CN107167724B - 一种小信号量测的去嵌方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小信号量测的去嵌方法，包括：形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件；分别测试并且提取待测件量测结构、开路去嵌件和直通去嵌件的S散射参数；通过算法将直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数；将开路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数；将等效的短路去嵌件的S散射参数转换成Z阻抗参数；将待测件量测结构的S散射参数分别转换成Y导纳和Z阻抗参数，并与开路去嵌件和等效的短路去嵌件的应参数进行矩阵计算，获得去嵌后的S散射参数。对于带孔器件，本发明方法可以避免短路去嵌件去嵌过程中，量测结果被过度去嵌。

Description

一种小信号量测的去嵌方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路量测领域，特别涉及一种小信号量测的去嵌方法。

背景技术

RF(射频)量测中，量测的参考端面是先通过校准移至探针的针尖，再通过去嵌入移至器件端面。去嵌入时，只有准确合理的端面，才能量测并提取出器件的S散射参数数据。不合理的端面位置会给结果加入走线等的寄生效应或者扣去器件原有的小信号特性。当前常用去嵌入的方法是基于开路和短路两个去嵌件，如附图2、4和5所示。具体的，形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件。具体的，如图2所示，所述待测件量测结构包括一待测件DUT、一信号输入焊盘S1、一信号输出焊盘S2、第一接地焊盘G1、第二接地焊盘G2、第三接地焊盘G3、第四接地焊盘G4、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2，所述信号输入焊盘S1与所述待测件DUT的输入端通过接线金属M1相连，所述信号输出焊盘S2与所述待测件DUT的输出端通过接线金属M2相连，所述第一接地背孔V1与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M3相连，所述第二接地背孔V2与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M4相连。如图4所示，开路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M3和所述接线金属M4。如图5所示，短路去嵌件是在所述所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M1、所述接线金属M2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1、信号输出焊盘S2、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2之间通过所述接线金属M5相连。现有的去嵌入的方法能量测并提取出器件的S散射参数数据，但对于带孔器件，短路去嵌件包括部分器件带孔部分，造成过度去嵌。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种小信号量测的去嵌方法，在去嵌原理上，针对带孔器件的去嵌方法，提出用直通去嵌件代替短路去嵌件，并将量得的直通去嵌件的结果通过算法提取出表征电阻特性的等效短路特征。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小信号量测的去嵌方法，包括如下步骤：

步骤一，形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件；所述待测件量测结构包括一待测件DUT、一信号输入焊盘S1、一信号输出焊盘S2、第一接地焊盘G1、第二接地焊盘G2、第三接地焊盘G3、第四接地焊盘G4、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2，所述信号输入焊盘S1与所述待测件DUT的输入端通过接线金属M1相连，所述信号输出焊盘S2与所述待测件DUT的输出端通过接线金属M2相连，所述第一接地背孔V1与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M3相连，所述第二接地背孔V2与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M4相连；所述直通去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述第一接地背孔V1、所述第二接地背孔V2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1和信号输出焊盘S2之间通过所述接线金属M1和所述接线金属M2相连；所述开路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M3和所述接线金属M4；

步骤二，分别测试并提取所述待测件量测结构、开路去嵌件和直通去嵌件的S散射参数；

步骤三，通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数；

步骤四，将所述开路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数；

步骤五，将所述等效的短路去嵌件的S散射参数换成Y导纳参数，并与开路去嵌件的Y导纳参数进行矩阵计算，将得到的Y导纳参数转换成Z阻抗参数，该Z阻抗参数为去除开路电容效应的短路去嵌件的Z阻抗参数；

步骤六，将所述待测件量测结构的S散射参数分别转换成Y导纳和Z阻抗参数，并与所述开路去嵌件和已去除电容效应的等效短路去嵌件的对应参数进行矩阵计算，获得去嵌后的S散射参数。

通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数，具体包括：

将所述直通去嵌件的S散射参数转换成Z阻抗参数；其中，对于二端口网络，

对于所述直通去嵌件，在去嵌过程中假定其中心为地，据此算出等效的Z阻抗参数其中，Z^12′＝Z^21′＝0；

将得到等效Z阻抗参数，转换成S散射参数，即得到等效的短路去嵌件的S散射参数。

所述获得去嵌后的S散射参数的方法为：

用所述开路去嵌件的Y参数Y^open对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将S^DUT转换成Y参数Y^DUT，然后计算得到Y^DUT′＝Y^DUT-Y^open，再将得到Y^DUT‘转换成S参数S^DUT′；

