射频噪声去嵌入方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域,特别是涉及一种射频噪声去嵌入方法。
背景技术
对于RF噪声测试,测试结构中的压焊块(Pad)及连线的寄生电阻、电容、电感会对测试结果造成比较大的影响。为了得到精确的被测试器件结构(Device Under Test,DUT)的噪声参数,需要将这些寄生效应去除,即需要去嵌入(De-embedding)。现有技术中应用最多的是如文献《C.H.CHEN and M.J.DEEN,”High frequency Noise of Mosfets I Modeling“.Solid-state Electronics Vol.42,No.11,pp.2069-2081,1998》中所述的开路去嵌入(Open de-embedding)方法;及如文献《K.Aufinger andJ.Bock,”A Straightforward Noise De-embedding Method and ItsApplication to High-Speed Silicon Bipolar Transistors”,Proceedings ofESSDERC’96,pp.957-960》中所述的开路-短路去嵌入(Open-Shortde-embedding方法。其中所述开路去嵌入方法只能去除Pad寄生电容,所述开路-短路去嵌入方法相对于开路去嵌入方法有所提高,不但能去除Pad寄生电容,还能去除金属连线的寄生电阻及电感,但是却忽略了寄生电容效应对噪声的影响,随着器件尺寸的不断缩小及应用频率的不断提高,金属连线的寄生电容的效应会显得非常重要,为去除这一效应,可使用如文献《C.H.CHEN and M.J.DEEN,”A General Procedure for High-Frequency NoiseParameter De-embedding of MOSFETs by Taking the Capacitive Effects of MetalInterconnection into Account”,IEEE,Conference on Microelectronic TestStructures,Vol 14,March 2001》所述的开路-直通去嵌入(Open-Thrude-embedding)方法。
如图1所示,为现有开路-直通去嵌入方法的去嵌结构示意图,包括一被测试器件结构1、一开路去嵌测试结构2、第一直通去嵌测试结构3A和第二直通去嵌测试结构3B。所述被测试器件结构1包括一射频器件11、一信号输入压焊块S1、一信号输出压焊块S2、四个接地压焊块G1、G2、G3、G4。所述信号输入压焊块S1和所述射频器件11的输入端通过金属线一12相连,所述信号输出压焊块S2和所述射频器件的输出端通过金属线二13相连,四个所述接地压焊块通过金属线三14互相连接并和所述射频器件的接地端连接;所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2排列在直线一上,直线二和直线三对称的位于所述直线一的两侧且都和所述直线一平行,在所述直线二和所述直线三上各排列两个所述接地压焊块,所述直线二上两个所述接地压焊块G1、G2分别和所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2在垂直所述直线一的方向上对齐排列、所述直线三上两个所述接地压焊块G1、G2分别和所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2在垂直所述直线一的方向上对齐排列。
所述开路去嵌测试结构2是在所述被测试器件结构1的基础上去除了所述射频器件11、所述金属线一12以及所述金属线二13。
所述第一直通去嵌测试结构3A是在所述被测试器件结构1的基础上去除了所述射频器件11,且所述信号输入压焊块S1和所述信号输出压焊块S2之间通过金属线12a相连,所述金属线12a和所述金属线一12的长度和宽度都相同。所述接地压焊块G1、G2通过金属线相连、所述接地压焊块G3、G4通过金属线相连、所述直线二上的所述接地压焊块G1、G2和所述直线三上的所述接地压焊块G3、G4不连接。
