CN102103167A - 基于级联的去嵌入方法 - Google Patents
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Abstract
实施例是一种用于去嵌入的方法。该方法包括:在半导体芯片中形成主结构;以及在半导体芯片中形成辅助结构。辅助结构复制主结构的第一部分。该方法还包括:基于测量确定用于主结构和辅助结构中的每一个的传输矩阵;以及通过确定主结构的传输矩阵和辅助结构的传输矩阵的逆矩阵的积,提取主结构的第一组件的传输矩阵。
Description
技术领域
本发明总的来说涉及一种用于去嵌入的方法,更具体地,涉及用于去嵌入级联网络的组件(component)的方法。
背景技术
通常,去嵌入(de-embedding)是提取电网络中组件的寄生行为以确定电网络中特定组件的电行为。通过从所测量的网络行为中提取寄生值,特定组件可以与网络的其他组件隔离并且独立地被评价。去嵌入在半导体工业中尤其有用,例如在晶片接受度测试(WAT)期间,隔离集成电路内的结构以确定该结构是否正确操作。例如,在WAT期间,可以期望提取由来自还包括受测器件(DUT)的网络的焊盘、互连和传输线所引起的寄生现象(parasitics),以独立于网络分析DUT。
典型的去嵌入技术通常要求诸如通过本领域已知的参数,使用组件中模型寄生的等效电路,以及使用网络和模型的表示的数学操作来测量网络的行为,确定网络的一些表示,以确定期望组件的行为。
然而,这些技术具有一些缺点。一个缺点是所使用的模型在网络的电特性不能通过等效电路模拟时可能变得无效,或者诸如如果互连或传输线的长度变得太长或者工作频率变得太高,则难以获得或使用准确的等效电路。另一个缺点是模型可以假设通常在结构中使用的接地片可对结构的电特性具有微不足道的影响。模型可能忽略在高频处比较显著的这些影响,这会导致过量的去嵌入。因此,本领域需要克服这些缺点。
发明内容
一个实施例是用于去嵌入的方法。该方法包括:在半导体芯片中形成主结构;以及在半导体芯片中形成辅助结构。辅助结构复制主结构的第一部分。该方法还包括:基于测量确定用于主结构和辅助结构中的每一个的传输矩阵;以及通过确定主结构的传输矩阵和辅助结构的传输矩阵的逆矩阵的积,提取主结构的第一组件的传输矩阵。
根据另一个实施例,用于去嵌入级联网络的方法包括:测量主结构和第一辅助结构的电特性,以确定主结构和第一辅助结构中的每一个的传输矩阵;以及通过将主结构的传输矩阵与辅助结构的传输矩阵的逆矩阵相乘,提取主结构的第一组件的传输矩阵。主结构和第一辅助结构形成在半导体芯片中,并且辅助结构复制主结构的第一部分。
又一实施例是用于去嵌入组件的方法。该方法包括:在半导体芯片中形成双传输线结构;以及在半导体芯片中形成第一辅助传输线结构。第一辅助传输线结构代表双传输线结构的第一部分。该方法还包括:测量双传输线结构和第一辅助传输线结构的电特性;基于测量电特性,为双传输线结构和第一辅助传输线结构中的每一个确定传输矩阵;以及将双传输线结构的传输矩阵与第一辅助传输线结构的传输矩阵的逆矩阵相乘,以提取双传输线结构的第一组件的传输矩阵。
附图说明
为了更加完整地理解实施例及其优点,现在结合附图进行以下描述,其中:
图1是双端口网络的示图;
图2是包括双端口网络的级联网络的示图;
图3是形成在半导体芯片中的对称双传输线结构和辅助传输线结构的示例性实施例;
图4是形成在半导体芯片中的非对称双传输线结构和辅助传输线结构的示例性实施例;以及
图5A至图5C是示出实施例相对于现有技术的优点的图表。
具体实施方式
下面详细描述本发明优选实施例的制造和使用。然而,应该理解,本发明提供了许多可以在具体环境下实现的许多可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式,并不限制本发明的范围。
