CN1735815A - 用于校准和去嵌入的方法、用于去嵌入的装置组和矢量网络分析仪 - Google Patents

Abstract

用于校准N个端微波测量网络(10)的方法的精度(该方法包括测量负载装置(43)的网络参数值)取决于对负载装置(43)的寄生阻抗的知识。按照本发明，该方法的精度可以通过至少近似确定负载装置(43)的寄生阻抗而改进。在一个实施例中，这是通过测量具有与负载装置(43)基本上相同的寄生阻抗的辅助开路装置(44)的网络参数值达到的。该精度还可通过测量具有与负载装置(43)基本上相同的寄生阻抗的辅助短路装置(45)的网络参数值而进一步提高。类似的原理可被使用于去嵌入待测装置。公开了具有基本上相同的寄生阻抗的负载装置(43)、辅助开路装置(44)和辅助短路装置(45)。

Description

用于校准和去嵌入的方法、用于去嵌入的装置组 和矢量网络分析仪

本发明涉及用于校准具有N个端的微波测量网络的方法，N是大于1的整数，方法包括以下步骤：测量具有互相电绝缘的N个端的开路装置的开路网络参数值；测量具有通过导体互相电连接的N个端的短路装置的短路网络参数值，每个导体具有短路装置直流电阻；测量具有通过电阻互相电连接的N个端的负载装置的负载网络参数值，每个电阻具有大于短路装置直流电阻的负载装置直流电阻，负载装置具有寄生负载阻抗。

本发明还涉及用于去嵌入具有N个端的待测装置的方法。

本发明还涉及用于去嵌入具有N个端的待测装置的装置组。

本发明还涉及被安排成执行按照本发明用于去嵌入的方法的矢量网络分析仪。

US-A-4,858,160公开了一种校准N个端微波测量网络的方法的实施例。这个方法的目的是校准N个端微波测量网络，使得待测装置(DUT)(它可被嵌入在半导体制品中)的微波特性可以藉助于矢量网络分析仪(VNA)被确定。诸如晶体管和电感那样的DUT的微波特性的精确的知识在设计和制造应用微波辐射的设备(例如移动电话之类)时是必须的。

VNA包括至少一个输入探头和一个输出探头，每个探头具有至少一个信号引线。在许多情形下，探头也具有接地引线。探头接触焊盘，这些焊盘是在包括DUT的主体的表面上以及电连接到DUT的各端。包括DUT的主体可以是半导体制品。

VNA产生微波测试信号，该测试信号被引导到输入探头。VNA测量反射回输入探头的信号的幅度和相位以及测量传输到输出探头的信号的幅度和相位作为例如微波测试信号的频率的函数。传输的和反射的信号首先被使用来确定DUT的DUT网络参数值，所述参数值然后被使用来确定DUT的微波特性。

通常，DUT的微波特性的测量易于受到由于各种源的寄生阻抗造成的伪信号的影响，所述源包括：

-VNA；

-连接VNA和探头的电缆；

-探头本身；

-接触焊盘的探头；

-焊盘本身；

-连接焊盘与DUT的互联。

为了高精度地得到DUT的微波特性，重要的是从测量中去除寄生阻抗的贡献。这常常以两个步骤来完成。第一步，通过使用一组装置来校准VNA，所述装置通常包括：

-开路装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘电绝缘；

-短路装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘以这样的方式电连接，以使得在两个焊盘之间的直流电阻较低，例如低于5欧姆；以及

-负载装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘以这样的方式电连接，以使得在两个焊盘之间的直流电阻具有预定数值，例如50欧姆。

作为这个校准的结果，理想地，在VNA和探头尖之间的所有的寄生阻抗(不包括焊盘和互联)被确定并随后被去除。

在第二步(这常常称为去嵌入)中，目的是从DUT的所测量的网络参数值中去除焊盘和互联装置的寄生阻抗。这些寄生阻抗通过使用另一组装置而被确定。这个装置组的所有的装置以类似于DUT的方式被集成在半导体制品中。优选地，它们都具有与DUT的相应的部件基本上相同的焊盘和互联装置。这组装置包括：

-DUT；

-开路装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘电绝缘；

-短路装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘以这样的方式电连接，以使得在两个焊盘之间的直流电阻较低，例如低于5欧姆；以及

-负载装置，其中要与输入引线接触的焊盘与要与输出引线接触的焊盘以这样的方式电连接，以使得在两个焊盘之间的直流电阻具有设计的数值，例如50欧姆。

在执行校准步骤后，微波特性的参考面位于焊盘处。在执行去嵌入步骤后，参考面位于DUT的各端处，并且得到DUT的微波特性。

校准步骤和去嵌入步骤的精度，以及从而是DUT的所确定的微波特性的精度，决定性地取决于对用于校准和去嵌入的开路装置、短路装置和负载装置的精确的知识。

用于校准和去嵌入的已知的方法的缺点在于，DUT的微波特性不能以足够高的精度确定，特别是在相对较高的频率时，例如10GHz或更高。

本发明的一个目的是提供用于校准在开头段落中描述的那种N个端微波测量网络的方法，它允许以相当高的精度确定DUT的微波特性。

本发明由各独立权利要求规定。从属权利要求规定有利实施例。

本发明是基于这样的观点，即已知的方法的精度主要受限于未知的寄生负载阻抗。当被使用于校准步骤的负载装置的寄生负载阻抗至少接近于已知时，DUT的微波特性可以以改进的精度被确定。

在按照本发明的方法的一个实施例中，至少近似确定寄生负载阻抗的步骤包括测量具有互相电绝缘的N个端的辅助开路装置的辅助开路网络参数值的子步骤，辅助开路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗。

