WAT(Wafer Acceptance Test,晶圆允收测试)是半导体制造流程中,在晶圆完成所有前端工艺(如光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积等)后,对晶圆上预设的 “测试结构(Test Key)” 进行的电学参数测试,这些参数会直接影响芯片的最终良率(Yield)。然而,由于WAT测试参数繁多,探究与良率关系时呈现多变量的复杂特征,仅依靠经验或单变量分析难以全面揭示其内在关联。回归分析(Regression Analysis)作为一种统计建模方法,能够量化WAT参数对良率的影响程度,并识别关键工艺因子。通过建立多元线性回归(MLR)或机器学习模型(如随机森林、梯度提升树),可以分析不同WAT参数的贡献度,预测良率趋势,为工艺优化提供真实有效的数据支撑。
某客户一款产品在 CP(Chip Probing,芯片探针)测试中发现,部分晶圆良率低于预期。经前期排查,工程师确认良率损失与 WAT的关键电性参数 Idsat 存在关联性。但该产品涉及多种器件,且不同器件的同类型参数呈现相似变化趋势,导致工程师难以定位关键影响因素,也无法提出有效的良率改善方案。为此,工程师决定采用多元回归方法建模分析,以便确认关键影响因素,为良率提升提供了有效指导。
因变量和自变量的选择。该案例中Yield 作为因变量放在Y栏位,WAT 测试的众多参数作为自变量放在X 栏位中;
模型参数设置。一般用默认的设置即可,Confidence level 默认95%,Include Intercept默认勾选。该案例中由于自变量数量较多, Variable Selection采用逐步回归方法(Stepwise),通过逐步添加或移除自变量来构建模型,自动移除不显著的自变量,帮助构建简约高效的拟合模型。
经验融合。要获得高精度模型,不能完全依赖数据工具本身,需结合工程经验进行干预。若明确知道某些参数对良率的影响很大,这些参数必须参与模型拟合计算,可通过Stepwise设置中的Variables to lock功能,锁定这些参数。点击Run,生成模型。


Summary Table提供了拟合模型的统计值及指标。R2(决定系数)代表自变量对因变量的解释程度,其值越高,表示模型对数据的解释越充分。Prob(>F),表示该模型拟合的显著程度,通常Prob<0.05,说明该模型显著,反之,不显著。
Parameter Estimate展示了各自变量在模型中的重要程度,通过该表可查看哪个变量对因变量的影响最为显著。Formula,可查看当前模型的拟合公式。
Modeling Results展示了模型拟合情况;如通过Residuals vs Fitted可以判断模型拟合质量,散点应随机分布在0周围,并没有明显形状(如喇叭状)。
采用逐步回归分析的方法进行建模后,最终确认变量Core035_NPG4_STD_FIN10.Ids与Core055_PPG4_STD_FIN10.Ids对于良率存在显著影响。为了验证模型是否严谨,工程师将模型排除的其他电性参数重新引入模型中进行检验。结果显示,重新引入参数的P-Value均大于0.05,未达到统计显著性水平,模型调整后的R2值也未发生显著提升,以上均表明排除的参数对模型贡献有限,且原有显著变量系数稳定,排除了多重共线性的干扰。同时,经过工程经验确认这些参数的Idsat测试值处于工艺设计窗口内,测试值波动较小,分布稳定。综合统计检验与工程判定后,确认这些参数可以不参与最终的模型拟合计算,当前回归模型结果稳定可靠。
主要影响因子确定后,工程师可以搭配DE-G中的刻画器,通过拖动图中的十字标,直接查看相应条件下的预测结果,寻找良率提升的最优配置。后续,工程师需要结合自己的专业知识,将“理论建议”转化为实际方案,确认其建议值是否处于正常工艺窗口内,是否具有可实施性等。经过评估验证后,在进行后续实验,以实现产品良率提升。

工程师可以通过Regression页面右上方提供的Save Formula/Model功能来实现良率预测,借用拟合公式在原表中生成拟合良率;针对工艺优化后未进行CP测试的情况,亦可套用该公式直接进行预测,Fit Yield低于预期的Wafer提前报废(如DK91341_10),避免流入下一道工序,帮助客户节省成本,提升效率。

通过以上案例介绍不难发现,采用DE-G软件进行回归分析,其使用方法简便,能够快速准确输出多种模型指标,图表结合帮助用户清晰明了的判断多变量对因变量的影响程度,输出公式预测新条件下的因变量。同时,搭配刻画器通过可视化的方式,明确自变量的变化如何影响因变量。其操作简单,可视化程度高,新手工程师上手难度低。
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