将以特定环境(即,双传输线结构)描述实施例。然而,其他实施例还包括其他结构,诸如受测器件(DUT),诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、金属氧化物金属(MOM)电容器、或电阻器。
实施例通常涉及半导体器件中的电网络和至少一个辅助网络。辅助网络可以代表电网络的一部分,并且可用作电网络的去嵌入的另一组件的基础。可以对每个网络进行测量,并且根据测量为每个网络确定传输矩阵或ABCD矩阵。使用传输矩阵和矩阵的代数运算,可能导致被隔离组件的去嵌入传输矩阵。
传输矩阵是表征双端口网络的简单手段。传输矩阵被定义为等式(1)、(2)和(3)以及图1所表示的。图1示出了具有第一端口(端口1)12和第二端口(端口2)14的双端口网络10。分别在端口112和端口214处示出了第一电压V1和第二电压V2。第一电流I1流入端口112,第二电流I2流出端口214。根据这种表示和惯例,得到等式(1)和(2)。
V1=AV2+BI2 (1)
I1=CV2+DI2 (2)
以矩阵形式,在等式(3)中表示等式(1)和(2)。
使用该传输矩阵,可以简单地实现较大网络的计算。例如,可以级联(或者换句话说,串联连接)多个双端口网络,并且可以为组合网络计算单个传输矩阵。图2示出了级联的双端口网络。图2包括级联的第一双端口网络20和第二双端口网络22,或者换句话说,第二双端口网络22的第一端口(端口1)连接至第一双端口网络20的第二端口(端口2)26。第一双端口网络20还包括第一端口(端口1)24,并且第二双端口网络22包括第二端口(端口2)28。还示出了各个第一、第二和第三电压V1、V2和V3以及第一、第二和第三电流I1、I2和I3。第一和第二双端口网络20和22构成了组合级联网络30。
分别地,第一双端口网络20具有等式(4)所示的传输矩阵,以及第二双端口网络22具有等式(5)所示的传输矩阵.
通过将等式(5)带入等式(4),如等式(6)所示,可以确定级联网络30的传输矩阵。
因此,用于级联网络30的传输矩阵(矩阵[TCN])如等式(7)所示:
这些概念等效地应用于包括更多独立双端口网络的级联网络。
根据实施例,考虑双端口网络并将其看作是包括多个双端口网络的级联网络。与级联网络一起,在半导体芯片中形成多个双端口网络中的一个或多个的复制物。一旦进行了对复制网络和级联网络的测量且为每个网络确定了传输矩阵,就可以提取多个网络中剩余网络的传输矩阵。
图3是形成在半导体芯片中的对称双传输线结构50和辅助传输线结构52的示例性实施例。双传输线结构50包括传统的地-信号-地(GSG)配置形式的焊盘54、56和58以及传输线60和62。辅助传输线结构52表示双传输线结构50的任意一半。因此,辅助传输线结构52包括复制双传输线结构50中的对应焊盘54、56和58的焊盘54′/56′和56′/58′。类似地,辅助传输线结构52包括复制双传输线结构50中的传输线60和62的传输线60′/62′。注意,为了简化而示出了这些结构,并且省略了许多可被包括的结构,诸如通孔、多级互连和DUT。
可以对双传输线结构50和辅助传输线结构52执行测量,以确定每个结构的传输矩阵。例如,可以使用Agilent 8510C,以高达50GHz对双传输线结构50和辅助传输线结构52测量S参数。根据这些S参数,可使用已知方法来确定双传输线结构50和辅助传输线结构52的传输矩阵。为了讨论的目的,矩阵[TDPL]是根据双传输线结构50的测量所确定的传输矩阵,以及矩阵[TPL]是根据辅助传输线结构52的测量所确定的传输矩阵。
