WAT晶圆接受测试简介

WAT是英文 Wafer Acceptance Test 的缩写，意思是晶圆接受测试，业界也称WAT 为工艺控制监测（Process Control Monitor,PCM）。WAT 是在晶圆产品流片结束之后和品质检验之前，测量特定测试结构的电性参数。WAT的目的是通过测试晶圆上特定测试结构的电性参数，检测每片晶圆产品的工艺情况，评估半导体制造过程的质量和稳定性，判断晶圆产品是否符合该工艺技术平台的电性规格要求。WAT数据可以作为晶圆产品交货的质量凭证，另外 WAT数据还可以反映生产线的实际生产情况，通过收集和分析 WAT 数据可以监测生产线的情况，也可以判断生产线变化的趋势，对可能发生的情况进行预警。

晶圆上用于收集 WAT数据的测试结构称 WAT 测试结构（WAT testkey）。WAT测试结构并不是设计在实际产品芯片内部的，因为设计在芯片内部要占用额外的芯片面积，而额外的芯片面积会增加芯片的成本，芯片代工厂仅仅把WAT测试结构设计在晶圆上芯片（die）之间的划片槽（Seribe Line）。划片槽的宽度可以从最小的60μm做到150μm，芯片代工厂依据芯片切割机器（Die Saw）的精度要求制定划片槽的宽度设计要求，力求做到最小宽度及最小面积。图5-1所示划片槽中的WAT测试结构，图5-1a 是整块晶圆产品上的芯片，每一个小格子代表一颗芯片；图5-1b是放大后的图形，可以看到芯片间的划片槽；图5-1c是显微镜下的芯片划片槽，白色的方块区域是顶层金属窗口，通常称为封装金属窗口（Bonding PAD），WAT测试结构在PAD与PAD之间，很多不同的测试结构组成一组测试模组，芯片代工厂会给每组测试模组定义一个名称，每一片晶圆会包含很多这样的不同的 WAT测试模组。

WAT 测试结构通常包含该工艺技术平台所有的有源器件、无源器件和特定的隔离结构。例如，有源器件包括MOS 晶体管、寄生MOS 晶体管、二极管和双极型晶体管等，但是在标准的CMOS 工艺技术中，仅仅把 MOS 晶体管和寄生 MOS 晶体管作为必要的WAT测试结构，而二极管和双极型晶体管是非必要的WAT测试结构。无源器件包括方块电阻、通孔接触电阻、金属导线电阻和电容等。隔离结构包括有源区（AA）之间的隔离，多晶硅之间的隔离和金属之间的隔离。WAT 参数是指有源器件、无源器件和隔离结构的电学特性参数。

WAT测试是非常重要的，因为这是晶圆产品出货前第一次经过一套完整的电学特性测试流程，通过 WAT数据来检验晶圆产品是否符合该工艺技术平台的电性规格要求，以及工艺制造过程是否存在异常。

WAT数据有很多方面的用途，把它归纳为以下七大类：

第一，WAT 数据可以作为晶圆产品出货的判断依据，对晶圆产品进行质量检验。所有的WAT数据必须符合电性规格要求，否则不允许出货给客户。

第二，对WAT数据进行数理统计分析。通过收集 WAT数据，获取工艺技术平台生产线的工艺信息，检测各个 WAT参数的波动问题，评估工艺的变化的趋势（如最近一段时间某一技术平台 MOS 晶体管 Vt的数值按生产时间排列是否有逐渐变大或者变小趋势），从而可以对工艺生产线进行预警，还可以通过分析特定的 WAT参数的数据得知相关工艺步骤的工艺稳定性。

第三，通过特定的 WAT 测试结构监测客户特别要求的器件结构，检测它们是否符合电性规格要求。

第四，通过 WAT 数据对客户反馈回来的异常晶圆产品进行分析。对 WAT数据与良率（CP）做相关性，可以得到每个 WAT参数与CP 的相关性，再检查相关性最强的WAT参数的相关工艺情况，这样可以快速找出有问题的相关工艺步骤。

第五，代工厂内部随机审查晶圆的可靠性测试（金属互连线电迁移和栅氧化层的寿命等）。

第六，为器件工艺建模提供数据，通过测试不同尺寸器件的 WAT 参数数据，进行器件建模。

第七，测试和分析特定的WAT测试结构，改善工艺，或者开发下一代工艺技术平台。