CMOS工艺中方块电阻的主要类型和测试方法

来源：木子陈

电阻的测试分为方块电阻和接触电阻，方块电阻是电路设计的重要组成部分，其阻值准确性严重影响电路的性能，Fab厂通过WAT参数方块电阻Rs监测它们。CMOS工艺中方块电阻主要类型有：

• NW方块电阻
• PW方块电阻
• Poly方块电阻
• AA方块电阻
• Metal方块电阻

目前业界通用的方块电阻的测试方法有三种：一种是电阻条图形；一种是范德堡图形；一种是开尔文图形。这里以电阻条作为例子介绍相关测试。

1.NW方块电阻

NW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（P-sub），它们分别连到PAD_N1、PAD_N2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。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，Rs_NW=（1/In）/（L/W），W和L分别是NW方块电阻的宽度和长度。

2. PW方块电阻

与NW电阻不同，在bulk wafer中，PW方块电阻是通过DNW隔离衬底（P-sub），如果没有DNW的隔离，这个PW方块电阻会与P-sub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方块电阻有四种类型的电阻，

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

p型非金属硅化物Poly方块电阻

Poly方块电阻的测试结构主要分为两种，第一种是狗骨头状的测试结构，第二种是蛇形的测试结构，如下图所示。

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

AA方块电CMOS工艺平台的AA方块电阻有四种类型的电阻，

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

p型非金属硅化物AA方块电阻

其测试结构与poly 电阻类似，分为两种，第一种是狗骨头状的测试结构和蛇形的测试结构。狗骨头状的AA方块电阻，目的是减小接触电阻对AA方块电阻的影响。n型AA方块电阻必须设计在PW里面，p型AA方块电阻必须设计在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。

Metal方块电阻

CMOS工艺平台的金属方块电阻的测试结构包含该平台的所有金属层，其测试结构如图所示：

M1方块电阻的版图是蛇形的两端器件，设计成蛇形的目的是尽量增加M1金属电阻线的长度，得到更多数目的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方块电阻的基本原理是在电阻的一端加载电压DC电压1V，另一端接地，从而测得电流Id，Rs_PW=（1/Id）/（L/W），W和L分别是M1方块电阻的宽度和长度。

影响因素：

1) n+和p+离子注入异常；

2）AA刻蚀尺寸异常；

3）Poly刻蚀尺寸异常；

4）硅金属化（Salicide）相关工艺。

5）M1刻蚀尺寸异常；

6）淀积金属层的厚度异常。