图3还示出了用于将双传输线结构50划分为级联双端口网络的参考线。除了应该注意,矩阵包括:表示包括焊盘的网络的下标P,表示传输线的下标L,以及分别表示双传输线结构50的左侧和右侧的下标LEFT和RIGHT,各个示出的传输矩阵[TX]在这里将不再详细进行讨论。本领域的技术人员应该意识到,双传输线结构50的传输矩阵[TDPL]等于所示传输矩阵的许多不同组合的积,诸如等式(8)。
[TDPL]=[TPLLEFT][TPL] (8)
使用等式(8),等式的两侧可以乘以矩阵[TPL]的逆矩阵以消去右手侧的矩阵[TPL]。这样做的结果是由焊盘54和传输线60组成的网络的传输矩阵[TPLLEFT]等于所测量传输矩阵[TPL]的逆矩阵和所测量传输矩阵[TDPL]的积,如等式(9)所示。
[TPLLEFT]=[TDPL][TPL]-1 (9)
因此,可以提取出由双传输线结构50的左侧所组成的网络的传输矩阵。
一旦提取出矩阵[TPLLEFT],就可以将其用于提取其他组件。本领域的技术人员将进一步实现矩阵[TPL]等于矩阵[TPLLEFT]和矩阵[TPRIGHT]的积,如等式(10)所示。
[TPL]=[TPLLEFT][TPRIGHT] (10)
在该等式中,乘以矩阵[TPLLEFT]的逆矩阵,同时保持矩阵乘法的一般不可交换特性,矩阵[TPRIGHT]等于矩阵[TPLLEFT]的逆矩阵与矩阵[TPL]的积。如等式(11)所示。
[TPRIGHT]=[TPLLEFT]-1[TPL] (11)
因此,可以提取出[TPRIGHT ]。
此时,值得注意的是,由于双传输线结构50的对称性,以下标RIGHT标记的传输矩阵通常但不是必须等于以下标LEFT标记的对应传输矩阵,例如,[TPRIGHT]=[TPLEFT],但在许多情况下[TPLRIGHT]≠[TPLLEFT]。然而,当计算不同矩阵以不触犯与矩阵乘法的不可交换特性时,LEFT和RIGHT标记是有用的。
等式(12)至(15)示出了应用与上面参照等式(8)至(11)讨论的类似原理来提取[TPLLEFT]和[TPRIGHT]的另一实例。对于该实例省略了详细讨论,因为本领域技术人员可容易地理解原理和计算的应用。此外,可通过以类似的方式应用这些原理和/或遵循这些原理实施进一步的步骤来提取其他组件。
[TDPL]=[TPL][TPLRIGHT] (12)
[TPLRIGHT]=[TPL]-1[TDPL] (13)
[TPL]=[TPLEFT][TPLRIGHT] (14)
[TPLEFT]=[TPL][TPLRIGHT]-1 (15)
通过使用该方法,可以提取出精确的器件参数。一旦提取出这些器件参数,就可以根据需要来改变或修改设计以满足任何设计规则,诸如与阻抗、电阻、电感等相关的那些设计规则。然后,通过在半导体衬底中形成修改的测试结构并提取特定组件来重复该处理。可选地,如果设计规则满足特定设计,则可以在制造的集成电路中实现这种设计。这可以包括根据设计形成光刻掩模,使用光刻掩模来对半导体衬底上方的光刻胶进行图案化,根据如何图案化光刻胶来蚀刻衬底,沉积金属或半导体材料,进行平面化,以及沉积任何介电层。这些处理可以是镶嵌处理或双镶嵌处理。可通过已知方法来形成诸如晶体管等的其他结构。用于形成最终集成电路的方法可以是形成初始测试结构的相同方法。
图3中的双传输线结构50被描述为对称的。然而,在该描述中,对称还意味着结构的一部分重复。在图3中,焊盘54、传输线60和焊盘56分别重复(或等效于)焊盘56、传输线62和焊盘58。其他实施例可以重复这些结构,并且可以应用上述类似的原理。
