戴西娜 詹健 仲博
飞思卡尔半导体（中国）有限公司 天津 300385
摘要：根据公司提高毛利率战略的指示，需要将产品进行晶圆厂地域的转移。在转移验证过程中发现，转移后产品出现测试良品率降低的情况。为了提高产品测试良品率，运用六西格DMAIC的方法实现转移后产品测试良品率的提升，从而保证提高企业毛利率的战略目标。
关键词：良品率；DMAIC；测量系统分析；RDSon
一、引言
依据提高公司毛利率的战略指导方针，将产品从6寸晶圆厂转移到8寸晶圆厂，这样可以大大降低成本，提高公司收益。但是在转移的验证过程中发现转移后产品B相比之前产品A良品率降低了4.4%，这样就增加了成本，与公司的战略相违背。为了提高良品率，通过运用六西格玛DMAIC的方法找到问题，解决问题，从而最终提高产品良率，实现公司的战略目标。
DMAIC是六西格玛管理中的重要改善工具。通过运用DMAIC可以将理论变为动作，从而将目标变为现实。DMAIC包含了定义 （Define)、测量 （Measure）、改进（Improve）、控制（Control）五个阶段构成的过程改进方法。
二、DMAIC-定义
定义(Define)是DMAIC的第一步，也是很重要的一步。通过这个阶段，可以明确问题或者流程输出Y及其测量，确定Y的标准。
在此阶段，我们的目标是提高转移后产品B的良品率，使之与转移前产品A的良品率相匹配，从而实现公司的战略目标。
通过对测试程序的研究，找到有效的方法从而将转移后产品的B的良品率从92.6%提高到97%。下图为SIPOC高阶流程图
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图一
三、DMAIC-测量
测量阶段作为DMAIC的二个阶段，它是Define阶段的后续，也是连接分析阶段的桥梁。测量是项目工作的关键环节，是以事实和驱动管理的具体体现。
通过测量阶段的数据分析和评估，可以获得对问题和改进机会的定量认识，并在此基础上获得项目实施的信息。任何过程的输入与输出的关系可以表达为:Y=f(X), 关键输入变量X决定输出变量Y。通过明确Y的测量，并通过收集X和Y的测量数据，定量描述Y。通过过程分析，了解Y的波动规律，揭示过程改进的机会，识别实现项目目标的可能途径和改进方向。
通过对产品B的3批验证批次共33片晶圆良品率数据分析，经验证良品率为正态分布，平均良品率为92.6%（图二），91.39%的晶圆低于97%的目标良品率（图三），因此我们需要找到主要导致低良品率的主要失效原因，从而提高产品B的良品率。
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图二 图三
基于失效比率分析（图五），我们可以得出产品B的主要测试失效来自于RDSon Cell，而产品A和产品B良品率的主要差异就来源于RDSon cell的测试（图四）。如果产品B的RDSon cell低良品率问题可以解决，那么产品B就可以至少达到产品A的良品率。因此提高产品B RDSon cell良品率是提高产品B良品率的关键点。
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图四 图五
功率晶粒与控制晶粒在芯片封装内部连接，RDSon cell的测试可以评估功率晶粒的sense FET到控制晶粒的电流，从而监测主功率晶粒的FET的电流。RDSon cell测试规格要求为29-43欧姆。
如果产品B的RDSon cell值没有在规格29-43欧姆范围内就为次品，不被客户接受。测试机台通过测试程序可以实现RDSon cell的测试，通过对验证批次100个数据的RDSon cell过程能力分析，发现较差的Cpu结果导致了不可接受的Cpk结论（如图六），可见产品B的 RDSon cell过程能力有可改进的空间。因此改进产品B RDSon cell的过程能力，可以实现RDSon cell的良品率提升。
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图六
为了保证测量数据的准确性，在开始测量并收集数据之前，必须对测量系统进行评估。如果数据本身的质量有很大问题，那么我们的结论就会有问题。RDSon cell是通过测试机台测试出来的，所以我们要衡量测试机台的性能，从而保证测试值的准确性。
通过对测试机台进行测试系统分析，可以得出测试系统具有良好的准确性和精确性（如图七），测试出来的数据可以用作分析。
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四、DMAIC-分析