通过测量具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生阻抗的辅助开路装置的网络参数值，得到关于被使用于校准方法的负载装置的寄生负载阻抗的附加信息。这个关于寄生负载阻抗的附加信息然后被使用来至少近似地确定寄生负载阻抗。

有利的是，如果至少近似地确定寄生负载阻抗的步骤还包括测量具有通过导体(49)互相电连接的N个端(85)的辅助短路装置(45)的辅助短路网络参数值Y_M，AS的子步骤，每个导体(49)具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置(45)具有与寄生负载阻抗基本上相同的寄生辅助短路阻抗。

DUT的微波特性在寄生负载阻抗比起以上的近似甚至更好地已知时可以以甚至更好的精度被确定。通过测量具有与寄生负载阻抗基本上相同的寄生阻抗的辅助开路装置和辅助短路装置的网络参数值，可以得到甚至更多的、关于寄生负载阻抗的附加信息。关于寄生负载阻抗的这个附加信息随后被使用来以改进的精度确定寄生负载阻抗。

当辅助短路装置直流电阻大大地小于负载装置直流电阻时，辅助开路装置和辅助短路装置的网络参数值的两个测量包括基本上互补的信息。优选地，辅助短路装置直流电阻是零或至少尽可能小。优选地，负载装置直流电阻具有严格规定的数值。优选地，负载装置直流电阻被选择为使得它与VNA的信号引线的阻抗相匹配。对于许多VNA，负载装置直流电阻应当接近于50欧姆。

按照本发明的、用于去嵌入待测装置的方法的特征在于，在确定装置特定的微波特性Y_DUT之前至少近似确定寄生负载阻抗的步骤。当用于去嵌入步骤的负载装置的寄生负载阻抗至少近似已知时，DUT的微波特性以改进的精度被确定。

在用于去嵌入待测装置的方法的一个实施例中，至少近似确定寄生负载阻抗的步骤包括测量具有N个端并通过基本上与DUT嵌入结构相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品中的辅助开路装置的辅助开路网络参数值的子步骤，辅助开路装置的N个端是互相电绝缘的，辅助开路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗。

通过测量具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生阻抗的辅助开路装置的网络参数值，得到关于这个寄生负载阻抗的附加信息。这个关于寄生负载阻抗的附加信息随后被使用来至少近似地确定这个寄生负载阻抗。

有利的是，如果所测量的负载网络参数值由包括与负载装置无关的第一阻抗组的负载网络进行模拟，所测量的辅助开路网络参数值通过包括第一阻抗组的辅助开路网络进行模拟，所测量的短路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助短路网络进行模拟，第一阻抗组从所模拟的负载网络、所模拟的辅助开路网络和所模拟的辅助短路网络被确定，所测量的开路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的开路网络进行模拟，所测量的短路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的短路网络进行模拟，第二阻抗组从所模拟的开路网络、所模拟的短路网络和所确定的第一阻抗组被确定，所测量的DUT网络参数值由包括第一阻抗组、第二阻抗组和DUT阻抗组的DUT网络模拟，以及DUT阻抗组从所模拟的DUT网络、所确定的第一阻抗组和所确定的第二阻抗组被确定。

在这些步骤后，近似确定寄生负载阻抗。这个近似(涉及到不具有寄生负载阻抗的短路装置，但被视为好像具有寄生负载阻抗)忽略寄生负载阻抗的电感部分，以及只计及电容部分。所以，该近似在寄生负载的电感部分相对较小时是特别有用的。

当所测量的负载网络参数值、所测量的辅助开路网络参数值和所测量的短路网络参数值由包括与负载装置无关的第一阻抗组的网络模拟时，有可能从这些网络参数值近似确定这个第一阻抗组。对于第一阻抗组的结果随后被重复使用于从所测量的开路网络参数值和所测量的短路网络参数值确定由于DUT嵌入结构造成的寄生阻抗。

有利的是，如果至少近似确定寄生负载阻抗的步骤还包括测量辅助短路装置的辅助短路网络参数值的子步骤，辅助短路装置包括N个端并通过基本上与DUT嵌入结构相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品中，辅助短路装置的N个端互相电连接，每个连接装置具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗。

当辅助短路装置直流电阻大大地小于负载装置直流电阻时，辅助开路装置和辅助短路装置的网络参数值的两个测量包括基本上互补的信息。优选地，辅助短路装置直流电阻是零或至少尽可能小。优选地，负载装置直流电阻具有严格规定的数值。优选地，负载装置直流电阻接近于VNA的信号引线的阻抗。对于许多VNA，优选地是接近于50欧姆的负载装置直流电阻。

DUT的微波特性在被使用于去嵌入的负载装置的寄生负载阻抗比起以上的近似甚至更好地已知时可以以甚至更好的精度被确定。通过测量具有基本上与DUT嵌入结构相同的嵌入结构并具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生阻抗的辅助开路装置和辅助短路装置的网络参数值，可以得到甚至更多的、关于寄生负载阻抗的附加信息。关于寄生负载阻抗的这个附加信息随后被使用来以改进的精度确定寄生负载阻抗。

有利的是，如果所测量的负载网络参数值由包括与负载装置无关的第一阻抗组的负载网络模拟，所测量的辅助开路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助开路网络模拟，所测量的辅助短路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助短路网络模拟，第一阻抗组从所模拟的负载网络、所模拟的辅助开路网络和所模拟的辅助短路网络被确定，所测量的开路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的开路网络模拟，所测量的短路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的短路网络模拟，第二阻抗组从所模拟的开路网络、所模拟的短路网络和所确定的第一阻抗组被确定，所测量的DUT网络参数值由包括第一阻抗组、第二阻抗组和DUT阻抗组的DUT网络模拟，以及DUT阻抗组从所模拟的DUT网络、所确定的第一阻抗组和所确定的第二阻抗组被确定。