图4示出了形成在半导体芯片中的非对称双传输线结构90、第一辅助传输线结构92和第二辅助传输线结构94的示例性实施例。双传输线结构90包括传统GSG配置形式的焊盘96、98和100以及传输线102和104。传输线104长于传输线102。第一辅助传输线结构92表示双传输线结构90的第一部分。因此,第一辅助传输线结构92包括分别复制双传输线结构90中的对应焊盘96和98的焊盘96′和98′。类似地,第一辅助传输线结构92包括分别复制双传输线结构90中的传输线102的传输线102′。第二辅助传输线结构94表示双传输线结构90的第二部分。因此,第二辅助传输线结构94包括分别复制双传输线结构90中的对应焊盘98和100的焊盘98′和100′。类似地,第二辅助传输线结构94包括复制双传输线结构90中的传输线104的传输线104′。注意,为了简化而示出了这些结构,并且省略了许多可被包括的结构,诸如通孔、多级互连和DUT。
与上面所述非常类似,可以对双传输线结构90以及第一和第二辅助传输线结构92和94执行测量,以确定每个结构的传输矩阵。为了讨论的目的,矩阵[TDPL]是根据双传输线结构90的测量所确定的传输矩阵。此外,矩阵[T1PL]和[T2PL]分别是根据第一和第二辅助传输线结构92和94的测量所确定的传输矩阵。
图4还示出了用于将双传输线结构90划分为级联双端口网络的参考线。各个示出的传输矩阵[TX]在这里将不再详细进行讨论,但应该注意,除了1表示第一辅助传输线结构92的一部分以及2表示第二辅助传输线结构94的一部分之外,对于下标的惯例通常与上面的实施例相同。本领域技术人员应该意识到,双传输线结构90的传输矩阵[TDPL]等于所示传输矩阵的许多不同组合的积,诸如等式(16)。
[TDPL]=[T1PLLEFT][T2PL] (16)
使用等式(16),等式的两侧可以乘以矩阵[T2PL]的逆矩阵以消去右手侧的矩阵[T2PL]。这样做的结果是由焊盘96和传输线102组成的网络的传输矩阵[T1PLLEFT]等于所测量传输矩阵[T2PL]的逆矩阵和所测量传输矩阵[TDPL]的积,如等式(17)所示。
[T1PLLEFT]=[TDPL][T2PL]-1 (17)
因此,可以提取出由双传输线结构90的左侧所组成的网络的传输矩阵。
一旦提取出矩阵[T1PLLEFT],就可以将其用于提取其他组件。本领域技术人员将进一步实现矩阵[T1PL]等于矩阵[T1PLLEFT]和矩阵[TPCENTER]的积,如等式(18)所示。
[T1PL]=[T1PLLEFT][TPCENTER] (18)
在该等式中,乘以矩阵[T1PLLEFT]的逆矩阵,同时保持矩阵乘法一般不可交换特性,矩阵[TPCENTER]等于矩阵[T1PLLEFT]的逆矩阵与矩阵[T1PL]的积。如等式(19)所示。
[TPCENTER]=[T1PLLEFT]-1[T1PL] (19)
因此,可以提取出[TPCENTER]。
等式(20)至(23)示出了应用与上面参照等式(16)至(19)讨论的类似原理来提取[T2PLRIGHT]和[TPCENTER]的另一实例。对于该实例省略了详细讨论,因为本领域技术人员可容易地理解原理和计算的应用。
[TDPL]=[T1PL][T2PLRIGHT] (20)
[T2PLRIGHT]=[T1PL]-1[TDPL] (21)
[T2PL]=[TPCENTER][T2PLRIGHT] (22)
[TPCENTER]=[T2PL][T2PLRIGHT]-1 (23)
尽管在该实施例中焊盘96、98和100不必相同,但如果焊盘96、98和100不同,则通常不执行等式(18)至(21)所示的进一步的提取。然而,如果焊盘96、98和100基本相同,则可通过使[T1P]=[TPCENTER]=[T2P]且应用与上面所述类似的代数运算来提取双传输线结构90的所有组件。此外,还可以改变图4中的双传输线结构90,使得辅助传输线结构92或94中的一个重复。可以应用类似的计算和代数运算以在这种情况下提取组件。
