一種小信號量測的去嵌方法與流程
2023-11-06 11:41:12 4
本發明涉及半導體集成電路量測領域，特別涉及一種小信號量測的去嵌方法。
背景技術：
rf(射頻)量測中，量測的參考端面是先通過校準移至探針的針尖，再通過去嵌入移至器件端面。去嵌入時，只有準確合理的端面，才能量測並提取出器件的s散射參數數據。不合理的端面位置會給結果加入走線等的寄生效應或者扣去器件原有的小信號特性。當前常用去嵌入的方法是基於開路和短路兩個去嵌件，如附圖2、4和5所示。具體的，形成一待測件量測結構、一直通去嵌件和一開路去嵌件。具體的，如圖2所示，所述待測件量測結構包括一待測件dut、一信號輸入焊盤s1、一信號輸出焊盤s2、第一接地焊盤g1、第二接地焊盤g2、第三接地焊盤g3、第四接地焊盤g4、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2，所述信號輸入焊盤s1與所述待測件dut的輸入端通過接線金屬m1相連，所述信號輸出焊盤s2與所述待測件dut的輸出端通過接線金屬m2相連，所述第一接地背孔v1與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m3相連，所述第二接地背孔v2與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m4相連。如圖4所示，開路去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m3和所述接線金屬m4。如圖5所示，短路去嵌件是在所述所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m1、所述接線金屬m2、所述接線金屬m3及所述接線金屬m4，且所述信號輸入焊盤s1、信號輸出焊盤s2、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2之間通過所述接線金屬m5相連。現有的去嵌入的方法能量測並提取出器件的s散射參數數據，但對於帶孔器件，短路去嵌件包括部分器件帶孔部分，造成過度去嵌。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提出一種小信號量測的去嵌方法，在去嵌原理上，針對帶孔器件的去嵌方法，提出用直通去嵌件代替短路去嵌件，並將量得的直通去嵌件的結果通過算法提取出表徵電阻特性的等效短路特徵。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種小信號量測的去嵌方法，包括如下步驟：
步驟一，形成一待測件量測結構、一直通去嵌件和一開路去嵌件；所述待測件量測結構包括一待測件dut、一信號輸入焊盤s1、一信號輸出焊盤s2、第一接地焊盤g1、第二接地焊盤g2、第三接地焊盤g3、第四接地焊盤g4、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2，所述信號輸入焊盤s1與所述待測件dut的輸入端通過接線金屬m1相連，所述信號輸出焊盤s2與所述待測件dut的輸出端通過接線金屬m2相連，所述第一接地背孔v1與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m3相連，所述第二接地背孔v2與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m4相連；所述直通去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述第一接地背孔v1、所述第二接地背孔v2、所述接線金屬m3及所述接線金屬m4，且所述信號輸入焊盤s1和信號輸出焊盤s2之間通過所述接線金屬m1和所述接線金屬m2相連；所述開路去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m3和所述接線金屬m4；
步驟二，分別測試並提取所述待測件量測結構、開路去嵌件和直通去嵌件的s散射參數；
步驟三，通過算法將所述直通去嵌件的s散射參數提取出等效的短路去嵌件的s散射參數；
步驟四，將所述開路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數；
步驟五，將所述等效的短路去嵌件的s散射參數換成y導納參數，並與開路去嵌件的y導納參數進行矩陣計算，將得到的y導納參數轉換成z阻抗參數，該z阻抗參數為去除開路電容效應的短路去嵌件的z阻抗參數；
步驟六，將所述待測件量測結構的s散射參數分別轉換成y導納和z阻抗參數，並與所述開路去嵌件和已去除電容效應的等效短路去嵌件的對應參數進行矩陣計算，獲得去嵌後的s散射參數。
通過算法將所述直通去嵌件的s散射參數提取出等效的短路去嵌件的s散射參數，具體包括：
將所述直通去嵌件的s散射參數轉換成z阻抗參數；其中，對於二埠網絡，
對於所述直通去嵌件，在去嵌過程中假定其中心為地，據此算出等效的z阻抗參數其中，z12′＝z21′＝0；
將得到等效z阻抗參數，轉換成s散射參數，即得到等效的短路去嵌件的s散射參數。
所述獲得去嵌後的s散射參數的方法為：
用所述開路去嵌件的y參數yopen對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將sdut轉換成y參數ydut，然後計算得到ydut′＝ydut-yopen，再將得到ydut『轉換成s參數sdut′；
將所述等效的短路去嵌件的s散射參數轉換y參數yshort，計算得到yshort′＝yshort-yopen，去除短路去嵌件中的開路電容的影響；再將得到的yshort′轉換成z參數zshort′；
