晶圆上特性表征-编程知识

测试仪器：

半导体器件表征系统（DC&CV）：Keysight B1500A

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半导体器件分析仪（B1500A）测量能力：
1.IV、CV、脉冲/动态IV范围为0.1 fA-1 A/0.5 uV-200 V
2.器件、材料、半导体、有源/无源元件的评估
3.1kHz至5MHz多频率下的交流电容测量
4.NBTI/PBTI，电荷泵送，电迁移，热载流子注入，TDDB，
5.脉冲IV测量最小10ns栅极脉冲宽度，具有2ns上升和下降时间，具有1us当前测量分辨率

以下模块和附件可用于B1500A：

B1520A CMU：1 kHz至5 MHz CV能力（1个插槽）
B1511A MPSMU：100 mA/100 V力能力，10 fA/0.5 mV测量分辨率（1个插槽）
B1517A HRSMU：100 mA/100 V的强制能力。1 fA/0.5 mV测量分辨率（1个插槽）
B1510A HPSMU：1 A/200 V力能力，10 fA/2 mV测量分辨率（2个插槽）
N1301A-100/102:SMU CMU统一单元（SCUU）和电缆组件
N1301A-200/201/202：保护开关单元（GSWU）电缆组件
E5288A ASU：0.1 fA/0.5 mV测量分辨率，支持IV/CV切换ASU（Atto-sense/switching unit）可与用其校准的HRSMU一起使用。SCUU可与CMU（插槽N）、SMU（插槽N-1）和SMU（槽N-2）一起使用。GSWU可以与SCUU一起使用。

脉冲IV系统：Maury Microwaves AM3221

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主要功能：

==双极+25V/1A（栅极）和高压250V/30A（漏极）==型号
脉冲宽度低至200ns
高精度IV测量
同步脉冲S参数测量
混合和匹配输入和输出脉冲发生器
长达数十秒和数百秒的长脉冲，用于捕获和热表征
嵌入式快速测量采样器
以太网和USB控制

射频测量：网络分析仪

通常使用范围为-10KHz至-200 GHz。
在双端口配置中测量DUT的反射和透射特性
RF波被注入到DUT并且反射，并且传输被测量。也可以测量反向，允许S₁₁、S₁₂、S₂₁和S₂₂测量

网络分析仪通常测量s参数，因为在高频下很容易测量电网的反射和传输，但也有其他网络参数集，如y参数、z参数和h参数。网络分析器通常用于表征放大器和滤波器等双端口网络，但它们也可以用于具有任意端口数的网络。
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高频器件特性（微波网络分析仪）

100Khz至8.5 GHz和10 MHz至43.5 GHz
具有两个内置电源的2端口和4端口
高输出功率（+16 dBm）
最佳动态精度：0.1 dB压缩，接收器输入功率为+15 dBm
在10 Hz中频带宽下，低噪声本底为-111 dBm

功率器件表征系统：KeysightB1505

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适用于1500 A和10 kV以下电力设备特性的一体化解决方案
具有高电压偏置的中等电流测量（例如，在1200V时为500mA）
uΩ电阻测量能力
在高电压偏置下进行精确的亚皮安级电流测量
在高达3000 V的直流偏压下进行全自动电容测量
低至10 us的高功率脉冲测量
封装器件和片上IGBT/FET栅极电荷测量
用于表征GaN电流崩溃效应的高电压/高电流快速开关选项
从-50摄氏度到+250摄氏度的全自动热测试

N8975B噪声系数分析仪，多点触摸，10 MHz至26.5 GHz

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N8975B高性能噪声系数分析仪旨在进行快速、准确和可重复的噪声系数测量。
主要功能和规格：

单盒解决方案的频率范围为10 MHz至26.5 GHz
包括频谱分析仪和IQ分析仪（基本）模式
N型（f）输入连接器
SNS系列噪声源兼容性：N4000A、N4001A、N4002A
使用特殊的块下变频器将NFA解决方案扩展到110 GHz
包括U7227C 100 MHz至26.5 GHz外部USB前置放大器

测量软件

Keysight Connection Exeprt：用于确认仪器连接是否需要设置
Keysight IC-CAP：用于DUT的IV、CV和RF测量以及紧凑建模和参数扩展
WinCal：用于校准至DUT参考平面、S参数测量和功率放大器测量
IVCAD：用于PIV、DC IV、负载拉力和RF测量

校准

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考虑与VNA连接到DUT相关的寄生效应所需的测量设置的校准
连接会导致额外的损耗、反射不连续性和相移
通过测量位于DUT参考平面处的已知标准物（用于晶片上测量的探针尖端，并应用算法来确定12个误差项）来实现校准
可用的几种校准技术
-开路短路
-SOLT（短开路负载直通）
-SOLR（短开路负载往复）
-TRL（直通反射线）
-LRM/LRRM（线反射匹配/线反射匹配）
不同的技术需要不同的标准，但一般来说，对于非常低的已知寄生现象，标准必须是精确的
使用具有精确定义标准的特殊阻抗标准基板（ISS）
-通常使用SOLT，即使用于110GHz测量

阻抗标准衬底（续）

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S参数测量

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测量的S参数使用矢量网络分析仪（VNA）（例如。安捷伦E5071C ENA频率范围为100kHz-8.5GHz）
去嵌入
-使用去嵌入去除寄生
-使用校准基板去除探针/导线寄生
-使用OPEN-SHORT去嵌入来去嵌入焊盘到器件寄生

去嵌

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即使进行了校准，由于晶片上测试结构互连（探针焊盘、传输线、接地平面等），参考平面仍然不在本征器件的边界处
-必须测量额外的晶圆上测试结构，以校准（消除）剩余的寄生效应
最常见的片上去嵌技术是OPEN-SHORT方法，其中
-OPEN测试结构被设计去表示平行（G）寄生
-SHORT测试结构被设计去表示串联（Z）寄生
如果OPEN、SHORT和DUT本质上是线性和时不变的（LTI），则去嵌入结果是有效的
-OPEN和SHORT是被动的，因此LTI
-如果DUT与施加的输入功率呈线性关系，则DUT为LTI——在选择S参数测量的功率水平时必须小心

测量和去嵌入

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校准后，测量参考平面位于探头尖端
测量的是器件的响应和与焊盘相关的寄生效应

去嵌入和验证测试结构

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去嵌入（续）

OPEN-SHORT去嵌入方法：
1.测量嵌入焊盘集中的DUT的S参数（S_meas）。
2.测量OPEN和SHORT去嵌入标准（分别为S_open和S_short）的S参数。
3.转换S_open和S_short到 Y参数（分别为Y_open和Y_short）。从Y_open中减去Y_short，得到Y’_short（去除焊盘和衬底的并联电容和电阻贡献的短标准的Y参数）。
4.将Y’_short或转换为Z’_short。Z’_short现在表示由三个串联阻抗（Z1、Z2和Z3）组成的组合网络。
5.将S_meas转换为Y_meas，并从中减去Y_open。这产生Y’_meas（DUT的Y-参数，去掉焊盘和衬底的并联电容和电阻贡献）。将Y’_meas转换为Z’_meas，其中除了所需的DUT端子特性外，还包含与Z1、Z2和Z3相关的串联阻抗。
6.从Z’_short减去Z’_meas，得到Z”_meas（在没有所有焊盘集寄生的情况下，DUT的Z参数），最后将Z”_meas转换回焊盘集校正后的S参数（S”_meas），用于分析DUT端子特性。