一旦提取出器件参数,就可以将结构结合到集成电路设计中,并以与先前讨论的处理类似地形成。此外,可以修改测试结构以满足设计规则。在这种情况下,可以重复处理以确定器件参数是否满足任何所需的设计规则。
本领域技术人员可以容易地理解,以上述任何方式提取的任何传输矩阵都可以被转换为其他有用的参数或矩阵。例如,传输矩阵可以被转换为散射参数(S参数)、阻抗参数或导纳参数。各种参数中的每一种都表示设计和测试网络(诸如上述双端口网络)中的有用数据。
通过使用这些实施例,可以以高频操作(诸如超过30GHz)为双传输线结构的组件获得精确的电操作参数(诸如S参数)。与使用等效电路模型来提取组件的现有技术相比,实施例使用结构的精确操作测量来提取双传输线结构的组件。不需要现有技术的模型,消除了等效电路在高频下无效的缺点,并且实施例可以由此精确地获得操作参数。此外,因为提取是基于实际测量且不用模拟假设接地片不影响结构,所以由接地片引起的寄生现象被适当考虑并且过量的去嵌入不再是问题。此外,任何中断(尤其是焊盘、通孔或多级互连附近的中断)都在测量中予以考虑,使得提取是精确的。
图5A至图5C是示出实施例相对于现有技术的优点的示图。参照图5A至图5C,在半导体芯片中形成微带传输线,其中对应焊盘的长度为1000μm,并且使用现有方法和实施例从网络中提取传输线的特性。所使用的实施例类似于上面参照图3描述的实施例,使得具有长度500μm的辅助微带传输线也形成在半导体芯片中。根据实施例提取焊盘的传输矩阵,这允许提取传输线的传输矩阵。如图5A至图5C所示,根据传输线的传输矩阵,确定电感、电阻和特性阻抗。为了比较,使用等效电路来模拟焊盘和互连的现有技术方法还被用于提取传输线的传输矩阵,从中还确定电感、电阻和特性阻抗。
在每个图中,实线表示所测量结构的理想数据,三角形数据点表示根据实施例采用的离散频率处的提取特性,以及钻石数据点表示由现有技术方法采用的离散频率处的提取特性。图5A示出了结构的电感,图5B示出了结构的阻抗,以及图5C示出了结构的特性阻抗。从这些图可以看出,现有技术方法倾向于偏离理想(数据),而通过实施例获得的提取特性更加接近地跟踪理想(数据),尤其在高频处。
实施例的另一优点在于包括较小的硅区域。一些现有技术方法要求使用四个至六个(甚至更多)虚拟结构来进行测量并提取组件。然而,如上所述,一些实施例可以仅要求一个辅助结构,并且其他实施例可以仅要求两个辅助结构。因此,随着减小的结构数量,对于实施例来说需要较小的硅区域。
尽管详细描述了本发明及其优点,但应该理解,在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以做出各种改变、替换和变化。本领域技术人员应该理解,这些原理可以应用于许多在本文没有具体说明的其他实施例。可以制造结构的许多不同图案,诸如对称传输线结构中的辅助结构的多重复制或者与非对称传输线结构中的其他辅助结构进行任意组合中的任何辅助结构的多重复制。此外,非对称结构可具有多于两个的组件,其中,每个组件都由不同的辅助结构来表示。此外,实施例实现其他器件的应用,诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、金属氧化物金属(MOM)电容器或电阻器。这些修改都在本发明的范围内,并且上述实施例也并不用于限制本发明。
此外,本发明的范围不用于限制在说明书中描述的处理、机器、制造、物质、装置、方法和步骤的组合的具体实施例。本领域的技术人员根据本发明的公开内容可容易理解,可以根据本公开利用现有或后来发展执行基本上与本文中所描述的对应实施例相同的功能或者基本实现与本文所描述的对应实施例相同的结果的处理、机器、制造和物质、装置、方法或步骤的组合。因此,所附权利要求包括在其范围内,诸如处理、机器、制造和物质、装置、方法或步骤的组合。