用得到的zshort′對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將計算得到的sdut′轉換成z參數zdut′，然後計算得到zdut″＝zdut′-zshort′；
將zdut″轉換成s參數sdut″，即為去嵌後的s散射參數。
本發明具有如下有益效果：
(1)避免短路去嵌件去嵌過程中，量測結果被過度去嵌；對於帶孔器件，避免過孔在去嵌過程中被去掉；
(2)合理的量測端面，能夠得到準確的小信號量測結果；
(3)直通去嵌件結構簡單，製作方便；
(4)直通去嵌件轉換成等效的短路去嵌件的計算過程方便。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的一種小信號量測的去嵌方法不局限於實施例。
附圖說明
圖1為本發明方法的流程示意圖；
圖2為本發明方法的待測件量測結構示意圖；
圖3為本發明方法的直通去嵌件結構示意圖；
圖4為本發明方法的開路去嵌件結構示意圖；
圖5為現有的短路去嵌件結構示意圖；
圖6為去嵌得到的s散射參數的讀取數據模塊外加入電感的電路圖；
圖7為現有技術的去嵌結果和本發明實施例的去嵌結果的對比圖。
具體實施方式
實施例一
參見圖1所示，本發明一種小信號量測的去嵌方法，包括如下步驟：
步驟一，形成一待測件量測結構、一直通去嵌件和一開路去嵌件。具體的，如圖2所示，所述待測件量測結構包括一待測件dut、一信號輸入焊盤s1、一信號輸出焊盤s2、第一接地焊盤g1、第二接地焊盤g2、第三接地焊盤g3、第四接地焊盤g4、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2，所述信號輸入焊盤s1與所述待測件dut的輸入端通過接線金屬m1相連，所述信號輸出焊盤s2與所述待測件dut的輸出端通過接線金屬m2相連，所述第一接地背孔v1與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m3相連，所述第二接地背孔v2與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m4相連。如圖3所示，所述直通去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述第一接地背孔v1、所述第二接地背孔v2、所述接線金屬m3及所述接線金屬m4，且所述信號輸入焊盤s1和信號輸出焊盤s2之間通過所述接線金屬m1和所述接線金屬m2相連。如圖4所示，所述開路去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m3和所述接線金屬m4。
步驟二，分別測試並提取所述待測件量測結構、開路去嵌件和直通去嵌件的s散射參數；
具體的，rf小信號量測系統中的矢量網絡分析儀在量測結束後，生成的數據格式即為s參數。
步驟三，通過算法將所述直通去嵌件的s散射參數提取出等效的短路去嵌件的s散射參數。
算法具體包括：
將所述直通去嵌件的s散射參數轉換成z阻抗參數；其中，對於二埠網絡，z參數，y參數和s參數都是2x2的矩陣，令獲得的z阻抗參數為
對於所述直通去嵌件，在去嵌過程中假定其中心為地，據此算出等效的z阻抗參數其中，z12′＝z21′＝0；
將得到等效z阻抗參數，轉換成s散射參數，即得到等效的短路去嵌件的s散射參數。
步驟四，將所述開路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數；
步驟五，將所述等效的短路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數，並與開路去嵌件的y導納參數進行矩陣計算，將得到的y導納參數轉換成z阻抗參數，該z阻抗參數為去除開路電容效應的短路去嵌件的z阻抗參數；
步驟六，將所述待測件量測結構的s散射參數分別轉換成y導納和z阻抗參數，並與所述開路去嵌件和已去除電容效應的等效短路去嵌件的對應參數進行矩陣計算，獲得去嵌後的s散射參數。
具體的，所述獲得去嵌後的s散射參數的方法為：
用所述開路去嵌件的y參數yopen對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將sdut轉換成y參數ydut，然後計算得到ydut′＝ydut-yopen，再將得到ydut『轉換成s參數sdut′；
將所述等效的短路去嵌件的s散射參數轉換y參數yshort，計算得到yshort′＝yshort-yopen，去除短路去嵌件中的開路電容的影響；再將得到的yshort′轉換成z參數zshort′；
用得到的zshort′對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將計算得到的sdut′轉換成z參數zdut′，然後計算得到zduy″＝zdut′-zshort′；
將zdut″轉換成s參數sdut″，即為去嵌後的s散射參數。
可以理解的是，本實施例中涉及到的s參數、y參數和z參數的相互轉換採用射頻工程中二埠網絡的基礎算法，本實施例不再詳細說明。
實施例二