所述第二直通去嵌测试结构3B是在所述被测试器件结构1的基础上去除了所述射频器件11,且所述信号输入压焊块S1和所述信号输出压焊块S2之间通过金属线13a相连,所述金属线13a和所述金属线二13的长度和宽度都相同。所述接地压焊块G1、G2通过金属线相连、所述接地压焊块G3、G4通过金属线相连、所述直线二上的所述接地压焊块G1、G2和所述直线三上的所述接地压焊块G3、G4不连接。
如图2所示,为现有开路-直通去嵌入方法的去嵌计算的流程图。首先是通过测试分别得到所述被测试器件结构1的散射参数一[SDUT]、所述开路去嵌测试结构2的散射参数二[SPAD]、所述第一直通去嵌测试结构3A的散射参数[STHRU1]、所述第二直通去嵌测试结构3B的散射参数[STHRU2],所述被测试器件结构1的噪声参数;所述被测试器件结构1的噪声参数包括最佳噪声系数一NFmin DUT、最佳源阻抗一Yopt DUT、等效输入阻抗一Rn DUT;所述最佳源阻抗一Yopt DUT分为实部Gopt和虚部Bopt。接着再根据上述散射参数测试结果和噪声参数测试结果通过去嵌计算得到所述被测试器件结构1中的所述射频器件的噪声参数。
现有去嵌计算包括如下步骤:
步骤1、将所述散射参数二[S
PAD]转换成所述开路去嵌测试结构2的导纳参数二Y
PAD,并将所述导纳参数二Y
PAD转换成所述开路去嵌测试结构2的ABCD参数二[A
PAD]。其中所述导纳参数二Y
PAD转换成ABCD参数二[A
PAD]可参考如图5所示的
图5中所示的所述射频器件为一MOSFET器件,端口1为输入端、端口二为输出端,端口一和端口二都是源极接地、端口一的信号输入端为栅极、端口二的信号输出端为漏极。
步骤2、将所述第一直通去嵌测试结构3A的散射参数[STHRU1]转换成所述第一直通去嵌测试结构3A的ABCD参数[ATHRU1]、将所述第二直通去嵌测试结构3A的散射参数[STHRU2]转换成所述第二直通去嵌测试结构3A的ABCD参数[ATHRU2]。
步骤3、如图5所示,结合ABCD参数[ATHRU1]和所述ABCD参数二[APAD]得到所述被测试器件结构1的输入端ABCD参数[AIN];其中[ATHRU1′]为所述第一直通去嵌测试结构3A的ABCD参数[ATHRU1]去除两侧的所述ABCD参数二[APAD]后得到的所述第一直通去嵌测试结构3A中金属线12a的ABCD参数,由于所述金属线12a和所述金属线12完全相同,故所述[ATHRU1′]也为所述被测试器件结构1的所述金属线12的ABCD参数。结合ABCD参数[ATHRU2]和所述ABCD参数二[APAD]得到所述被测试器件结构1的输出端ABCD参数[AOUT];其中所述[ATHRU2′]为所述第二直通去嵌测试结构3B中金属线13a的ABCD参数,由于所述金属线13a和所述金属线13完全相同,故所述[ATHRU2′]也为所述被测试器件结构1的所述金属线13的ABCD参数。
步骤4、将所述散射参数一[SDUT]转换成所述被测试器件结构1的ABCD参数一[ADUT];由所述ABCD参数一[ADUT]、所述输入端ABCD参数[AIN]、所述输出端ABCD参数[AOUT]得到所述被测试器件结构1的射频器件的ABCD参数五[ATRANS];由所述最佳噪声系数一NFmin DUT、所述最佳源阻抗一Yopt DUT、所述等效输入阻抗一Rn DUT计算得到所述被测试器件结构1的相关性矩阵一[CA DUT];由所述输入端ABCD参数[AIN]得到所述被测试器件结构1的输入端的相关性矩阵[CZ IN]再推导出相关性矩阵二[CA IN];由所述输出端ABCD参数[AOUT]得到所述被测试器件结构1的输出端的相关性矩阵[CZ OUT]再推导出相关性矩阵三[CA OUT]。
步骤5、根据所述输入端ABCD参数[AIN]、所述ABCD参数五[ATRANS]、所述相关性矩阵一[CA DUT]、所述相关性矩阵二[CA IN]、所述相关性矩阵三[CA OUT]得到所述射频器件的相关性矩阵[CA],由所述相关性矩阵[CA]推导得到所述射频器件的噪声参数即:所述最佳噪声系数二NFmin、所述最佳源阻抗二Yopt、所述等效输入阻抗二Rn。
