目前微波半導(dǎo)體芯片在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和應(yīng)用等環(huán)節(jié)需要使用在片（On-wafer）測(cè)試設(shè)備，但目前各研究機(jī)構(gòu)、單位或公司主要使用國(guó)外微波測(cè)試產(chǎn)品。而中電科思儀科技股份有限公司生產(chǎn)的的3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可直接應(yīng)用于On-wafer測(cè)試。配合手動(dòng)探針臺(tái)，或半自動(dòng)探針臺(tái)的手動(dòng)模式，即可滿足部分芯片的On-wafer測(cè)試需求，可用于芯片設(shè)計(jì)測(cè)試、芯片高低溫老練等場(chǎng)景。

本文設(shè)計(jì)了On-wafer測(cè)試試驗(yàn)，搭建基于3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試系統(tǒng)，通過對(duì)8寸晶圓的某被測(cè)件測(cè)試，介紹片上校準(zhǔn)、片上測(cè)試的基本步驟。

1.系統(tǒng)組成

1.1 測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示，此系統(tǒng)的主要組成為：

（1）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。型號(hào)3672D，頻段10MHz~50GHz；

（2）探針臺(tái)。型號(hào)：CASCADE 12652B-6；

（3）GSG探針。型號(hào)：CASCADE I67-A-GSG-150，間距150μm，2個(gè)；

（4）校準(zhǔn)件。型號(hào)：CASCADE 101-190C，如圖2所示。

1.2被測(cè)晶圓

被測(cè)晶圓為8寸晶圓，無(wú)源元器件，關(guān)注的頻率范圍是100MHz-20GHz，晶圓如圖3所示。

圖1  在片測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

圖2  校準(zhǔn)件

圖3  被測(cè)晶圓

2 測(cè)試流程

2.1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀設(shè)置

（1）開啟矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀預(yù)熱充分；

（2）根據(jù)測(cè)試要求及預(yù)測(cè)試分析，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)定值及設(shè)置方法如表1所示。

表1 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試設(shè)置及方法

2.2 系統(tǒng)校準(zhǔn)

（1）定位及顯示校準(zhǔn)片

開啟探針臺(tái)，按如圖4所示的步驟依次操作定位校準(zhǔn)片位置。

圖4  定位、顯示校準(zhǔn)件步驟

（2）顯示及校準(zhǔn)探針

探針支架結(jié)構(gòu)如圖5所示，包含四個(gè)可調(diào)旋鈕控制探針的X、Y、Z和ρ方向，ρ是探針繞Y軸的翻滾角，可調(diào)整探針姿態(tài)。移動(dòng)探針并在顯微鏡中觀察直至出現(xiàn)探針的模糊影像；任選一校準(zhǔn)件扎下探針，觀察扎痕深淺情況，若扎痕深淺不一致（如圖6所示）需要調(diào)整ρ直至深淺一致（如圖7所示）。

圖5  探針支架結(jié)構(gòu)

圖6  扎痕深淺不一致需調(diào)整

圖7  扎痕深淺一致

（3）校準(zhǔn)設(shè)置

矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中選擇【校準(zhǔn)】→[校準(zhǔn)…]→[非向?qū)?zhǔn)]，根據(jù)校準(zhǔn)件和被測(cè)件，本次校準(zhǔn)采用全雙端口SOLT校準(zhǔn)。進(jìn)入校準(zhǔn)界面如圖8所示，點(diǎn)擊[選擇校準(zhǔn)件]，在彈出窗口中選擇已編輯好的校準(zhǔn)件“I67_GSG_150_2”；

圖8  矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)界面

（4）校準(zhǔn)