步驟一，形成一待測件量測結構、一直通去嵌件和一開路去嵌件。具體的，如圖2所示，所述待測件量測結構包括一待測件dut、一信號輸入焊盤s1、一信號輸出焊盤s2、第一接地焊盤g1、第二接地焊盤g2、第三接地焊盤g3、第四接地焊盤g4、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2，所述信號輸入焊盤s1與所述待測件dut的輸入端通過接線金屬m1相連，所述信號輸出焊盤s2與所述待測件dut的輸出端通過接線金屬m2相連，所述第一接地背孔v1與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m3相連，所述第二接地背孔v2與所述待測件dut的接地端通過接線金屬m4相連。如圖3所示，所述直通去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述第一接地背孔v1、所述第二接地背孔v2、所述接線金屬m3及所述接線金屬m4，且所述信號輸入焊盤s1和信號輸出焊盤s2之間通過所述接線金屬m1和所述接線金屬m2相連。如圖4所示，所述開路去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m3和所述接線金屬m4。如圖5所示，短路去嵌件是在所述待測件量測結構的基礎上去除所述待測件dut、所述接線金屬m1、所述接線金屬m2、所述接線金屬m3及所述接線金屬m4，且所述信號輸入焊盤s1、信號輸出焊盤s2、第一接地背孔v1和第二接地背孔v2之間通過所述接線金屬m5相連。
步驟二，分別測試並提取所述待測件量測結構、開路去嵌件、直通去嵌件和短路去嵌件的s散射參數。
具體的，rf小信號量測系統中的矢量網絡分析儀在量測結束後，生成的數據格式即為s參數。
步驟三，通過算法將所述直通去嵌件的s散射參數提取出等效的短路去嵌件的s散射參數。
算法具體包括：
將所述直通去嵌件的s散射參數轉換成z阻抗參數；其中，對於二埠網絡，z參數，y參數和s參數都是2x2的矩陣，令獲得的z阻抗參數為
對於所述直通去嵌件，在去嵌過程中假定其中心為地，據此算出等效的z阻抗參數其中，z12′＝z21′＝0；
將得到等效z阻抗參數，轉換成s散射參數，即得到等效的短路去嵌件的s散射參數。
步驟四，將所述開路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數；
步驟五，將所述等效的短路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數，並與開路去嵌件的y導納參數進行矩陣計算，將得到的y導納參數轉換成z阻抗參數，該z阻抗參數為去除開路電容效應的等效短路去嵌件的z阻抗參數；
步驟六，將所述待測件量測結構的s散射參數分別轉換成y導納和z阻抗參數，並與所述開路去嵌件和所述已去除電容效應的等效短路去嵌件的對應參數進行矩陣計算，獲得使用本專利方法進行去嵌的s散射參數。
步驟七，將所述短路去嵌件的s散射參數轉換成y導納參數，並與開路去嵌件的y導納參數進行矩陣計算，將得到的y導納參數轉換成z阻抗參數，該z阻抗參數為去除開路電容效應的短路去嵌件的z阻抗參數；
步驟八，結合步驟6轉換的y導納和z阻抗參數，並與所述開路去嵌件和已去除電容效應的短路去嵌件的對應參數進行矩陣計算，獲得現有技術去嵌後的s散射參數。
步驟九，根據圓柱體電感的計算公式算出背孔的電感值，根據平面電感的計算公式算出器件內部金屬走線的電感值。
具體的，
其中μ為磁導率，h為晶圓厚度，r為背孔的開孔半徑，l為走線長度，w為走線寬度。
步驟十，在仿真軟體中，根據步驟九中計算得到的電感值，在現有技術去嵌得到的s散射參數的讀取數據模塊外，再加入相同電感值的理想電感，參見圖6所示。
步驟十一，比較加入電感後的現有技術去嵌結果和本專利的去嵌結果，發現仿真結果吻合。
具體的，所述獲得去嵌後的s散射參數的方法為：
第一，用所述開路去嵌件的y參數yopen對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將sdut轉換成y參數ydut，然後計算得到ydut′＝ydut-yopen，再將得到ydut『轉換成s參數sdut′；
將所述等效的短路去嵌件的s散射參數轉換y參數yshort，計算得到yshort′＝yshort-yopen，去除短路去嵌件中的開路電容的影響；再將得到的yshort′轉換成z參數zshort′；
用得到的zshort′對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將計算得到的sdut′轉換成z參數zdut′，然後計算得到zdut″＝zdut′-zshort′；
將zdut″轉換成s參數sdut″，即為本專利去嵌後的s散射參數。
第二，用所述開路去嵌件的y參數yopen對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將sdut轉換成y參數ydut，然後計算得到ydut′＝ydut-yoprn，再將得到ydut『轉換成s參數sdut′；
將所述短路去嵌件的s散射參數轉換y參數y2short，計算得到y2short′＝y2short-yopen，去除短路去嵌件中的開路電容的影響；再將得到的y2short′轉換成z參數z2short′；
用得到的z2short′對所述待測件量測結構的s參數sdut進行去嵌入；先將計算得到的sdut′轉換成z參數zdut′，然後計算得到z2dut″＝zdut′-z2short′；
將z2dut″轉換成s參數s2dut″，即為現有技術去嵌後的s散射參數。
第三，將得到的s散射參數sdut″和s2dut″分別導入仿真軟體中，參見圖6所示，對s2dut″數據讀取模塊外再添加三個電感，電感值由下列公式計算所得。
參見圖7所示，加上背孔電感和器件內部金屬線電感的現有技術的去嵌結果和本發明實施例的去嵌結果吻合，表明本發明技術方案能夠在去嵌過程中很好的保留下背孔的效應，同時說明本專利去嵌方法可以準確的將量測端面從針尖移到器件端面和地。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。