这些非常类似于以上所讨论的步骤的步骤，允许以提高的精度确定寄生负载阻抗。这里，没有引用上述的近似，以及使用从具有寄生负载阻抗的辅助短路装置得到的、所测量的辅助短路网络参数值。所以，不再忽略寄生负载阻抗的电感部分，以及考虑寄生负载阻抗的电感部分和电容部分。

当所测量的负载网络参数值、所测量的辅助开路网络参数值和所测量的短路网络参数值由包括与负载装置无关的第一阻抗组的网络模拟时，有可能从这些网络参数值以改进的精度确定这个第一阻抗组。对于第一阻抗组的结果随后被重新使用于从所测量的开路网络参数值和所测量的短路网络参数值确定由于DUT嵌入结构造成的寄生阻抗。现在通过由于DUT嵌入结构造成的寄生阻抗与寄生负载阻抗相混合达到抵销，产生去嵌入的改进的精度。

按照本发明的装置组的特征在于，辅助开路装置具有N个端并通过基本上与DUT嵌入结构相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品中，辅助开路装置的N个端是互相电绝缘的，辅助开路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗。

包括具有基本上与DUT的嵌入结构相同的嵌入结构和基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗的辅助开路装置的、用于待测装置的微波表征的装置组被使用来至少近似确定寄生负载阻抗，由此提高DUT的微波表征的精度。

有利的是，如果该组还包括具有N个端并通过基本上与DUT嵌入结构相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品中的辅助短路装置，辅助短路装置的N个端互相电连接，每个连接具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗。

这样的装置组被使用来以改进的精度确定寄生负载阻抗，由此提高DUT的微波表征的精度。

有利的是，如果负载装置包括负载装置结构，辅助开路装置包括基本上与负载装置结构相同的辅助开路装置结构，负载装置结构包括具有第一表面积的第一主体、电连接第一端与第一主体的第一引线、第二主体、电连接第二端与第二主体的第二引线，负载装置还包括第三主体，具有第三表面积并电连接第一主体与第二主体。

通过使用具有基本上相同的装置结构的负载装置和辅助开路装置，例行地有可能得到具有基本上相同的寄生阻抗的两个装置。对于各具有不同的装置结构的负载装置和辅助开路装置，通过设计一个装置(例如，辅助开路装置)的装置结构以使得它具有类似于另一个装置(例如，负载装置)的寄生阻抗的寄生阻抗，而可以达到相同的目标。然而，这个设计需要对于寄生阻抗的详细的知识，它只能从复杂的和可能不精确的模拟得出。

当使用具有基本上相同的装置结构的负载装置和辅助开路装置时，寄生阻抗的差值由在辅助开路装置中不存在的、负载装置的第三主体得出。第三主体主要引起寄生电容，它加到第一主体和第二主体的电容上。由于第三主体电连接第一主体和第二主体，沿着从第一主体的开头经由第三主体到第二主体的末端的电流路径将有连续的电压降。由于电压降的结果，实际的电容将不同于几何电容，但它将是第一主体、第二主体、和第三主体的表面的函数以及是电压降的函数。如果第一表面积近似于第三表面积的话，实际的电容近似等于辅助开路装置的电容。优选地，两个表面积的比值是在0.5与2之间。

有利的是，如果负载装置的第一主体、第二主体、和第三主体是电阻元件的集成部分。在这种情形下，几乎没有任何由于在第一主体与第三主体之间的连接和由于在第二主体与第三主体之间的连接，而造成的未知的寄生阻抗。

有利的是，如果负载装置的第一主体、第二主体、和第三主体包括多晶硅的话。负载装置随后按标准硅技术制造。

有利的是，如果该组还包括辅助短路装置，它包括基本上与负载装置结构相同的辅助短路装置结构，以及具有第四表面积并电连接第一主体和第二主体的第四主体；第三表面积基本上等于第四表面积，第三主体具有负载电阻率，第四主体具有大大小于负载电阻率的辅助短路电阻率。

通过使用具有基本上相同的装置结构与具有带有基本上相同的表面积的第三主体的负载装置和辅助短路装置，例行地有可能得到具有基本上相同的寄生阻抗的这些装置。对于不满足这个条件的负载装置和辅助短路装置，通过设计一个装置(例如，辅助短路装置)的装置结构以使得它具有类似于另一个装置(例如，负载装置)的寄生阻抗的寄生阻抗，而可以达到相同的目标。然而，这个设计需要对于寄生阻抗的详细的知识，它只能从复杂的和可能不精确的模拟得出。

有利的是，如果辅助短路装置的第三主体包括从硅化钛和硅化钴中间选择的材料，因为辅助短路装置可以按标准硅技术制造。具体地，当在硅处理过程中选择适当选择的掩膜时，有可能改变辅助短路装置的第三主体的电阻率而不改变负载装置的第三主体的电阻率。

下面参照附图进一步阐述和说明用于校准N个端微波测量网络的方法、用于待测装置的微波表征的方法和用于待测装置的微波表征的装置组的这些和其他方面，其中：

图1是按照现有技术的N个端微波测量网络的示意图，

图2A-2E是按照本发明的装置组的示意图，

图3A和图3B显示用于模拟装置的寄生阻抗的集中参数网络，

图4A、图4B和图4C显示按照本发明的装置组的负载装置辅助开路装置和辅助短路装置的实施例，

图5A和图5B分别显示对于不同的拟合参数值x的负载电阻的作为频率的函数的串联电阻和电感，以及

图6A和图6B分别显示对于不同的去嵌入方法的线圈的作为频率的函数的串联电阻和电感。

这些图不是按比例画的。在图上，相同的标注数字通常表示相同的部件。

图1上显示了对于N＝3的特殊情形的现有技术的N个端微波测量网络10。然而，本发明并不限于N＝3，这里选择N＝3只是为了说明起见。N个端微波测量网络10包括矢量网络分析仪(VNA)11，它测量待测装置(DUT)20的网络参数值。DUT 20例如可以是嵌入在半导体制品22中的晶体管或电感。