现有开路-直通去嵌入方法的去嵌结构结合现有去嵌计算虽然能有效去除寄生电阻、电容、电感,得到比较精确的噪声参数,但是每个被测试器件结构1需要配套两个直通去嵌测试结构即所述第一直通去嵌测试结构3A和所述第二直通去嵌测试结构3B;而且当所述被测试器件结构1具有不同的尺寸类型时即所述被测试器件结构1的金属线一12和金属线二13出现变化时,所述第一直通去嵌测试结构3A的金属线12a和所述第二直通去嵌测试结构3B的金属线13a都要改变;这样需要设计非常多的直通去嵌测试结构,不但浪费了硅片的面积,而且给测试也带来了麻烦,需要花更多的时间来测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频噪声去嵌入方法,能减少去嵌测试结构、缩短测试时间及节约硅片面积、降低成本。
为解决上述技术问题,本发明提供的射频噪声去嵌入方法,包括如下步骤:
步骤一、在硅片上形成一被测试器件结构、一开路去嵌测试结构、一直通去嵌测试结构;所述被测试器件结构包括一射频器件、一信号输入压焊块、一信号输出压焊块、四个接地压焊块,所述信号输入压焊块和所述射频器件的输入端通过金属线一相连,所述信号输出压焊块和所述射频器件的输出端通过金属线二相连,四个所述接地压焊块通过金属线三互相连接并和所述射频器件的接地端连接;所述信号输入压焊块、所述信号输出压焊块排列在直线一上,直线二和直线三对称的位于所述直线一的两侧且都和所述直线一平行,在所述直线二和所述直线三上各排列两个所述接地压焊块,所述直线二上两个所述接地压焊块分别和所述信号输入压焊块、所述信号输出压焊块在垂直所述直线一的方向上对齐排列、所述直线三上两个所述接地压焊块分别和所述信号输入压焊块、所述信号输出压焊块在垂直所述直线一的方向上对齐排列。所述开路去嵌测试结构是在所述被测试器件结构的基础上去除了所述射频器件、所述金属线一以及所述金属线二。所述直通去嵌测试结构是在所述被测试器件结构的基础上去除了所述射频器件,且所述信号输入压焊块和所述信号输出压焊块之间通过金属线四相连、所述直线二上的两个所述接地压焊块通过金属线五相连、所述直线三上的两个所述接地压焊块通过金属线六相连、所述直线二上的所述接地压焊块和所述直线三上的所述接地压焊块不连接;所述金属线四的宽度为所述金属线一或所述金属线二的宽度的0.8倍~1.2倍,更优选择为所述金属线四的宽度等于所述金属线一或所述金属线二的宽度。
步骤二、分别测试得到所述被测试器件结构的散射参数一、所述开路去嵌测试结构的散射参数二、所述直通去嵌测试结构的散射参数三、所述被测试器件结构的噪声参数;所述被测试器件结构的噪声参数包括最佳噪声系数一、最佳源阻抗一、等效输入阻抗一。
步骤三、利用所述散射参数一、所述散射参数二、所述散射参数三以及所述被测试器件结构的噪声参数进行去嵌入计算得到所述射频器件的噪声参数,所述射频器件的噪声参数包括最佳噪声系数二、最佳源阻抗二、等效输入阻抗二。
步骤三中所述去嵌计算包括如下步骤:
步骤1、将所述散射参数二转换成所述开路去嵌测试结构的导纳参数二,并将所述导纳参数二转换成所述开路去嵌测试结构的ABCD参数二。
步骤2、将所述散射参数三转换成所述直通去嵌测试结构的导纳参数三;将所述导纳参数三减去所述导纳参数二得到所述直通去嵌测试结构的金属线四的导纳参数四;将所述导纳参数四转换成所述直通去嵌测试结构的金属线四的散射参数四。
步骤3、根据所述金属线四的长度和所述散射参数四得到所述金属线四的归一化特征阻抗和传播常数。
步骤4、根据所述化特征阻抗、所述传播常数、所述金属线一的长度、所述金属线二的长度分别计算出所述被测试器件结构的所述金属线一的ABCD参数三、所述金属线二的ABCD参数四。
步骤5、结合所述ABCD参数二和所述ABCD参数三得到所述被测试器件结构的输入端ABCD参数;结合所述ABCD参数二和所述ABCD参数四得到所述被测试器件结构的输出端ABCD参数。
步骤6、将所述散射参数一转换成所述被测试器件结构的ABCD参数一;由所述ABCD参数一、所述输入端ABCD参数、所述输出端ABCD参数得到所述被测试器件结构的射频器件的ABCD参数五;由所述最佳噪声系数一、所述最佳源阻抗一、所述等效输入阻抗一计算得到所述被测试器件结构的相关性矩阵一;由所述输入端ABCD参数得到所述被测试器件结构的输入端的相关性矩阵二、由所述输出端ABCD参数得到所述被测试器件结构的输出端的相关性矩阵三。
步骤7、根据所述输入端ABCD参数、所述ABCD参数五、所述相关性矩阵一、所述相关性矩阵二、所述相关性矩阵三得到所述射频器件的所述最佳噪声系数二、所述最佳源阻抗二、所述等效输入阻抗二。
