在芯片制造领域，电阻的测试至关重要，它主要分为方块电阻和接触电阻的测试。其中，方块电阻是电路设计的关键组成部分，其阻值的准确性会严重影响电路的性能。Fab 厂通常通过 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电阻条图形、范德堡图形和开尔文图形三种，接下来以电阻条为例详细介绍相关测试。
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，其 WAT 参数为 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 分别是 NW 方块电阻的宽度和长度。
与 NW 电阻不同，在 bulk wafer 中，PW 方块电阻需通过 DNW 隔离衬底（P - sub），若没有 DNW 的隔离，该 PW 方块电阻会与 P - sub 短路。PW 方块电阻同样是三端器件，其三个端口分别为电阻的两端和衬底（DNW），连接到 PAD_P1、PAD_P2 和 PAD_B。WAT 测试机器通过这些端口加载电压激励信号，测得所需数据，WAT 参数为 Rs_PW。测量 PW 方块电阻 Rs_PW 时，在电阻的一端和衬底加载 DC 电压 1V，另一端接地，测得电流 Ip，计算公式为 Rs_PW = (1 / Ip) / (L / W)。
CMOS 工艺平台的 Poly 方块电阻有四种类型，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，端口分别为电阻两端和衬底（NW），连接到 PAD_P1、PAD_P2 和 PAD_B。WAT 测试机器通过电阻两端端口加载电压激励信号获取数据，由于衬底的偏置电压对 Poly 的方块电阻无影响，测试时衬底悬空。测量这四种 Poly 方块电阻的原理相同，在电阻一端加载 DC 电压 1V，另一端接地，测得电流 Ip，计算公式为 Poly 方块电阻 = (1 / Ip) / (L / W)。
CMOS 工艺平台的 AA 方块电阻也有四种类型，测试结构与 poly 电阻类似，包括狗骨头状和蛇形两种。狗骨头状结构可减小接触电阻对 AA 方块电阻的影响，n 型 AA 方块电阻需设计在 PW 里，p 型则需设计在 NW 里。蛇形结构能增加方块电阻个数，平均化方块电阻，有效减小两端接触电阻影响，测试结果更准确。测量 n 型 AA 方块电阻时，在电阻一端加载 DC 电压 1V，另一端和衬底接地，测得电流 In，计算公式为 Rs_NAA = (1 / I) / (L / W)。
CMOS 工艺平台的金属方块电阻测试结构包含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，设计成蛇形是为了增加 M1 金属电阻线长度，得到更多 M1 方块电阻整体阻值，平均化测试结果以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，在电阻一端加载 DC 电压 1V，另一端接地，测得电流 Id，计算公式为 Rs_PW = (1 / Id) / (L / W)。
电阻测试结果会受到多种因素的影响，主要包括：
- n + 和 p + 离子注入异常：离子注入过程中的参数偏差可能导致电阻值的变化。
- AA 刻蚀尺寸异常：刻蚀尺寸的不准确会影响电阻的几何形状和尺寸，进而影响电阻值。
- Poly 刻蚀尺寸异常：同样，Poly 刻蚀尺寸的偏差会对 Poly 方块电阻产生影响。
- 硅金属化（Salicide）相关工艺：该工艺的不稳定可能导致电阻值的波动。
- M1 刻蚀尺寸异常：M1 刻蚀尺寸的异常会影响 M1 方块电阻的性能。
- 淀积金属层的厚度异常：金属层厚度的变化会直接影响电阻的阻值。
综上所述，在芯片电阻测试过程中，了解各种方块电阻的类型、测量原理以及可能的影响因素，对于确保测试结果的准确性和电路性能的稳定性至关重要。
图 1：Poly 方块电阻的狗骨头状和蛇形测试结构
图 2：M1 方块电阻的蛇形版图
在实际测试中，工程师需要严格控制各项工艺参数，以减少这些因素对电阻测试结果的影响。同时，不断优化测试方法和技术，提高测试的准确性和可靠性，为芯片的高质量生产提供有力保障。