VNA至少包括输入探头12和输出探头13，每个探头分别具有至少一个信号引线14和15。这里，两个探头中的每个探头也分别具有接地引线16和17，它们将经由要被测量的装置被短路。所以，地作为一个端对待，虽然它与两个探头接触，探头12和13与焊盘21进行接触，这些焊盘是在半导体制品22的表面上以及藉助于DUT嵌入结构24电连接到DUT 20的N＝3个端23。DUT嵌入结构24包括互联25和用于使得互联装置25与基片互相绝缘的介质。

VNA 11产生微波测试信号，它被引导到输入探头12。VNA测量反射回输入探头12的信号的幅度和相位以及测量传输到输出探头13的信号的幅度和相位作为例如微波测试信号的频率的函数。传输的和反射的信号首先可被使用来确定所测量的DUT 20的DUT网络参数值Y_M，DUT，它们然后被使用来确定DUT 20的装置特定的微波特性Y_DUT。通常，因为由于例如DUT嵌入结构24和以上讨论的其他贡献造成的寄生阻抗，所测量的DUT网络参数值Y_M，DUT并不等同于DUT 20的装置特定的微波特性Y_DUT。

按照本发明的、用于校准微波测量网络10的方法包括以下测量步骤，这些步骤至少对于微波测试信号的一个频率进行：测量开路装置41的开路网络参数值Y_M，O的步骤、测量短路装置42的短路网络参数值Y_M，S的步骤、测量负载装置43的负载网络参数值Y_M，L的步骤、和测量辅助开路装置44的辅助开路网络参数值Y_M，AO的步骤。任选地，可以加上测量辅助短路装置45的辅助短路网络参数值Y_M，AS的步骤，以便得到更高的精度。最后，接着执行处理所测量的网络参数值的步骤，以便校准网络参数值，正如下面讨论的。

开路装置41、短路装置42、负载装置43、辅助开路装置44和辅助短路装置45被示意地显示于图2A-2E。当这些装置被使用于校准微波测量网络10的方法时，每个装置以与图1所示的DUT 20的类似的方式被嵌入。

于是每个嵌入结构包括四个焊盘21，它们被电连接到N＝3个端；输入探头12的信号引线14和输出探头13的信号引线15各被连接到一个端，而接地引线16和17共用一个端，如图1所示。

开路装置41的N＝3个端81(如图2A所示)互相电绝缘。这可以通过把互联装置25端接在装置的端81处以及给装置填充以绝缘体(诸如介质)而容易地达到。

短路装置42的N＝3个端82(如图2B所示)通过导体46(例如，金属)互相电连接，以使得在任意两个端82之间的直流电阻(短路装置直流电阻)尽可能小。优选地，短路装置直流电阻小于5欧姆。

负载装置43的N＝3个端83(如图2C所示)通过电阻47互相电连接，以使得输入信号引线15具有大于短路装置直流电阻的、到地的负载装置直流电阻R。对于50欧姆的负载装置直流电阻R，得到良好的结果。优选地，输出信号引线16具有基本上等同于R的、所设计的到地的直流电阻。负载装置43例如由于电阻47的形状和位置而具有寄生负载阻抗。这个寄生负载阻抗(它通常是事先未知的)降低校准步骤的精度。它至少可以藉助于辅助开路装置44被近似确定。

辅助开路装置44的N＝3个端84(如图2D所示)互相电绝缘，但辅助开路装置44具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗。这可以例如通过设计辅助开路装置44包括至少一个被电连接到一个端并与其它端84电绝缘的导体48而达到，正如下面讨论的。

辅助短路装置45的N＝3个端85(如图2E所示)互相电连接，每个连接具有尽可能小的直流电阻。对于小于5欧姆的直流电阻，得到良好的结果。辅助短路装置具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗。这可以例如通过设计辅助短路装置45包括具有与电阻47相同的形状和位置、但电阻率较低的导体49而达到，正如下面详细讨论的。

开路装置41被嵌入在半导体制品91中，短路装置42被嵌入在半导体制品92中，负载装置43被嵌入在半导体制品93中，辅助开路装置44被嵌入在半导体制品94中，以及辅助短路装置45(如果使用的话)被嵌入在半导体制品95中。

然而，开路装置41、短路装置42、负载装置43、辅助开路装置44、和辅助短路装置45(如果使用的话)可以替换地被集成在同一个主体(例如半导体制品22或玻璃基片)中。替换地，有可能使用几个主体，每个主体包含这些装置中的至少一个装置。

用于去嵌入待测装置20的方法很类似于用于校准微波测量网络10的方法。然而，它与用于校准微波测量网络10的方法的不同点在于以下两个方面：

-用于去嵌入待测装置20的方法包括测量通过DUT嵌入结构24被嵌入在半导体制品22中的待测装置20的DUT网络参数值Y_M，DUT的附加步骤；以及

-对于用于去嵌入待测装置20的方法，开路装置41、短路装置42、负载装置43、辅助开路装置44、和辅助短路装置45(如果使用的话)每个通过基本上与DUT嵌入结构24相同的嵌入结构被嵌入在半导体制品22中。

包括待测装置20、开路装置41、短路装置42、负载装置43、辅助开路装置44、和辅助短路装置45的装置组可以用硅技术方便地生产。通过使用类似的互联25、介质和基片，可以达到装置组的每个装置具有基本上与DUT嵌入结构24相同的嵌入结构。

