一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构及其制备方法

1.本发明涉及肖特基二极管在片测试基板结构领域，特别涉及一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构及其制备方法。


背景技术：

2.太赫兹波是介于微波毫米波与红外光之间的电磁波，其频率范围通常在0.1-10thz之间，对应波长为0.03-3mm。20世纪90年代以来，随着激光技术、化合物半导体技术的发展，人们对太赫兹科学的研究取得了很大的进展。太赫兹频域处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，鉴于其特殊的频谱位置，太赫兹波表现出许多优良的特性，包括：能够穿透大部分非金属材料，且不会引起材料中分子电离，特别适合于对生物组织的活体检测以及下一代安全的安检成像应用；具有量子特性，不仅可以被指定的准光学器件反射、聚焦而在指定的波导中传输，同时还可以穿透很多不透明的物体，比如陶瓷、塑料、木质、有机材料等，适合于对密封物品的检测以及安全检查。此外还可以利用太赫兹波的这一特性来探测大气中的特定成分，比如水汽、冰云、臭氧以及大气环境质量的监测。凭借着如此优良的特性，太赫兹技术被广泛应用于空间科学领域、物质探测、通信领域、生物科学领域中。
3.当频率上升到太赫兹频段时，二极管寄生效应的影响越来越明显，因此需要对二极管的寄生效应展开研究。肖特基二极管在片测试的基板厚度与太赫兹单片电路基板厚度不一致是影响寄生参数准确提取的一个因素。肖特基二极管的精确建模，可以提高太赫兹混频器性能。
4.肖特基二极管在片测试需要一定厚度的基板承受探针压力，目前在片测试的单片基板厚度通常不做减薄处理，肖特基二极管处基板厚度远大于实际单片电路工作情况下的厚度。由此得到的肖特基二极管寄生参数提取值包含较厚基板的影响，无法在后续的数据处理中消除，影响提取参数的准确性。
5.为了提高肖特基二极管在片参数提取的准确性，改进肖特基二极管单片工艺结构进行在片测试，提出将肖特基二极管处基板厚度减薄到与实际工作电路一致的“桥墩式”工艺结构设计。当两侧探针进行施力时，“桥墩式”结构可承受较大的力，避免单片发生形变和损坏。最下面有一个完整硅片作为底座支撑，刻蚀好的硅片作为桥梁的桥墩结构，支撑探针施力的两端，单片二极管结构对应基板厚度达到微米级别。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，克服在进行肖特基二极管在片测试时基板较厚对于寄生参数提取的影响，从而提供一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构及其制备方法。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构，所述结构包括：
8.设置在硅垫片(2)上的“桥墩式”结构(1)，所述“桥墩式”结构(1)包括两个柱体或台体，用于支撑待测单片电路和在测试时承受探针的压力。
9.作为上述技术方案的一种改进，所述柱体可以是本领域公知可应用于本发明的任意形状柱体，例如但不限于正方体、长方体、圆柱体、正三棱柱、正六棱柱等；
10.作为上述技术方案的一种改进，所述台体可以是本领域公知可应用于本发明的任意形状台体，例如但不限于圆台、三棱台、四棱台、六棱台等；
11.作为上述技术方案的又一种改进，所述两个柱体或台体之间的距离范围根据太赫兹不同频段的需求优选但不限于为50～400μm；
12.作为上述技术方案的再一种改进，所述柱体或台体的高度范围优选但不限于不超过1mm。
13.作为上述技术方案的另一种改进，所述“桥墩式”结构(1)的表面有一层光刻胶(3)，在装配待测单片电路时，通过在其正面设置对准结构实现待测单片电路与所述“桥墩式”结构(1)的对准，从而将待测单片电路装配在“桥墩式”结构(1)表面的光刻胶(3)上。
14.作为上述技术方案的还一种改进，所述硅垫片(2)表面有一层光刻胶(3)，所述光刻胶(3)用于使所述硅垫片(2)与所述“桥墩式”结构(1)的底部稳定连接。
15.本发明的技术方案提供一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：
16.1)光刻图形定义：将一个硅片按照待测单片电路的结构形式进行光刻图形的定义，在硅片两侧的“桥墩式”结构表面旋涂一层光刻胶进行保护；
17.2)深硅刻蚀：在光刻图形定义完成后，按照光刻图形将完整厚度的硅片未旋涂光刻胶的部分整体刻穿，得到“桥墩式”结构；
