路工作时的可靠性。即便用来分析小规模电路，手工输入功耗 信息也是极其耗时耗力的。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种基于MATLAB编程的温度分析方法，以实现对大规模 电路进行温度分析，提高电路工作时的可靠性。
[0006] 为实现上述目的，本发明的实现步骤包括如下：
[0007] (1)利用厂商给定的工艺库文件，获取芯片上异质结双极型晶体管HBT电路所使 用的有源器件的信息；
[0008] (2)使用Comsol有限元分析软件对步骤（1)中获取的有源器件信息进行几何建 模，并对该几何模型进行网格划分；
[0009] (3)对步骤（2)中建立的几何模型施加边界条件，并对该几何模型中有源器件的 主要发热部分施加功耗，再用Comsol软件对所有网格的格点进行稳态热求解，获得器件表 层温度随距离变化的分布曲线，所述功耗是指工艺库手册查到的器件工作电压与电流的 乘积；
[0010] ⑷将步骤⑶中得到的温度分布的曲线导入MATLAB软件，得到温度分布曲线的 函数表达式T(Xi，Pi，Si)，其中Pi为被分析器件自身的功耗，si是该器件基区的面积，Xi是芯 片上某点到该基区中心点的距离；
[0011] (5)在电路仿真软件ADS中打开需要分析的电路原理图，对其进行仿真，获得各个 有源器件的功耗；
[0012] (6)在版图设计软件Cadence中打开需要分析电路原理图所对应的芯片版图，将 步骤（5)获得的各个功耗用文本Label图层，标在对应的有源器件基区的中心位置；
[0013] (7)将步骤（6)中的版图文件用gdsll格式文件进行输出；
[0014] (8)用格式转换软件LinkCAD打开（7)中得到的gdsll文件，保留有源器件的基区 和TEXT图层，去掉其它无关图层，再用DXF格式进行输出；
[0015] (9)使用MATLAB软件自动提取步骤⑶中DXF格式版图文件有源器件的基区坐 标，基区面积，中心点位置和功耗信息，并将该坐标和功耗信息代入步骤（4)获得的温度分 布曲线函数表达式T(Xi，Pi，Si)中，计算各个有源器件的工作温度，绘制出芯片的温度分布 图和等温线分布图。
[0016] 本发明与传统有限元分析方法相比，具有如下优点：
[0017] 1)本发明通过自动提取DXF版图文件中的器件坐标和功耗信息，避免了传统方法 手动输入功耗费时费力的缺点；
[0018] 2)本发明由于在MATLAB软件中拟合了温度计算函数，且把函数表达式编程到温 度计算过程中，避免了传统有限元方法的网格划分过程，可实现对千管规模的HBT电路的 温度分析，提高电路工作时的可靠性。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明的实现流程图；
[0020] 图2是本发明仿真使用的THA电路版图；
[0021] 图3是对图2的仿真温度分布图；
[0022] 图4是对图2的仿真等温线分布图；
【具体实施方式】
[0023] 为进一步地对本发明进行说明，下面结合图1的流程对图2所示的电路版图实例 进行温度分析。图2所示的电路版图是模数转换器ADC电路的采样保持模块版图，其使用 了稳懋半导体WIN的H01U-10的InGaP/GaAsHBT工艺。
[0024] 步骤1，获取电路使用的异质结双极型晶体管HBT器件的几何尺寸，材料热导率。
[0025] 根据所使用的异质结双极型晶体管HBT工艺库文件，获取图2中HBT器件的信息， 该信息包括整个器件的面积，基区面积，集电区面积及其所用材料，和衬底材料、厚度及其 背面工艺。
[0026] 步骤2,使用Comsol有限元分析软件对步骤1中获取的器件进行建模。
[0027] 2. 1)打开Comsol软件，选择建立三维模型，固体传热物理场，稳态求解；
[0028] 2. 2)建立一个长宽高分别为500ymX200ymXIOOym的长方体作为芯片衬底， 材料为GaAs，长方体底面向外延伸4ym，材料为金；
[0029] 2. 3)由步骤1所得的器件尺寸在所述长方体上部中心延伸得到器件模型，发射区 材料为InGaP，基区集电区材料为GaAs。
[0030] 步骤3,加载功耗和边界条件，划分网格，进行稳态热分析，获得温度随距离变化的 分布情况。
[0031] 3. 1)对基区和集电区接触面施加功耗，设定衬底底面温度为27°C，加载的功耗为 工艺库手册查到的电压电流相乘所得；
[0032] 3. 2)使用自由剖分四面体选项对整个几何体划分网格；
[0033] 3. 3)点击求解按钮，进行稳态热分析，得到温度在整个芯片各部分的分布，并把芯 片上表面沿器件基区对角线方向的温度分布用CSV格式文件输出。
[0034] 步骤4，在MATLAB软件中进行函数拟合。
[0035] 4. 1)打开MATLAB软件，将步骤3得到的csv文件导入，打开cftool工具，把芯片 表面沿器件基区对角线方向的温度分布T(Xi，Pi，Si)进行函数拟合，拟合结果如下：
【主权项】
1. 一种基于MATLAB编程的HBT电路芯片温度分析方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 利用厂商给定的工艺库文件，获取芯片上异质结双极型晶体管HBT电路所使用的 有源器件的信息； (2) 使用Comsol有限元分析软件对步骤（1)中获取的有源器件信息进行几何