用于校准微波测量网络10的方法和用于去嵌入待测装置20的方法可以以改进的精度提供DUT 20的微波特性，因为所测量的辅助开路网络参数值Y_M，AO以及(如果测量的话)所测量的辅助短路网络参数值Y_M，AS可被使用来近似确定寄生负载阻抗。下面将对于用于去嵌入待测装置20的方法，讨论实行这个程序的一个可能的方法。对于用于校准微波测量网络10的方法的适用性是直接明了的。

为了确定寄生负载阻抗，所测量的负载网络参数值Y_M，L由负载网络50模拟，如图3A示意地显示。负载网络50包括由Z₁、Z₂和Z₃形成的、以及与负载装置无关的第一阻抗组Y_E。图3A所示的其他阻抗Z₄-Z₉依赖于嵌入结构和负载寄生阻抗。这里，装置59的Y矩阵Y_D是负载装置的Y矩阵Y_L，它等于2×2的单位矩阵E乘以y_L＝1/R。

在如图3A所示的网络中，在焊盘21处测量的Y参数Y_M经由下式与装置Y_D的Y参数相联系：

(Y_M-Y_E)^-1＝Z_T+(Y_D+Y_I)^-1                       (1)

其中Y_E、Z_T和Y_I被定义为：

$Y_E=\left(\begin{array}{cc}{Z}_1^{-1}+Z_3^{-1}& -Z_3^{-1}\\ -Z_3^{-1}& Z_2^{-1}+Z_3^{-1}\end{array}\right)----\left(2\right)$

$Z_T=\left(\begin{array}{cc}{Z}_4+Z_6& Z_6\\ Z_6& Z_5+Z_6\end{array}\right)----\left(3\right)$

$Y_I=\left(\begin{array}{cc}{Z}_7^{-1}+Z_9^{-1}& -Z_9^{-1}\\ -Z_9^{-1}& Z_1^{-1}+Z_9^{-1}\end{array}\right)----\left(4\right)$

所测量的辅助开路网络参数值Y_M，AO由辅助开路网络模拟，该辅助开路网络除了近似等于2×2的单位矩阵E乘以y_AO＝0的Y矩阵Y_D以外，是与图3所示的负载网络相同的。

所测量的辅助短路网络参数值Y_M，AS由辅助短路网络模拟，该辅助短路网络除了等于2×2的单位矩阵E乘以y_AS＝∞的Y矩阵Y_D以外，是与图3所示的负载网络相同的。

通过使用用于负载装置、辅助开路装置和辅助短路装置的所测量的Y参数Y_M，L、Y_M，AO和Y_M，AS以及已知的Y矩阵Y_D，得到类似于公式(1)的三个线性方程，它们可以对于Y_E、Z_T和Y_I求解：

$Z_T={(A_2^{-2}{A}_3+A_2^{-1}{A}_1)}^{-0.5}----\left(5\right)$

$Y_E=-A_2^{-1}{A}_3-Z_T^{-1}----\left(6\right)$

$Y_I=-Z_T{A}_2^{-1}{Z}_T^{-1}-Z_T^{-1}----\left(7\right)$

其中

A₁＝Y_M，AO                                                 (8)

A₂＝R(Y_M，L-Y_M，AO)(Y_M，L-Y_M，AS)^-1                      (9)

A₃＝-A₂Y_M，AS                                            (10)

公式(5)包括复数2×2矩阵的平方根，它具有有限数目的解。通过使用公式(3)，可以看到，对于满足公式(1)的Z_T的解一定具有其每个都包括非负的虚部的Z₄、Z₅和Z₆。

现在可以确定第一阻抗组Y_E，它可被使用于以后的计算。分别在公式(5)和(7)中被确定的其他的阻抗组Z_T和Y_I不能被使用来确定DUT的阻抗组Y_DUT，因为它们都包括由于寄生负载阻抗造成的贡献。

包括等效于阻抗组Z_T和Y_I的阻抗组Z’_T和Y’_I的第二阻抗组描述由于DUT嵌入结构造成的寄生阻抗，但不包括由于寄生负载阻抗造成的贡献。阻抗组Z’_T和Y’_I可以通过由开路网络对于所测量的开路网络参数值Y_M，O进行模拟和由短路网络对于所测量的短路网络参数值Y_M，S进行模拟而得到。开路网络和短路网络除了以下的不同点以外类似于图3A所示的负载网络：

-Y矩阵-Y_D，对于开路网络和短路网络，现在分别近似等于2×2的单位矩阵E乘以y₀＝0和y_s＝∞；以及

-阻抗Z₄到Z₉的数值，现在不包括由于寄生负载阻抗造成的贡献。

阻抗组Z’_T和Y’_I被给出为：

Z′_T＝(Y_M，S-Y_E)^-1                                 (11)

Y′_I＝((Y_M，O-Y_E)^-1-Z′_T)^-1                      (12)

这些结果现在可被使用来从所测量的DUT网络参数值Y_M，DUT确定DUT 20的装置特定的微波特性Y_DUT。为此，所测量的DUT网络参数值Y_M，DUT由除了以下的不同点以外类似于图3A所示的负载网络的DUT网络模拟：

-Y矩阵-Y_D，现在等于DUT20装置特定的微波特性Y_DUT；以及

-阻抗Z₄到Z₉的数值，等于被使用于模拟所测量的开路网络参数值Y_M，O和所测量的短路网络参数值Y_M，S的数值。

因为所有的阻抗Z₁-Z₉是已知的，DUT 20的装置特定的微波特性Y_DUT可以从所测量的DUT网络参数值Y_M，DUT经由下式得出：

Y_DUT＝(((Y_M，DUT-Y_E)^-1-Z′_T)^-1-Y′_I)^-1              (13)