将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换Y参数Y^short，计算得到Y^short′＝Y^short-Y^open，去除短路去嵌件中的开路电容的影响；再将得到的Y^short′转换成Z参数Z^short′；

用得到的Z^short′对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将计算得到的S^DUT′转换成Z参数Z^DUT′，然后计算得到Z^DUT″＝Z^DUT′-Z^short′；

将Z^DUT″转换成S参数S^DUT″，即为去嵌后的S散射参数。

本发明具有如下有益效果：

(1)避免短路去嵌件去嵌过程中，量测结果被过度去嵌；对于带孔器件，避免过孔在去嵌过程中被去掉；

(2)合理的量测端面，能够得到准确的小信号量测结果；

(3)直通去嵌件结构简单，制作方便；

(4)直通去嵌件转换成等效的短路去嵌件的计算过程方便。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种小信号量测的去嵌方法不局限于实施例。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为本发明方法的待测件量测结构示意图；

图3为本发明方法的直通去嵌件结构示意图；

图4为本发明方法的开路去嵌件结构示意图；

图5为现有的短路去嵌件结构示意图；

图6为去嵌得到的S散射参数的读取数据模块外加入电感的电路图；

图7为现有技术的去嵌结果和本发明实施例的去嵌结果的对比图。

具体实施方式

实施例一

参见图1所示，本发明一种小信号量测的去嵌方法，包括如下步骤：

步骤一，形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件。具体的，如图2所示，所述待测件量测结构包括一待测件DUT、一信号输入焊盘S1、一信号输出焊盘S2、第一接地焊盘G1、第二接地焊盘G2、第三接地焊盘G3、第四接地焊盘G4、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2，所述信号输入焊盘S1与所述待测件DUT的输入端通过接线金属M1相连，所述信号输出焊盘S2与所述待测件DUT的输出端通过接线金属M2相连，所述第一接地背孔V1与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M3相连，所述第二接地背孔V2与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M4相连。如图3所示，所述直通去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述第一接地背孔V1、所述第二接地背孔V2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1和信号输出焊盘S2之间通过所述接线金属M1和所述接线金属M2相连。如图4所示，所述开路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M3和所述接线金属M4。

步骤二，分别测试并提取所述待测件量测结构、开路去嵌件和直通去嵌件的S散射参数；

具体的，RF小信号量测系统中的矢量网络分析仪在量测结束后，生成的数据格式即为S参数。

步骤三，通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数。

算法具体包括：

将所述直通去嵌件的S散射参数转换成Z阻抗参数；其中，对于二端口网络，Z参数，Y参数和S参数都是2x2的矩阵，令获得的Z阻抗参数为

对于所述直通去嵌件，在去嵌过程中假定其中心为地，据此算出等效的Z阻抗参数其中，Z^12′＝Z^21′＝0；

将得到等效Z阻抗参数，转换成S散射参数，即得到等效的短路去嵌件的S散射参数。

步骤四，将所述开路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数；

步骤五，将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数，并与开路去嵌件的Y导纳参数进行矩阵计算，将得到的Y导纳参数转换成Z阻抗参数，该Z阻抗参数为去除开路电容效应的短路去嵌件的Z阻抗参数；

步骤六，将所述待测件量测结构的S散射参数分别转换成Y导纳和Z阻抗参数，并与所述开路去嵌件和已去除电容效应的等效短路去嵌件的对应参数进行矩阵计算，获得去嵌后的S散射参数。

具体的，所述获得去嵌后的S散射参数的方法为：

用所述开路去嵌件的Y参数Y^open对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将S^DUT转换成Y参数Y^DUT，然后计算得到Y^DUT′＝Y^DUT-Y^open，再将得到Y^DUT‘转换成S参数S^DUT′；

将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换Y参数Y^short，计算得到Y^short′＝Y^short-Y^open，去除短路去嵌件中的开路电容的影响；再将得到的Y^short′转换成Z参数Z^short′；

用得到的Z^short′对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将计算得到的S^DUT′转换成Z参数Z^DUT′，然后计算得到Z^DUY″＝Z^DUT′-Z^short′；