Claims (12)
1.一种用于去嵌入的方法,所述方法包括:
在半导体芯片中形成主结构;
在所述半导体芯片中形成辅助结构,其中,所述辅助结构复制所述主结构的第一部分;
基于测量确定用于所述主结构和所述辅助结构中的每一个的传输矩阵;以及
通过确定所述主结构的传输矩阵和所述辅助结构的传输矩阵的逆矩阵的积,提取所述主结构的第一组件的传输矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述辅助结构复制所述主结构的所述第一部分和第二部分,使得所述主结构是对称的。
3.根据权利要求1所述的方法,还包括附加辅助结构,所述附加辅助结构复制所述主结构的第二部分,其中,所述第一部分和所述第二部分是不同的,使得所述主结构是非对称的。
4.根据权利要求1所述的方法,还包括:通过确定所述辅助结构的传输矩阵与所述第一组件的所述传输矩阵的逆矩阵的积,提取第二组件的传输矩阵。
5.一种用于去嵌入级联网络的方法,所述方法包括:
测量主结构和第一辅助结构的电特性,以确定所述主结构和所述第一辅助结构中的每一个的传输矩阵,其中,所述主结构和所述第一辅助结构形成在半导体芯片中,以及所述辅助结构复制所述主结构的第一部分;以及
通过将所述主结构的所述传输矩阵与所述辅助结构的所述传输矩阵的逆矩阵相乘,提取所述主结构的第一组件的传输矩阵。
6.根据权利要求5所述的方法,还包括:
在所述半导体芯片中形成所述主结构和所述第一辅助结构;和/或
响应于所述主结构的所述第一组件的传输矩阵,在附加半导体芯片中形成改进的主结构;
所述第一辅助结构还复制所述主结构的第二部分。
7.根据权利要求5所述的方法,其中,所述主结构是对称的或者是非对称的。
8.根据权利要求5所述的方法,其中,所述测量还包括:测量第二辅助结构的电特性,以确定所述第二辅助结构的传输矩阵,其中,所述第二辅助结构复制所述主结构的第二部分并形成在所述半导体芯片中。
9.根据权利要求5所述的方法,还包括:通过将所述辅助结构的所述传输矩阵与所述第一组件的所述传输矩阵的逆矩阵相乘,提取第二组件的传输矩阵。
10.一种用于去嵌入组件的方法,所述方法包括:
在半导体芯片中形成双传输线结构;
在所述半导体芯片中形成第一辅助传输线结构,其中,所述第一辅助传输线结构代表所述双传输线结构的第一部分;
测量所述双传输线结构和所述第一辅助传输线结构的电特性;
基于所述测量所述电特性,为所述双传输线结构和所述第一辅助传输线结构中的每一个确定传输矩阵;以及
将所述双传输线结构的所述传输矩阵与所述第一辅助传输线结构的所述传输矩阵的逆矩阵相乘,以提取所述双传输线结构的第一组件的传输矩阵。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括:在所述半导体芯片中形成第二辅助传输线结构,其中,所述第二辅助传输线结构代表所述双传输线结构的第二部分,其中,所述第二部分不同于所述第一部分,以及其中,所述测量所述电特性还包括:测量所述第二辅助传输线结构的电特性,并且所述确定还包括:基于所述测量所述电特性来确定所述第二辅助传输线结构的传输矩阵;和/或
还包括:将所述双传输线结构的所述传输矩阵与所述第二辅助传输线结构的所述传输矩阵的逆矩阵相乘,以提取所述双传输线结构的第一组件的传输矩阵。
12.根据权利要求10所述的方法,还包括:将所述第一辅助传输线结构的所述传输矩阵与所述第一组件的所述传输矩阵的逆矩阵相乘,以提取所述双传输线结构的第二组件的传输矩阵。
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