CMOS 工艺中方块电阻的类型及测试方式

电阻的测试主要分为方块电阻和接触电阻两部分，其中方块电阻是电路设计里极为关键的组成部分，其阻值的准确性会对电路性能产生严重影响。Fab 厂通常借助 WAT 参数方块电阻 Rs 来对其进行监测。

在 CMOS 工艺中，方块电阻主要有以下几种类型：NW 方块电阻、PW 方块电阻、Poly 方块电阻、AA 方块电阻以及 Metal 方块电阻。目前，业界通用的方块电阻测试方法有三种，分别是电阻条图形、范德堡图形和开尔文图形。下面以电阻条为例，详细介绍相关测试。

1. NW 方块电阻

NW 方块电阻属于三端器件，它的三个端口分别为电阻的两端和衬底（P - sub），并分别连接到 PAD_N1、PAD_N2 和 PAD_B。WAT 测试机器通过这三个端口，将电压激励信号加载在电阻两端和衬底上，进而测得所需的电性特性参数数据。NW 方块电阻的 WAT 参数是 Rs_NW。

测量 NW 方块电阻 Rs_NW 的基本原理是，在电阻的一端加载 DC 电压 1V，另一端和衬底接地，从而测得电流 In，计算公式为 Rs_NW =(1/In)/(L/W)，其中 W 和 L 分别为 NW 方块电阻的宽度和长度。

2. PW 方块电阻

与 NW 电阻不同的是，在 bulk wafer 中，PW 方块电阻是通过 DNW 来隔离衬底（P - sub）的。若没有 DNW 的隔离，PW 方块电阻会与 P - sub 发生短路。PW方块电阻是三端器件，它的三个端口分别是电阻的两端和衬底（DNW），它们分别连到PAD_P1、PAD_P2和PAD_B，WAT测试机器通过这三个端口把电压激励信号加载在电阻的两端和衬底，从而测得所需的电性特性参数数据。PW方块电阻的WAT参数是Rs_PW。

测量PW方块电阻Rs_PW的基本原理是在电阻的一端和衬底加载电压DC电压1V，另一端接地，从而测得电流Ip，Rs_PW=（1/Ip）/（L/W），W和L分别是PW方块电阻的宽度和长度。

3. Poly 方块电阻

CMOS 工艺平台的 Poly 方块电阻存在四种类型，分别是 n 型金属硅化物 Poly 方块电阻、p 型金属硅化物 Poly 方块电阻、n 型非金属硅化物 Poly 方块电阻和 p 型非金属硅化物 Poly 方块电阻。其测试结构主要分为狗骨头状和蛇形两种。

Poly方块电阻是三端器件，它的三个端口分别是电阻的两端和衬底（NW），它们分别连到PAD_P1、PAD_P2和PAD_B。WAT测试机器通过电阻两端的端口把电压激励信号加载在电阻的两端，从而测得所需的电性特性参数数据。衬底的偏置电压对Poly的方块电阻没有影响，所以测试时衬底是悬空的。

测量这四种Poly方块电阻的基本原理都是一样的，在电阻的一端加载DC电压1V，另一端接地，从而测得电流Ip，Poly方块电阻=（1/Ip）/（L/W），W和L分别是Poly方块电阻的宽度和长度。

4. AA 方块电阻

CMOS 工艺平台的 AA 方块电阻也有四种类型，即 n 型金属硅化物 AA 方块电阻、p 型金属硅化物 AA 方块电阻、n 型非金属硅化物 AA 方块电阻和 p 型非金属硅化物 AA 方块电阻。其测试结构与 poly 电阻类似，分为狗骨头状和蛇形两种。狗骨头状的 AA 方块电阻可减小接触电阻对其的影响。n 型 AA 方块电阻需设计在 PW 里面，p 型 AA 方块电阻则必须设计在 NW 里面。

蛇形的测试结构可以增大方块电阻的个数，平均化的方块电阻，可以有效地减小两端接触电阻的影响。利用蛇形设计的测试结构的测试结果会比用狗头状设计的测试结构更准确。测量n型AA方块电阻的基本原理是在电阻的一端加载电压DC电压1V，另一端和衬底接地，从而测得电流In，Rs_NAA=（1/I）/（L/W），W和L分别是AA方块电阻的宽度和长度。

5. Metal 方块电阻

CMOS 工艺平台的金属方块电阻的测试结构涵盖了该平台的所有金属层。以 M1 方块电阻为例，其版图是蛇形的两端器件，设计成蛇形是为了尽量增加 M1 金属电阻线的长度，获取更多数目的 M1 方块电阻的整体阻值，对测试结果平均化后，可减小两端接触电阻对单个 M1 方块电阻的影响。

测量 M1 方块电阻时，在电阻的一端加载 DC 电压 1V，另一端接地，测得电流 Id，Rs_PW =(1/Id)/(L/W) ，W 和 L 分别是 M1 方块电阻的宽度和长度。

此外，影响方块电阻的因素主要包括：n + 和 p + 离子注入异常、AA 刻蚀尺寸异常、Poly 刻蚀尺寸异常、硅金属化（Salicide）相关工艺、M1 刻蚀尺寸异常以及淀积金属层的厚度异常等。这些因素都会对方块电阻的阻值产生影响，进而影响电路性能，因此在实际生产和测试过程中需要格外关注。