18.3)固定硅垫片：选取一个完整硅片作为硅垫片，在所述硅垫片表面旋涂一层光刻胶，将所述步骤2)深硅刻蚀后得到的“桥墩式”结构底部固定在光刻胶表面，稳定连接后对其进行烘干，得到用于二极管在片测试的“桥墩式”结构。
19.作为上述技术方案的一种改进，硅片的刻蚀分为两种结构，一种为每个二极管作为一个单元进行底部刻蚀，另外一种为一列二极管作为一个单元进行底部刻蚀。两种结构各有优势，同时都可以实现设计需求。一列二极管作为一个单元的硅片刻蚀得到的“桥墩式”结构对于安装过程中的对位容差性更大，可减小安装误差对测试情况的影响程度。每个二极管作为一个单元的硅片刻蚀得到的“桥墩式”结构可支撑更强的在片测试探针压力，不易使gaas基片断裂。
20.在使用本发明所述“桥墩式”结构进行在片测试时，需要将待测单片电路作为“桥梁”装配在所述“桥墩式”结构上；在装配过程中，通过对准结构实现待测单片电路与所述“桥墩式”结构的对准，确保对准无误后将待测单片电路装配在所述“桥墩式”结构表面的光刻胶上，装配完成后，待测单片电路处于悬置状态，然后将整体放到探针台上再进行测试。
21.本发明基于肖特基二极管在片测试单片提出一种“桥墩式”结构，该结构的优点在于：所述“桥墩式”结构的厚度可以承受探针测试压力，降低了肖特基二极管在片测试时的单片基板厚度，使单片基板厚度与太赫兹工作单片电路一致，有效改善了单片基板厚度对肖特基二极管寄生参数提取的影响。
22.本发明提出一种用于二极管在片测试的“桥墩式”结构及其制备方法，该结构的优点在于：有效改善传统太赫兹肖特基二极管在片测试结构衬底厚度与实际工作电路差别较大的问题，提高太赫兹频段肖特基二极管寄生参数提取的准确性，从而完善太赫兹频段的
二极管建模。
附图说明
23.图1为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的截面示意图；
24.图2为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤1)的示意图；
25.图3为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤2)的示意图；
26.图4为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤3)的示意图；
27.图5为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构装配待测单片电路的示意图；
28.图6为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的实施示意图；
29.图7为频段为25-40ghz的在片测试提取的寄生电感示意图；
30.图8为频段为75-110ghz的在片测试提取的寄生电感示意图。
31.附图标识
32.1、“桥墩式”结构
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2、硅垫片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3、光刻胶
33.4、待测单片电路
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
5、探针
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6、探针台
具体实施方式
34.以下结合实施例进一步说明本发明所提供的技术方案。
35.如图1所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的截面示意图，本发明所述结构包括：设置在硅垫片2上的“桥墩式”结构1，所述“桥墩式”结构1包括两个柱体或台体例如长方体，用于支撑待测单片电路和在测试时承受探针的压力。所述“桥墩式”结构1的表面有一层光刻胶3，在装配待测单片电路时，通过在其正面设置对准结构实现待测单片电路与所述“桥墩式”结构1的对准，从而将待测单片电路装配在“桥墩式”结构1表面的光刻胶3上；所述硅垫片2表面有一层光刻胶3，所述光刻胶3用于使硅垫片2与“桥墩式”结构1的底部稳定连接。
36.如图2所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤1)光刻图形定义的示意图：将一个厚度为150μm的2寸硅片按照gaas单片电路的结构形式进行光刻图形的定义，“桥墩式”结构位置表面采用光刻胶进行保护，肖特基二极管的正下方对应的硅片基板将被刻蚀。