本发明方法只需采用一个直通去嵌测试结构就能精确得到射频器件的噪声参数,而且多个不同尺寸的被测试器件结构可以共用一个直通去嵌测试结构进行测试,这样就能大大减少硅片上直通去嵌测试结构的数量从而节省硅片面积;同时,减少测试时间、提高测试效率;也能大大降低成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有开路-直通去嵌入方法的去嵌结构示意图;
图2是现有开路-直通去嵌入方法的去嵌计算的流程图;
图3是本发明实施例开路-直通去嵌入方法流程示意图;
图4是本发明实施例开路-直通去嵌入方法的去嵌结构示意图;
图5是现有技术和本发明实施例中的被测试器件结构在去嵌计算中的结构框图;
图6是本发明实施例开路-直通去嵌入方法的去嵌计算的流程图一;
图7是本发明实施例开路-直通去嵌入方法的去嵌计算的流程图二;
图8A-图8D是现有技术和本发明实施例开路-直通去嵌入方法的测试结果对比图。
具体实施方式
如图3所示,是本发明实施例开路-直通去嵌入方法流程示意图;本发明实施例开路-直通去嵌入方法包括如下步骤:
步骤一、如图4所示,在硅片上形成一被测试器件结构1、一开路去嵌测试结构2、一直通去嵌测试结构3C;所述被测试器件结构1包括一射频器件11、一信号输入压焊块S1、一信号输出压焊块S2、四个接地压焊块,所述信号输入压焊块S1和所述射频器件11的输入端通过金属线一12相连,所述信号输出压焊块S2和所述射频器件11的输出端通过金属线二13相连,四个所述接地压焊块通过金属线三14互相连接并和所述射频器件11的接地端连接;所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2排列在直线一上,直线二和直线三对称的位于所述直线一的两侧且都和所述直线一平行,在所述直线二和所述直线三上各排列两个所述接地压焊块,所述直线二上两个所述接地压焊块G1、G2分别和所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2在垂直所述直线一的方向上对齐排列、所述直线三上两个所述接地压焊块G3、G4分别和所述信号输入压焊块S1、所述信号输出压焊块S2在垂直所述直线一的方向上对齐排列。所述开路去嵌测试结构2是在所述被测试器件结构1的基础上去除了所述射频器件11、所述金属线一12以及所述金属线二13。所述直通去嵌测试结构3C是在所述被测试器件结构1的基础上去除了所述射频器件11,且所述信号输入压焊块S1和所述信号输出压焊块S2之间通过金属线四12b相连、所述直线二上的两个所述接地压焊块G1、G2通过金属线五相连、所述直线三上的两个所述接地压焊块G3、G4通过金属线六相连、所述直线二上的所述接地压焊块G1、G2和所述直线三上的所述接地压焊块G3、G4不连接;所述金属线四12b的宽度为所述金属线一12或所述金属线二13的宽度的0.8倍~1.2倍,更优选择为所述金属线四12b的宽度等于所述金属线一12或所述金属线二13的宽度。
步骤二、分别测试得到所述被测试器件结构1的散射参数一[SDUT]、所述开路去嵌测试结构2的散射参数二[SPAD]、所述直通去嵌测试结构3C的散射参数三[STHRU]、所述被测试器件结构1的噪声参数;所述被测试器件结构1的噪声参数包括最佳噪声系数一NFmin DUT、最佳源阻抗一Yopt DUT、等效输入阻抗一Rn DUT。
步骤三、利用所述散射参数一[SDUT]、所述散射参数二[SPAD]、所述散射参数三[STHRU]以及所述被测试器件结构1的噪声参数进行去嵌入计算得到所述射频器件11的噪声参数,所述射频器件11的噪声参数包括最佳噪声系数一NFmin、最佳源阻抗一Yopt、等效输入阻抗一Rn。
如图6、图7所示,步骤三中所述去嵌计算包括如下步骤:
步骤1、将所述散射参数二[S
PAD]转换成所述开路去嵌测试结构2的导纳参数二Y
PAD,并将所述导纳参数二Y
PAD转换成所述开路去嵌测试结构2的ABCD参数二[A
PAD]。其中所述导纳参数二Y
PAD转换成ABCD参数二[A
PAD]可参考如图5所示的
步骤2、将所述散射参数三[STHRU]转换成所述直通去嵌测试结构3C的导纳参数三YTHRU;将所述导纳参数三YTHRU减去所述导纳参数二YPAD得到所述直通去嵌测试结构3C的金属线四12b的导纳参数四YINT;将所述导纳参数四YINT转换成所述直通去嵌测试结构3C的金属线四12b的散射参数四[SINT]。
步骤3、根据所述金属线四12b的长度和所述散射参数四[SINT]得到所述金属线四12b的归一化特征阻抗和传播常数。
