静电对半导体元器件的危害
发布时间：
2021-01-22
静电放电(简写为ESD)是集成电路在制造、运输、以及使用过程中经常发生并导致芯片损坏或失效的重要原因之一。工业调查表明大约有40％的失效与ESD/EOS(过强的电应力)有关。因此，为了获得性能更好更可靠的芯片，对ESD开展专门研究并找到控制方法是十分必要的。随着芯片尺寸的持续缩小，ESD问题表现得更加突出，己成为新一代集成电路芯片在制造和应用过程中需要重视并着力解决的一个重要问题。作为改进ESD防护设计过程中的重要环节，失效分析技术在提高集成电路的可靠性方面具有重要作用。随着现代集成电路集成度的不断提高，失效分析的难度越来越大，必须要有更加先进准确的设备和技术，配合合理的失效分析步骤，才能提高分析的成功率。
电子工业中静电放电的四种主要试验模型：人体模型、机械模型、器件充电模型和电场感应模型
静电对半导体元器件的危害
1．静电的危害形式
在电子工业领域，静电的危害形式可大体归纳为以下几个方面：
1.1静电吸附：
1〕对半导体器件制造业而言，由于静电的力学效应就会使车间的浮游尘埃被吸附于半导体芯片上；灰尘也可能附着、寄存于芯片以外的物体上，但由于各种突发的外力作用使尘埃再度飞扬时仍有可能被吸附于芯片上，即使极少量的、线度很小的灰尘粒子附着在芯片上也会严重影响半导体器件的成品率。
2〕对于半导体器件使用而言，器件在工作时会将灰尘粒子吸附到器件表面，造成器件之间的绝缘电阻下降，严重时会影响器件工作。
1.2静电放电引起的器件击穿：
当带电物体通过器件形成一个放电通路时或带电器件本身有一个放电通路时，就会产生静电放电而造成器件的损坏。
1〕击穿所需的电场强度：
空气：3×10e6V.m
陶瓷：3×10e7 V.m
二氧化硅：1×10e9 V.m
2〕硬击穿：一次性芯片介质击穿、烧毁等永久性失效。
3〕软击穿：造成器件的性能劣化或参数指标下降而成为隐患。由于器件参数变化很可能使整机运行不正常，或运行一段时间后不能工作。因此软击穿比硬击穿带来的危害更大。
1.3静电感应：当导体和电介质置于静电场中，在其上感应出正或负电荷，其静电电压的幅
值取决于静电场的强度。在半导体制造工序过程中产生的静电源能在半导体芯线、工具、器件包装容器等感应出较高的静电电压，对半导体芯片介质放电。
1.4静电放电时产生的电磁脉冲：静电放电可产生频带几百千赫～几十兆赫、电平高达几十
毫伏的电磁脉冲干扰，当脉冲干扰藕合到计算机和低电平数字电路时，致使电路出现误动作。强能量脉冲干扰，可使静电敏感器件损坏。
2．静电敏感器件静电敏感度：
一般规定，静电损伤电压不小于16000V的为静电不敏感器件，小于16000V的为静电敏感器件。静电敏感度分级：
1级：不大于1999V
2级：2000～3999V
3级：4000～15999V
ESDS产品及其组件应有ESD保护电路，其最低要求应耐ESD电压值为：
组件：不低于2000V
产品：不低于4000V
电子元器件静电敏感度的分级：
1级（≤1999V）ESDS元器件
a．微波器件（萧特基二极管，点接触二极管和f>1GH Z的检波二极管）；
b．MOS场效应晶体管（MOSFET）；
c．结型场效应晶体管（JFET）；
d．声表面波器件（SAW）；
e．电荷藕合器件（CCD）；
f．精密稳压二极管（线性或负载电压调整率小于0.5％）；
g．运算放大器（OP AMP）；
h．集成电路（IC）；
i．混合电路（由1级ESDS元器件组成）；
j．特高速集成电路（VHSIC）；
k．薄膜电阻器
l．可控硅整流器（P t≤100mW，I c<100mA）。
2级（2000～3999V）ESDS器件：
a．MOS场效应晶体管；
b．结型场效应晶体管；
c．运算放大器；
d．集成电路；
e．特高速效应晶体管；
f．精密电阻网络（RZ型）；
g．混合电路（2级ESDS元器件组成）；
h．低功率双极型晶体管（P t≤100mW，I c<100mA）。
3级（4000～15999V）ESDS元器件：
a．MOS场效应晶体管；
b．结型场效应晶体管；
c．运算放大器；
d．集成电路；
e．特高速集成电路；
f．ESDS1级或2级不包括的所有其他电子元器件；
g．小信号二极管（P<1W，I<1A）；
h．一般硅整流器；
i．可控硅整流器（I>0.175A）；
j．小功率双极型晶体管（350mW<p<100mw和400mw<p<100mw）；< p=""></p<100mw和400mw<p<100mw）；<>
k．光电器件（光电二极管、光电晶体管、光电耦合器）；
l．片状电阻器；
m．混合电路（3级ESDS元器件组成）；
n．压电晶体。
3．易受损伤的器件和部位
结构上有下述特点的器件易受静电损伤：
芯片尺寸小、热容量小、小信号器件、高频器件、微细金属化、浅EB结、薄栅氧化层等。
器件易受损伤的部位有：
输入电路、输出电路的高阻部分，扩散区边缘，金属化区边缘等区域。
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