37.如图3所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤2)深硅刻蚀的示意图：光刻图形定义完成后，按照该光刻图形进行深硅刻蚀，将完整厚度的硅片整体刻穿，形成“桥墩式”结构，两个长方体“桥墩”之间的距离为300μm。
38.如图4所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的制备方法中步骤3)固定硅垫片的示意图：选择一个完整的硅片作为硅垫片，在硅垫片上旋涂一定厚度的光刻胶使得硅垫片与“桥墩式”结构的底部稳定连接，实现将“桥墩式”结构的硅片固定在完整硅垫片上；待硅垫片与“桥墩式”结构稳定连接后，将其烘干，以备下一步工艺操作。
39.如图5所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构在装配待测单片电路的示意图：gaas单片电路部分结构工艺和硅片的结构工艺制作完成后，通过十字对准结构将单片电路装配在已刻蚀的硅片表面，形成待测肖特基二极管在片测试的“桥墩式”结构，此时基板厚度为20μm，实现与太赫兹工作单片电路一致。
40.两种硅片刻蚀的正面都有一组对准结构，在装配过程中实现肖特基二极管单片与支撑硅片的对准。为便于装配过程的操作，将对准结构做在硅片的正面，四个角分别做了“十字型”的对准，可在x和y方向上都实现位置的确定。由于不同频段在片测试对应的探针尺寸不一样，需要将适用于不同频段探针测试的肖特基二极管结构排布于同一片基板上，整体待测二极管的平面尺寸为3.5mm
×
5mm。每个频段都包括在片校准件以及待测二极管结构。
41.如图6所示，为本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构的实施示意图：本实施例中，硅垫片2选用3寸的硅片，厚度为510μm；“桥墩式”结构1选用厚度为150μm的2寸的硅片按照待测单片电路4的结构进行刻蚀；两个长方体“桥墩”之间的距离范围设置在120～400μm；将厚度为20μm的待测单片电路4对准装配在“桥墩式”结构1上；将装配好待测单片电路4的“桥墩式”结构1放置于探针台6上进行肖特基二极管在片测试；测试时，两个探针5分别置于“桥墩式”结构1的单片上方，两个长方体“桥墩”用于承受探针5的压力，避免待测单片电路4发生形变，同时探针5会受到如图6中箭头所示方向的压力，探针5在压力的作用下发生形变到虚线位置；此时，肖特基二极管下方对应的基板厚度为20μm，减小了基板厚度，从而避免了基板厚度对测试参数的提取。
42.二极管在片测试平台的搭建较为复杂，对于测试平台以及探针的要求都比较高。测试平台的平整度对在片测试的影响很大，仪器放置要绝对水平，以保证良好的测试条件。
43.由于探针覆盖频段和尺寸的不同，在片测试主要包括两个频段的测试：0.1-40ghz的测试，探针g-s-g间的间距为150μm；75-110ghz的测试，探针g-s-g间的间距为100μm。每组测试之前，通过外部校准件实现探针针尖到针尖的校准。校准完成后，将每组电路结构的s参数逐个进行测试。
44.对不同基板厚度及不同频段在片测试条件下，得到的多组寄生参数进行对比分析。寄生参数结果表明，寄生电容的提取与基板厚度及频率等因素关系不大，寄生电感参数提取与多种因素有一定的关系。针对40ghz以下的测试结果，整理了20μm基板厚度和300μm基板厚度的寄生电感参数提取。不同基板厚度情况下得到的寄生电感参数如图7所示。由图中结果可以看出，单片悬置的寄生电感参数提取相比于单片放置在硅衬底上的提取值有一定的差异。因此，单片悬置状态下的测量对提取寄生参数是很必要的工艺设计。
45.针对75-110ghz在片测试结果，整理了单片悬置和单片放置在硅衬底的寄生电感参数提取。不同测试情况下得到的寄生电感参数如图8所示。由图中结果可以看出，不同频段的在片测试提取电感参数存在一定的差异。因此，提高在片测试的频率将为高频二极管建模提供重要的理论基础。
46.从上述对本发明的具体描述可以看出，本发明所述用于二极管在片测试的“桥墩式”结构降低了肖特基二极管在片测试时的单片基板厚度，使单片基板厚度与太赫兹工作单片电路一致，有效改善了单片基板厚度对肖特基二极管寄生参数提取的影响。
47.最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照
实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。