On-Wafer calibration techniques enabling accurate characterization of high-performance silicon devices at the mm-wave range and beyond

On-Wafer Kalibriermethoden zur präzisen Charakterisierung von High-Performance Silizium-Bauelementen im mm-Wellen Bereich und darüber

  • This work addressed the challenges of accurate mm-wave characterization of devices fabricated in advanced semiconductor technologies. It developed the in-situ calibration solution that is easy to be implemented for silicon technologies. The new technique was verified up to 110 GHz on three difference processes: high performance SiGe:C BiCMOS from IHP Microelectronics (Germany), BiCMOS9MMW from STMicroelectronics (France), and RF CMOS 8SF from IBM Microelectronics (USA). The measurement frequency was solely limited by the capability of the test equipment. Practical results demonstrated that proposed in-situ calibration significantly outperforms the convention method independently on the process specifics and complexity. Some important aspects of the on-wafer S-parameter measurement assurance were presented as well. The discussion included the analysis of the calibration residual errors caused by the improper boundary conditions of coplanar calibration standards and the impact of the RF probe tip design. In conclusion, some suggestionsThis work addressed the challenges of accurate mm-wave characterization of devices fabricated in advanced semiconductor technologies. It developed the in-situ calibration solution that is easy to be implemented for silicon technologies. The new technique was verified up to 110 GHz on three difference processes: high performance SiGe:C BiCMOS from IHP Microelectronics (Germany), BiCMOS9MMW from STMicroelectronics (France), and RF CMOS 8SF from IBM Microelectronics (USA). The measurement frequency was solely limited by the capability of the test equipment. Practical results demonstrated that proposed in-situ calibration significantly outperforms the convention method independently on the process specifics and complexity. Some important aspects of the on-wafer S-parameter measurement assurance were presented as well. The discussion included the analysis of the calibration residual errors caused by the improper boundary conditions of coplanar calibration standards and the impact of the RF probe tip design. In conclusion, some suggestions for further accuracy improvement of the proposed method are given.show moreshow less
  • Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung der Charakterisierung von mm-Wellen-Bauelementen in der modernen Halbleitertechnologie. Es wird eine In-Situ-Kalibrierlösung entwickelt, die sich einfach in Siliziumtechnologie implementieren lässt. Dieses neue Verfahren wird für Frequenzen bis 110 GHz anhand dreier verschiedener Prozesse überprüft: High-Performance SiGe:C BiCMOS von IHP Microelectronics (Deutschland), BiCMOS9MMW von STMicroelectronics (Frankreich) und RF CMOS 8SF von IBM Microelectronics (USA). Die praktischen Ergebnisse belegen, dass die vorgeschlagene In-Situ-Kalibrierung die konventionellen Methoden unabhängig von den Spezifika und der Komplexität des Prozesses bei weitem übertrifft. Darüber hinaus werden ausgewählte, wichtige Aspekte der Messsicherheit von On-Wafer-S-Parameter-Messungen vorgestellt. Die Diskussion behandelt insbesondere die Analyse von verbleibenden Fehlern (engl. residual errors) aufgrund ungünstiger Randbedingungen für koplanare Standards und des Designs der verwendeten Messspitzen. ZusammenfassendDiese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung der Charakterisierung von mm-Wellen-Bauelementen in der modernen Halbleitertechnologie. Es wird eine In-Situ-Kalibrierlösung entwickelt, die sich einfach in Siliziumtechnologie implementieren lässt. Dieses neue Verfahren wird für Frequenzen bis 110 GHz anhand dreier verschiedener Prozesse überprüft: High-Performance SiGe:C BiCMOS von IHP Microelectronics (Deutschland), BiCMOS9MMW von STMicroelectronics (Frankreich) und RF CMOS 8SF von IBM Microelectronics (USA). Die praktischen Ergebnisse belegen, dass die vorgeschlagene In-Situ-Kalibrierung die konventionellen Methoden unabhängig von den Spezifika und der Komplexität des Prozesses bei weitem übertrifft. Darüber hinaus werden ausgewählte, wichtige Aspekte der Messsicherheit von On-Wafer-S-Parameter-Messungen vorgestellt. Die Diskussion behandelt insbesondere die Analyse von verbleibenden Fehlern (engl. residual errors) aufgrund ungünstiger Randbedingungen für koplanare Standards und des Designs der verwendeten Messspitzen. Zusammenfassend werden Empfehlungen zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der vorgestellten Methode gegeben.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Rumiantsev, Andrej
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-30659
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Rudolph, Matthias
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2014
Date of final exam:2014/04/10
Release Date:2014/04/17
Tag:BiCMOS; CMOS; On-Wafer Charakterisierung; On-Wafer Kalibriermethoden; S-Parameter
BiCMOS; CMOS; On-wafer calibration; On-wafer characterization; S-parameters
GND Keyword:BICMOS; Schaltungsentwurf; Wafer
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / Stiftungsprofessur Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / Stiftungsprofessur für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik
Other Notes:Auszeichnung „Beste Dissertation der BTU Cottbus–Senftenberg“ 2014