分析阶段是DMACI中最难预测的阶段。通过资料研究，增强对过程和问题的理解，进而识别问题的原因，使用各分析步骤来寻找“问题根源”。
通过以下鱼骨图分析（图八），除了晶圆工艺不同有可能是原因，其他因素暂且排除。
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图八
基于晶圆工艺进行分析，8寸晶圆厂相同工艺的cell数目与RDSON的值应该在曲度图上，相同的cell数目的产品，RDSON的值应该在相同水平上。但是产品B的RDSon的值却偏离曲线，与其相同Cell数目的其他产品如N32A和N55K的RDSON的值均在35欧姆左右。所以我们需验证产品B在晶圆厂是否存在工艺制程的问题。
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图九
晶圆厂的remox参数可以反应相应的Rdson cell的工艺性能，相同工艺的产品应该有相同的remox值，如下图（图十）所示，虽然产品B的remox的值有一些波动，但是仍然在正常的波动范围。因此我们可以得到Rdson cell的晶圆制程工艺是正常的结论。
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图十
综上所述得出以下结论：首先产品B的RDSon cell的测试值不正常，偏离了正常的cell 数目与RDSon的曲线。然而通过对remox值的分析，了解到产品B的RDSon cell在晶圆厂的工艺却是正常的。因此基于数据分析，产品B RDSon cell的低良品率并不是由于晶圆工艺造成的，很大的可能是来自于测试程序本身，而测试程序没有设置足够的等待时间可能是其根本原因。通过对产品手册的研究，并没有准备时间的要求。所以我们进一步研究调整等待时间是否可以解决这个问题。
程序中，原始的设置时间是500us，因此我们分别选取少于和多余500us的时间设置，看等待时间对RDSon cell测试的影响。运用one-way ANOVA的分析，我们可以得出结论等待时间的确对RDSon cell的测试值有显著影响（图十一）。这与我们开始的预测是完全吻合的，因此等待时间的优化将是解决低良品率的根源。
图十一
五、DMAIC-改进
改进阶段分为三个阶段：首先是确定实施计划，其次是测试程序等待时间的优化，最后是程序优化后的数据验证其有效性。
按照实施计划，在规定的时间内完成测试程序的调试及验证。通过增加RDSon cell测试的等待时间，我们收集RDSon的测试值。随着等待时间的增加，RDSon cell的值会随之减少。当等待时间增加到3ms后，可以得到稳定的RDSon cell值，为35欧姆左右（图十二）。考虑到批次之间和晶粒之间的区别，以及平衡测试时间的成本，我们最终设置5ms作为等待时间。经过程序优化后，产品B的RDSon的值也回归到了拟合线上，因此产品B的RDSon测试值回归正常，如图十三所示。
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图十三
基于比较结果，将优化后的测试程序应用到产品B的生产。通过对4批生产批的监测，每天随机抽取一批次，每个批次抽取25个晶粒进行取样分析，可以证实RDSon的工艺制程有着显著地提升（图十四）。
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图十四
六、DMAIC-控制
控制是使改进后的流程程序化，并通过有效的检测手段，确保流程改进的成果。
通过对工艺流程和控制计划进行检查，确保没有需要更新的地方。然后将优化后的程序在系统中进行备案审批，并投入生产。通过SPC监测可知RDSon的测试在稳定状态内，工艺可控（图十五）。
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图十五
新程序投入生产后，监测5个月的生产批，并没有发现RDSon cell有良品率的损失。8寸晶圆厂的产品B在新程序投入生产后，良品率从92.6%提升到了98.6%，甚至比预期的目标还要高（图十六）。因此，我们可以顺利将产品从6寸晶圆厂转移到8寸晶圆厂，最终实现公司提高毛利率战略目标。
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图十六
参考文献
[1]【美】埃文斯等著。质量管理与质量控制【M】.北京市：中国人民大学出版社，2010，5
[2]胡铭主编。质量管理学【M】.武汉大学出版社，2004
[3]光昕、李沁，质量管理与可靠性工程，电子工业出版社，2005