步骤4、根据所述化特征阻抗、所述传播常数、所述金属线一12的长度、所述金属线二13的长度分别计算出所述被测试器件结构1的所述金属线一12的ABCD参数三[ATHRU1′]、所述金属线二13的ABCD参数四[ATHRU2′]。
步骤5、如图5所示,结合所述ABCD参数二[APAD]和所述ABCD参数三[ATHRU1′]得到所述被测试器件结构1的输入端ABCD参数[AIN];结合所述ABCD参数二[APAD]和所述ABCD参数四[ATHRU2′]得到所述被测试器件结构1的输出端ABCD参数[AOUT]。上述得到所述输入端ABCD参数[AIN]和所述输出端ABCD参数[AOUT]的方法由两种,第一种为采用如图6所示的方法,如图6中圆圈标记部分所示,首先在所述ABCD参数三[ATHRU1′]、所述ABCD参数四[ATHRU2′]的矩阵两侧分别乘以[APAD]分别得到金属线长度为所述金属线一12的长度的直通去嵌测试结构的所述ABCD参数[ATHRU1]、金属线长度为所述金属线二13的长度的直通去嵌测试结构的所述ABCD参数[ATHRU2];再按照如图2所述的现有去嵌计算的后续步骤计算所述[AIN]、[AOUT]。第二种为采用如图7所示的方法,如图7中圆圈标记部分所示,在所述ABCD参数三[ATHRU1′]的矩阵左侧乘以[APAD]直接得到所述输入端ABCD参数[AIN]、在所述ABCD参数四[ATHRU2′]的矩阵右侧乘以[APAD]直接得到所述输出端ABCD参数[AOUT]。得到所述输入端ABCD参数[AIN]、所述输出端ABCD参数[AOUT]后,本发明实施例去嵌计算的后续步骤和现有技术的去嵌计算相同,如下述的步骤6和7所述。
步骤6、将所述散射参数一[SDUT]转换成所述被测试器件结构1的ABCD参数一[ADUT];由所述ABCD参数一[ADUT]、所述输入端ABCD参数[AIN]、所述输出端ABCD参数[AOUT]得到所述被测试器件结构1的射频器件的ABCD参数五[ATRANS];由所述最佳噪声系数一NFmin DUT、所述最佳源阻抗一Yopt DUT、所述等效输入阻抗一Rn DUT计算得到所述被测试器件结构1的相关性矩阵一[CA DUT]。由所述输入端ABCD参数[AIN]、所述输出端ABCD参数[AOUT]转换得到对应的共轭转置[AIN]+、[AOUT]+;并得到相关性矩阵的转换矩阵[TIN]、[TOUT]及其共轭转置[TIN]+、[TOUT]+;由所述输入端ABCD参数[AIN]、所述输出端ABCD参数[AOUT]还能转换得到对应的阻抗参数[ZIN]、[ZOUT],并求出阻抗相关性参数[CZ IN]、[CZ OUT];由所述[TIN]、[TIN]+、[CZ IN]求出ABCD参数的相关性矩阵二[CA IN]、由所述[TOUT]、[TOUT]+、[CZ OUT]求出ABCD参数的相关性矩阵三[CA OUT]。
步骤7、根据所述输入端ABCD参数[A
IN]、所述ABCD参数五[A
TRANS]、所述相关性矩阵一[C
A DUT]、所述相关性矩阵二[C
A IN]、所述相关性矩阵三[C
A OUT]得到所述射频器件的相关性矩阵[C
A],由所述相关性矩阵[C
A]推导得到所述射频器件的噪声参数即:所述最佳噪声系数二NF
min、所述最佳源阻抗二Y
opt、所述等效输入阻抗二R
n。如图6和图7中所示,所述相关性矩阵
所述等效输入阻抗二
所述最佳源阻抗二
所述最佳噪声系数二
本发明方法只需采用一个直通去嵌测试结构就能精确得到射频器件的噪声参数,而且多个不同尺寸的被测试器件结构可以共用一个直通去嵌测试结构进行测试,这样就能大大减少硅片上直通去嵌测试结构的数量从而节省硅片面积;同时,减少测试时间、提高测试效率;也能大大降低成本。如图8A~图8D所示,为采用现有开路-直通去嵌入方法和本发明实施例开路-直通去嵌入方法测试的一异质结双极型晶体管(HBT)的射频器件的测试结果对比图,其中射频器件的发射极接地、基极接输入信号、集电极接输出信号,且器件的直流偏置设置为Vbe=0.7V、Vce=1V。图8A的横坐标为频率、纵坐标为NFmin;图8B的横坐标为频率、纵坐标为Rn;图8C的横坐标为频率、纵坐标为GOPT;图8D的横坐标为频率、纵坐标为BOPT。可以看出本发明方法和现有技术的吻合的非常好。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。