将Z^DUT″转换成S参数S^DUT″，即为去嵌后的S散射参数。

可以理解的是，本实施例中涉及到的S参数、Y参数和Z参数的相互转换采用射频工程中二端口网络的基础算法，本实施例不再详细说明。

实施例二

步骤一，形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件。具体的，如图2所示，所述待测件量测结构包括一待测件DUT、一信号输入焊盘S1、一信号输出焊盘S2、第一接地焊盘G1、第二接地焊盘G2、第三接地焊盘G3、第四接地焊盘G4、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2，所述信号输入焊盘S1与所述待测件DUT的输入端通过接线金属M1相连，所述信号输出焊盘S2与所述待测件DUT的输出端通过接线金属M2相连，所述第一接地背孔V1与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M3相连，所述第二接地背孔V2与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M4相连。如图3所示，所述直通去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述第一接地背孔V1、所述第二接地背孔V2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1和信号输出焊盘S2之间通过所述接线金属M1和所述接线金属M2相连。如图4所示，所述开路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M3和所述接线金属M4。如图5所示，短路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M1、所述接线金属M2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1、信号输出焊盘S2、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2之间通过所述接线金属M5相连。

步骤二，分别测试并提取所述待测件量测结构、开路去嵌件、直通去嵌件和短路去嵌件的S散射参数。

具体的，RF小信号量测系统中的矢量网络分析仪在量测结束后，生成的数据格式即为S参数。

步骤三，通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数。

算法具体包括：

将所述直通去嵌件的S散射参数转换成Z阻抗参数；其中，对于二端口网络，Z参数，Y参数和S参数都是2x2的矩阵，令获得的Z阻抗参数为

对于所述直通去嵌件，在去嵌过程中假定其中心为地，据此算出等效的Z阻抗参数其中，Z^12′＝Z^21′＝0；

将得到等效Z阻抗参数，转换成S散射参数，即得到等效的短路去嵌件的S散射参数。

步骤四，将所述开路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数；

步骤五，将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数，并与开路去嵌件的Y导纳参数进行矩阵计算，将得到的Y导纳参数转换成Z阻抗参数，该Z阻抗参数为去除开路电容效应的等效短路去嵌件的Z阻抗参数；

步骤六，将所述待测件量测结构的S散射参数分别转换成Y导纳和Z阻抗参数，并与所述开路去嵌件和所述已去除电容效应的等效短路去嵌件的对应参数进行矩阵计算，获得使用本专利方法进行去嵌的S散射参数。

步骤七，将所述短路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数，并与开路去嵌件的Y导纳参数进行矩阵计算，将得到的Y导纳参数转换成Z阻抗参数，该Z阻抗参数为去除开路电容效应的短路去嵌件的Z阻抗参数；

步骤八，结合步骤6转换的Y导纳和Z阻抗参数，并与所述开路去嵌件和已去除电容效应的短路去嵌件的对应参数进行矩阵计算，获得现有技术去嵌后的S散射参数。

步骤九，根据圆柱体电感的计算公式算出背孔的电感值，根据平面电感的计算公式算出器件内部金属走线的电感值。

具体的，

其中μ为磁导率，h为晶圆厚度，r为背孔的开孔半径，l为走线长度，w为走线宽度。

步骤十，在仿真软件中，根据步骤九中计算得到的电感值，在现有技术去嵌得到的S散射参数的读取数据模块外，再加入相同电感值的理想电感，参见图6所示。

步骤十一，比较加入电感后的现有技术去嵌结果和本专利的去嵌结果，发现仿真结果吻合。

具体的，所述获得去嵌后的S散射参数的方法为：

第一，用所述开路去嵌件的Y参数Y^open对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将S^DUT转换成Y参数Y^DUT，然后计算得到Y^DUT′＝Y^DUT-Y^open，再将得到Y^DUT‘转换成S参数S^DUT′；

将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换Y参数Y^short，计算得到Y^short′＝Y^short-Y^open，去除短路去嵌件中的开路电容的影响；再将得到的Y^short′转换成Z参数Z^short′；

用得到的Z^short′对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将计算得到的S^DUT′转换成Z参数Z^DUT′，然后计算得到Z^DUT″＝Z^DUT′-Z^short′；

将Z^DUT″转换成S参数S^DUT″，即为本专利去嵌后的S散射参数。

第二，用所述开路去嵌件的Y参数Y^open对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将S^DUT转换成Y参数Y^DUT，然后计算得到Y^DUT′＝Y^DUT-Y^oprn，再将得到Y^DUT‘转换成S参数S^DUT′；