全雙端口SOLT校準(zhǔn)包括開路、短路、負(fù)載和直通4種校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，4種標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)應(yīng)4種片上的校準(zhǔn)件（如圖9所示）。以開路校準(zhǔn)為例，在顯微鏡中定位開路校準(zhǔn)件，扎下探針，點(diǎn)擊如圖8所示校準(zhǔn)界面的[開路]，彈窗中點(diǎn)擊 [PROBE(OPEN)]，完成后發(fā)出提示音表示此標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)完成，[開路]變?yōu)榫G色。端口2的[開路]校準(zhǔn)方法同上。 [短路]、[負(fù)載]和[直通]均按此方法依次校準(zhǔn)。

圖9  片上的4種校準(zhǔn)件

（5）保存校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

校準(zhǔn)完成后，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可保存.cst校準(zhǔn)文件方便回調(diào)。

（6）校準(zhǔn)后系統(tǒng)驗(yàn)證

為驗(yàn)證校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，校準(zhǔn)后測(cè)量校準(zhǔn)片上的其它校準(zhǔn)件，結(jié)果如表2所示。驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)果表明：系統(tǒng)已被校正完成，可以進(jìn)行測(cè)試。

表2  校準(zhǔn)后系統(tǒng)驗(yàn)證

注意：

? 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀開機(jī)后要預(yù)熱充分使系統(tǒng)穩(wěn)定，否則校準(zhǔn)或測(cè)試結(jié)果可能產(chǎn)生漂移；

? 安裝探針與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的連接電纜時(shí)，連接要可靠且電纜線盡量固定，保證測(cè)量過程中不發(fā)生移動(dòng)；

? 探針為易損件且價(jià)格昂貴，在測(cè)試過程中應(yīng)避免磕碰；

? 在扎下探針時(shí)，力度要控制在合理范圍內(nèi)。力度太輕容易造成測(cè)量不穩(wěn)定，太重則會(huì)縮短探針壽命，甚至損壞探針；

? 任何調(diào)整探針位置及姿態(tài)的操作都要在探針與測(cè)試件分離的情況下進(jìn)行。

2.3 測(cè)試

校準(zhǔn)完成，開始對(duì)被測(cè)件進(jìn)行測(cè)試。

（1）定位被測(cè)件

載物臺(tái)的控制旋鈕如圖10所示。拉起安全壓桿，將校準(zhǔn)片從載物臺(tái)上移除，放置被測(cè)件，放下安全壓桿。圖中X、Y和θ三個(gè)旋鈕可分別調(diào)節(jié)載物臺(tái)的X、Y和θ方向，其中θ是載物臺(tái)繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角。平移載物臺(tái)，使顯微鏡中可觀測(cè)到被測(cè)件，被測(cè)件如圖11所示。

圖10  探針臺(tái)移動(dòng)旋鈕所在位置

圖11  被測(cè)件

（2）測(cè)試結(jié)果

將左右探針分別扎入被測(cè)件中間和右側(cè)的PAD上，扎針力度控制在合理范圍內(nèi)。從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中讀取測(cè)試結(jié)果如圖12所示，測(cè)試結(jié)果包含S11、S21、S12和S22。通過[光標(biāo)]鍵設(shè)置光標(biāo)至關(guān)心的頻率點(diǎn)，可得到此頻率點(diǎn)的S參數(shù)。

圖12  被測(cè)件S參數(shù)測(cè)試結(jié)果

（3）保存結(jié)果

選擇[文件]→[另存為]，屏幕圖像可保存為.png或.jpg文件，數(shù)據(jù)可保存為.s2p或.prn類型文件。保存數(shù)據(jù)時(shí)，有“對(duì)數(shù)相位”、“線性相位”和“實(shí)部虛部”三種格式，本文選擇[定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)]→[對(duì)數(shù)/相位]，保存數(shù)據(jù)文件。

（4）測(cè)量結(jié)束

保存完成后，將探針與被測(cè)件分離，抬起安全壓桿，拉出載物臺(tái)，取出被測(cè)件。小心取下探針，關(guān)閉探針臺(tái)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，整個(gè)測(cè)量過程結(jié)束。

(中電科思儀科技股份有限公司 李宇陽(yáng)、楊保國(guó)供稿)