当用于去嵌入待测装置20的方法不包括测量辅助短路装置45的辅助短路网络参数值Y_M，AS的步骤35时，必须按以下的方式采用这个用于确定DUT 20的装置特定的微波特性Y_DUT的程序：不是所测量的辅助短路网络参数值Y_M，AS，而是用辅助短路网络按上述的方式模拟所测量的短路网络参数值Y_M，S。这样得到的数值Y_E是一个近似，因为它包含寄生负载阻抗的乱真贡献。在某些情形下，特别是当寄生负载阻抗主要由寄生电容确定时，应用这个近似是有利的，因为它比起上述的用于去嵌入待测装置20的方法少牵涉一次测量和一个装置，这节省测量时间和用于装置的生产成本。

在一个替换实施例中，寄生负载阻抗至少通过使用所测量的短路网络参数值Y_M，S而不是所测量的辅助短路网络参数值Y_M，AS和通过使用所测量的开路网络参数值Y_M，O而不是所测量的辅助开路网络参数值Y_M，O而被近似确定。在这种情形下，对于去嵌入不需要辅助短路装置和辅助开路装置，这具有减小对于去嵌入所需要的装置的数目并从而减小成本的优点。

寄生负载阻抗通过使用所测量的短路网络参数值Y_M，S和所测量的开路网络参数值Y_M，O来去嵌入负载装置而被近似确定。假设由Z₁、Z₂和Z₃形成的、并与负载装置无关的第一阻抗组Y_E(除了缩放因子x以外)等同于由Z₇、Z₈和Z₉形成的、并取决于寄生负载阻抗和嵌入结构的阻抗组Y_I。为此，在公式(1)中，Y_M，L被用作为Y_D，以及对于Y_E、Y_I和Z_S使用以下近似：

Y_E＝xY_p                                       (14)

Y_I＝(1-x)Y_p                                   (15)

Z_T＝(Y_M，S-xY_p)^-1                            (16)

和

((1-x)Y_p)^-1＝(Y_M，O-xY_p)^-1-Z_T              (17)

通过把公式(16)代入公式(17)，对于给定的参数x确定Y_p。通过使用Y_p和x的这个数值，确定参数Y_E、Z_T和Y_I。随后，通过使用这些结果和将Y_M，DUT作为YM，从公式(1)确定Y_DUT。

通过拟合去嵌入的负载阻抗的实部Re{Z_L}，确定缩放因子，这样，它的频率依赖性被最小化。在图5A和5B上，去嵌入的负载阻抗的实部和虚部分别对于x＝1和x＝0用点划线和虚线显示。这两个极限的情形(通常称为开路-短路和短路-开路去嵌入)导致去嵌入的负载阻抗的实部的非物理的频率依赖性。图6A和6B上用实线显示的最好的结果是对于x＝0.45得到的。x的数值取决于嵌入结构和所使用的负载装置的结构。

代替图3A所示的集中参数的网络，可以使用其他的集中参数的网络来对寄生阻抗进行模拟。替换的集中参数的网络的一个例子显示于图3B。这个模型比起图3A的模型少牵涉一个阻抗。具体地，它不考虑在输入端口与平行于装置的输出端口之间的耦合。所以，应用这个用于去嵌入牵涉到这个模型的待测装置20的方法将产生不太精确的结果，但这对于近似计算寄生负载阻抗仍然是有用的。把以上数学处理扩展到包括这个模型是直接明了的。

按照本发明，负载装置43、辅助开路装置44和辅助短路装置45具有基本相同的寄生阻抗。具有这个性质的各装置的一个实施例分别显示于图4A、图4B、和图4C。负载装置43、辅助开路装置44和辅助短路装置45分别包括负载装置结构53、辅助开路装置结构54和辅助短路装置结构55。这三个装置结构基本上是彼此相同的。

负载装置结构53包括基片60，它包括接地端68。端68经由互联46电连接到与接地引线16和17接触的其中一个焊盘21。基片60包括从金属和半导体(例如硅)中选择的材料。

负载装置结构53还包括具有第一表面积的第一主体61，以及第二主体62。第一引线63由水平金属层70和至少一个通路71(它作为垂直电连接器)组成。第一引线63电连接第一端65和第一主体61。由金属层70和至少一个通路71组成的第二引线64电连接第二端66和第二主体62。

优选地，通路71包括一个以上的通路，以减小通路的欧姆电阻。为了在制造期间的方便性和对称的装置性质，第一主体61和第二主体62具有相同的厚度和离基片60相同的距离。

负载装置结构53还包括由金属层70、通孔71(电连接基片60和金属层70)、和辅助主体72组成的接地连接结构73，

负载装置结构53还包括具有第三表面积并电连接第一主体61和第二主体62的第三主体67。图4B所示的、其中第一端65和第二端66被电绝缘的辅助开路装置结构54不包括第三主体67。优选地，负载装置43的第一表面积在负载装置43的第三表面积的0.5倍和2倍之间。这个条件表明，由负载装置43的第一主体61、第二主体62、和第三主体67形成的导体的电容耦合类似于辅助开路装置43的第一主体61与第二主体62的电容耦合。

在图4A的实施例中，负载装置43的第一主体61、第二主体62和第三主体67是电阻47的集成的部分。优选地，第一主体61和第二主体62包括从金属硅化物中间选择的材料。对于PtSi，Pd₂Si，CoSi₂和NiSi₂，得到良好的结果。优选地，第三主体67包括多晶硅，因为这个材料具有可以被修正的、严格定义的电阻率，正如下面讨论的那样。图4B的辅助开路装置可以以相同的处理容易地得到：在电阻47被沉积后，通过使用光刻步骤(规定第三主体67的宽度的开口)及紧接着的蚀刻步骤(去除第三主体67)产生图4B的结构，而去除第三主体67。