将所述短路去嵌件的S散射参数转换Y参数Y2^short，计算得到Y2^short′＝Y2^short-Y^open，去除短路去嵌件中的开路电容的影响；再将得到的Y2^short′转换成Z参数Z2^short′；

用得到的Z2^short′对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将计算得到的S^DUT′转换成Z参数Z^DUT′，然后计算得到Z2^DUT″＝Z^DUT′-Z2^short′；

将Z2^DUT″转换成S参数S2^DUT″，即为现有技术去嵌后的S散射参数。

第三，将得到的S散射参数S^DUT″和S2^DUT″分别导入仿真软件中，参见图6所示，对S2^DUT″数据读取模块外再添加三个电感，电感值由下列公式计算所得。

参见图7所示，加上背孔电感和器件内部金属线电感的现有技术的去嵌结果和本发明实施例的去嵌结果吻合，表明本发明技术方案能够在去嵌过程中很好的保留下背孔的效应，同时说明本专利去嵌方法可以准确的将量测端面从针尖移到器件端面和地。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种小信号量测的去嵌方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，形成一待测件量测结构、一直通去嵌件和一开路去嵌件；所述待测件量测结构包括一待测件DUT、一信号输入焊盘S1、一信号输出焊盘S2、第一接地焊盘G1、第二接地焊盘G2、第三接地焊盘G3、第四接地焊盘G4、第一接地背孔V1和第二接地背孔V2，所述信号输入焊盘S1与所述待测件DUT的输入端通过接线金属M1相连，所述信号输出焊盘S2与所述待测件DUT的输出端通过接线金属M2相连，所述第一接地背孔V1与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M3相连，所述第二接地背孔V2与所述待测件DUT的接地端通过接线金属M4相连；所述直通去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述第一接地背孔V1、所述第二接地背孔V2、所述接线金属M3及所述接线金属M4，且所述信号输入焊盘S1和信号输出焊盘S2之间通过所述接线金属M1和所述接线金属M2相连；所述开路去嵌件是在所述待测件量测结构的基础上去除所述待测件DUT、所述接线金属M3和所述接线金属M4；

步骤二，分别测试并提取所述待测件量测结构、开路去嵌件和直通去嵌件的S散射参数；

步骤三，通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数；

步骤四，将所述开路去嵌件的S散射参数转换成Y导纳参数；

步骤五，将所述等效的短路去嵌件的S散射参数换成Y导纳参数，并与开路去嵌件的Y导纳参数进行矩阵计算，将得到的Y导纳参数转换成Z阻抗参数，该Z阻抗参数为去除开路电容效应的短路去嵌件的Z阻抗参数；

步骤六，将所述待测件量测结构的S散射参数分别转换成Y导纳和Z阻抗参数，并与所述开路去嵌件和已去除电容效应的等效短路去嵌件的对应参数进行矩阵计算，获得去嵌后的S散射参数；

通过算法将所述直通去嵌件的S散射参数提取出等效的短路去嵌件的S散射参数，具体包括：

将所述直通去嵌件的S散射参数转换成Z阻抗参数；其中，对于二端口网络，

对于所述直通去嵌件，在去嵌过程中假定其中心为地，据此算出等效的Z阻抗参数其中，Z¹²′＝Z²¹′＝0：

将得到等效Z阻抗参数，转换成S散射参数，即得到等效的短路去嵌件的S散射参数。

2.根据权利要求1所述的小信号量测的去嵌方法，其特征在于，所述获得去嵌后的S散射参数的方法为：

用所述开路去嵌件的Y参数Y^open对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将S^DUT转换成Y参数Y^DUT，然后计算得到Y^DUT′＝Y^DUT-Y^open，再将得到Y^DUT′转换成S参数S^DUT′；

将所述等效的短路去嵌件的S散射参数转换Y参数Y^short，计算得到Y^short′＝Y^short-Y^open，去除短路去嵌件中的开路电容的影响；再将得到的Y^short′转换成Z参数Z^short′；

用得到的Z^short′对所述待测件量测结构的S参数S^DUT进行去嵌入；先将计算得到的S^DUT′转换成Z参数Z^DUT′，然后计算得到Z^DUT″＝Z^DUT′-Z^short′；

将Z^DUT″转换成S参数S^DUT″，即为去嵌后的S散射参数。