图4C所示的辅助短路装置包括第四主体69，它电连接第一主体61和第二主体62。辅助短路装置45的第四主体69具有基本上与负载装置43的第三主体67的表面积相同的表面积。第三主体67具有远远大于第四主体69的电阻率的电阻率。这个性质可以以例如与得到负载装置43和辅助开路装置44相同的方式得到：在电阻47被沉积后，通过使用光刻步骤(规定的第三主体67的宽度的开口)、后面接着沉积从钛和钴中间选择的材料以及用多晶硅形成低电阻率薄膜而产生图4C的结构，而可以选择地化学修正第三主体67。

具有0.4nH的电感和100GHz的谐振频率的单环线圈的复数阻抗Z的实部Re{Z}和虚部Im{Z}分别作为频率的函数被显示于图5A和5B。实部Re{Z}和虚部Im{Z}分别相应于串联电阻和电感。虚线表示通过按照已知的方法的去嵌入而得到的结果，而点线表示通过拟合等效电路模型得到的结果。从图6A和6B看到，已知的方法对于高于10GHz的频率是不可靠的。

通过使用开路装置、短路装置、负载装置和辅助开路装置由按照本发明的去嵌入得到的结果要好得多地服从点线所示的理论预测的性能。当分析这些结果时，发明人看到，为了得到甚至更好的结果还必须考虑开路装置的寄生阻抗。图5A和5B上的实线表示考虑到对于开路装置的2.5fF的寄生电容和700V/A的寄生串联电阻，通过使用开路装置、短路装置、负载装置和辅助开路装置由按照本发明的去嵌入得到的结果。这个结果非常好地重现由点线表示的理论预期的性能的形状。

通过仅仅使用开路装置、短路装置和负载装置而由按照本发明的去嵌入得到的结果(即，通过拟合参数x近似确定寄生负载阻抗)，类似于通过也使用辅助开路装置用于去嵌入而得到的结果。

包括测量负载装置43的网络参数值的、用于校准N个端微波测量网络10的方法的精度取决于对于负载装置43的寄生阻抗的知识。测量具有与负载装置43相比基本上相同的寄生阻抗的辅助开路装置44的网络参数值允许至少近似确定负载装置43的寄生阻抗。通过测量具有与负载装置43相比基本上相同的寄生阻抗的辅助短路装置45的网络参数值，可以进一步提高精度。类似的原理可被使用于去嵌入待测装置。公开了具有基本上相同的寄生阻抗的负载装置43、辅助开路装置44和辅助短路装置45。

应当指出，上述的实施例说明而不是限制本发明，以及本领域技术人员将能够在不背离所附权利要求书的范围的条件下设计许多替换实施例。在权利要求书中，放置在括号之间的任何标注符号不应当看作为限制权利要求。单字“包括”不排除除了权利要求中列出的以外的其他元件或步骤的存在。在元件前面的单字“一个”不排除多个这样的元件的存在。在权利要求书中，确定寄生负载阻抗的步骤的范围包括确定寄生负载阻抗的近似值和精确地确定寄生负载阻抗的准确值。

Claims (17)

1.用于校准具有N个端的微波测量网络(10)的方法，N是大于1的整数，微波测量网络(10)包括矢量网络分析仪(11)和多个探头尖(12，13)，微波测量网络(10)具有在矢量网络分析仪(11)与多个探头尖(12，13)之间的寄生阻抗，所述方法包括以下步骤：

-测量具有互相电绝缘的N个端(81)的开路装置(41)的开路网络参数值；

-测量具有通过导体(46)互相电连接的N个端(82)的短路装置(42)的短路网络参数值，每个导体(46)具有短路装置直流电阻；

-测量具有通过电阻(47)互相电连接的N个端(83)的负载装置(43)的负载网络参数值，每个电阻(47)具有大于短路装置直流电阻的负载装置(43)直流电阻，负载装置(43)具有寄生负载阻抗，以及

-确定在矢量网络分析仪(11)与探头尖(12，13)之间的寄生阻抗，其特征在于，该方法还包括在确定在矢量网络分析仪(11)与探头尖(12，13)之间的寄生阻抗的步骤之前确定寄生负载阻抗的步骤。

2.如权利要求1中要求的方法，其特征在于，确定寄生负载阻抗的步骤包括测量具有互相电绝缘的N个端(84)的辅助开路装置(44)的辅助开路网络参数值的子步骤，辅助开路装置(44)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗。

3.如权利要求2中要求的方法，其特征在于，确定寄生负载阻抗的步骤还包括测量具有由导体(49)互相电连接的N个端(85)的辅助短路装置(45)的辅助短路网络参数值的子步骤，每个导体(49)具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置(45)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗。

4.用于去嵌入具有N个端(23)的待测装置(20)的方法，N是大于1的整数，待测装置(20)具有装置特定的微波特性并通过DUT嵌入结构(24)被嵌入到半导体制品(22)中，半导体制品(22)被嵌入在测量网络(10)中，所述方法包括以下步骤：

-测量待测装置(20)的DUT网络参数值；

-测量具有互相电绝缘的N个端(81)的开路装置(41)的开路网络参数值，开路装置(41)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(91)中；

-测量具有通过导体(46)互相电连接的N个端(82)的短路装置(42)的短路网络参数值，每个导体(46)具有短路装置直流电阻，短路装置(42)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(92)中；

-测量具有通过电阻(47)互相电连接的N个端(83)的负载装置(43)的负载网络参数值，每个电阻(47)具有大于短路装置直流电阻的负载装置直流电阻，负载装置(43)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(93)中，负载装置(43)具有寄生负载阻抗，以及

-确定装置特定的微波特性，其特征在于，该方法还包括在确定装置特定的微波特性的步骤之前确定寄生负载阻抗的步骤。

5.如权利要求4中要求的方法，其特征在于，确定寄生负载阻抗的步骤包括测量具有互相电绝缘的N个端(84)的辅助开路装置(44)的辅助开路网络参数值的子步骤，辅助开路装置(44)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗，辅助开路装置(44)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(94)中。

6.如权利要求5中要求的方法，其中：

-所测量的负载网络参数值由包括与负载装置(43)无关的第一阻抗组的负载网络(50)进行模拟；

-所测量的辅助开路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助开路网络进行模拟，

-所测量的短路网络参数值通过包括第一阻抗组的辅助短路网络进行模拟，

-第一阻抗组从负载网络(50)、辅助开路网络和辅助短路网络被确定；

-所测量的开路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的开路网络进行模拟；

-所测量的短路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的短路网络进行模拟；

-第二阻抗组从开路网络、短路网络和第一阻抗组被确定；

-所测量的DUT网络参数值由包括第一阻抗组、第二阻抗组和DUT阻抗组的DUT网络进行模拟；以及

-DUT阻抗组从DUT网络、第一阻抗组和第二阻抗组被确定。

7.如权利要求5中要求的方法，其特征在于，确定寄生负载阻抗的步骤还包括测量具有由导体(49)互相电连接的N个端(85)的辅助短路装置(45)的辅助短路网络参数值的子步骤，每个导体(49)具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置(45)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗，辅助短路装置(45)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(95)中。

8.如权利要求7中要求的方法，其中：

-所测量的负载网络参数值由包括与负载装置(43)无关的第一阻抗组的负载网络(50)进行模拟；

-所测量的辅助开路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助开路网络进行模拟，

-所测量的辅助短路网络参数值由包括第一阻抗组的辅助短路网络进行模拟，

-第一阻抗组从负载网络(50)、辅助开路网络和辅助短路网络被确定；

-所测量的开路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的开路网络进行模拟；

-所测量的短路网络参数值由包括第一阻抗组和第二阻抗组的短路网络进行模拟；

-第二阻抗组从开路网络、短路网络和第一阻抗组被确定；

-所测量的DUT网络参数值由包括第一阻抗组、第二阻抗组和DUT阻抗组的DUT网络进行模拟；以及

-DUT阻抗组从DUT网络、第一阻抗组和第二阻抗组被确定。

9.如权利要求4中要求的方法，其特征在于，从所测量的短路网络参数值和所测量的开路网络参数值确定寄生负载阻抗的步骤。

10.用于去嵌入具有N个端(23)的待测装置(20)的装置组，N是大于1的整数，待测装置(20)通过DUT嵌入结构(24)被嵌入到半导体制品(22)中，该装置组包括：

-待测装置(20)；

-具有互相电绝缘的N个端(81)的开路装置(41)，开路装置(41)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(91)中；

-具有通过导体(46)互相电连接的N个端(82)的短路装置(42)，每个导体(46)具有短路装置直流电阻，短路装置(42)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(92)中；以及

-具有通过电阻(47)互相电连接的N个端(83)的负载装置(43)，每个电阻(47)具有大于短路装置直流电阻的负载装置直流电阻，负载装置(43)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(93)中，负载装置(43)具有寄生负载阻抗，其特征在于，所述装置组还包括具有互相电绝缘的N个端(84)的辅助开路装置(44)，辅助开路装置(44)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助开路阻抗，辅助开路装置(44)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(94)中。

11.如权利要求10中要求的装置组，还包括具有由导体(49)互相电连接的N个端(85)的辅助短路装置(45)，每个导体(49)具有小于负载装置直流电阻的辅助短路装置直流电阻，辅助短路装置(45)具有基本上与寄生负载阻抗相同的寄生辅助短路阻抗，辅助短路装置(45)通过基本上与DUT嵌入结构(24)相同的嵌入结构被嵌入到半导体制品(95)中。

12.如权利要求10中要求的装置组，其中：

-负载装置(43)包括负载装置结构(53)；

-辅助开路装置(44)包括基本上与负载装置结构(53)相同的辅助开路装置结构，负载装置结构(53)包括：

-具有第一表面积的第一主体(61)，电连接第一端(65)与第一主体(61)的第一引线(63)；

-第二主体(62)，电连接第二端(66)与第二主体(62)的第二引线(64)；

-负载装置(43)还包括第三主体(67)，它具有第三表面积以及电连接第一主体(61)与第二主体(62)。

13.如权利要求12中要求的装置组，其中负载装置(43)的第一主体(61)、第二主体(62)和第三主体(67)是电阻(47)的集成部分。

14.如权利要求12中要求的装置组，其中负载装置(43)的第一主体(61)、第二主体(62)和第三主体(67)包括多晶硅。

15.如权利要求12中要求的装置组，还包括辅助短路装置(45)，它包括：

-基本上与负载装置结构(53)相同的辅助短路装置结构；以及

-具有第四表面积以及电连接第一主体(61)与第二主体(62)的第四主体(69)；第三表面积基本上等同于第四表面积；

-该第三主体(67)具有负载电阻率，该第四主体(69)具有远远小于负载电阻率的辅助短路电阻率。

16.如权利要求15中要求的装置组，其中第四主体(67)包括从硅化钛和硅化钴中间选择的材料。

17.一个矢量网络分析仪(11)，用于在输入探头(12)处产生微波测试信号，用于测量反射回输入探头(12)的信号和传输到输出探头(13)的信号，以及用于按照如权利要求4中要求的去嵌入的方法确定装置特定的微波特性。

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