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1、半导体器件的静电损伤及防护航空航天部半导体器件失效分析中心邓永孝。、摘要静电放电(E)损伤失S效是半导体器件的重要失效原因本文从静电产生E、、、损伤模型抗静电能力分类E的失效模式使用中的防静电损伤措施等五方面加以介绍。其目的是为器件用户提供防静电损伤的科学依据。、一前言,。随着工业的不断发展防静电危害的有关研究也日益受到人们的普遍重视在电子工,,业中随着大规模MOS集成电路和微波器件等的大量生产和广范应用静电放电(简称。,ESD)损伤的间题也越来越突出随着电路集成度和速度的迅速提高器件尺寸进一步缩,,。小
2、氧化层进一步减薄因此对静电放电损伤变得更加敏感另一方面是当前在生产和工,。作的环境中高分子材料的应用比较普遍因此静电荷的产生与积累也比较严重,静电放电(ESD)损伤的时有发生还与人们对静电的认识程度有关有许多静电放电:损伤还没有被人们认识到OS,()l有些人错误地认为在M集成电路中已设计了保护电路静电放电就不会对它。造成损伤(实际上保护作用很有限),,(2)如果人体所带静电压在1一ZKv范围发生静电放电时人体感受不到但是却能。.使电子器件受到损伤所以静电放电损伤半导体器件是在人们不知不觉的过程中发生的,,
3、(3)半导体器件发生静电放电损伤后出现的失效现象比较轻微分析起来也十分复,。杂没有深人的分析是很难与其它的电损伤失效区分开来,,,(月)半导体器件受到电损伤后绝大多数只表现为电参数劣化只给器件留下了隐患降低了可靠性。但这种器件在使用些时候发生失效时,就很难判断该器件在某时某地某种情。况下曾遭受过静电放电损伤,,(5)目前电子工业中的防静电损伤教育还没有得到普及人们还没有认识到静电损伤的严重危害性。,。,目前国际上对静电放电(ESD)损伤及防护间题非常重视从八十年代初开始由美,,国可靠性分析中心和罗姆航空发
4、展中心联合发起每年召开一次国际性的专题年会交流。ESD方面的研究成果,。半导体器件的EsD损伤在我国的电子工业中也十分严重现在已引起有关部门的,,重视在防静电损伤方面也开展了不少研究工作并已取得了不少科研成果二、静电荷的产生。,静电现象是十分普遍的电现象用胶木梳子梳头可能听到轻微的放电声脱下毛衣或26,、化纤衣服时除可能听到放电声外在黑暗的地方还可能看到静电放电的闪光穿着塑料底,。,鞋行走在地毯上的人与地毯以外的人或物接触时还能发生静电放电在生产过程中传递或分离固体绝缘材料、流动或冲刷中的绝缘液体等均会产
5、生大量静电荷积累。,静电是通过电子或离子的转移形成的它是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果。具有不同静电位的物体,由于直接接触或静电感应引起物体间静电荷的转移,这,。种静电荷通过器件引出腿(端子)放电所引起的损伤称之为静电放电损伤静电现象的特,以下仅介绍几种对半导体器件危害极大的静电:征是高电位及小电量、1摩擦起电,、正常物体的正负电荷相互平衡(不带电)当电荷发生转移时物体上的正负电荷就会,.:,失去平衡使物体变成带电体例如两种物质紧密接触(间距小于25X10一厘米)由于,,,不同原子得失电子的能力
6、不同原子的外层电子有不同能级它们之间会发生电子转移,,,。因此接触界面两侧会出现大小相等符号相反的两层电荷当它们分离时就会产生静电,。两种物质互相摩擦之所以产生静电就是通过摩擦实现了它们多次接触分离的地程,—。但摩擦起电是一个比较复杂的过程它还包括压电效应和热效应起电的过程一般说压电,,、聚效应产生的电荷是极小的不足以引起人们的注意但是某些高分子材料(如有机玻璃乙烯、聚苯乙烯等。)的压电效应是不可忽略的摩擦起电还与摩擦材料面发生机械破碎有。关、、、、半导体器件在制造存贮运输及装配过程中以及仪器设备材料或操
7、作者都很容易。,因摩擦而产生几千伏的静电电压当器件与这些带电体接触时带电体就会通过器件引出,。,腿放电引起器件失效静电放电E(SD)损伤不仅对MOS器件很敏感而且在双极器件和.混合集成电路中同样存在ESD损伤问题2、感应起电。,导体或电介质处在静电场中均会感应起电导体在静电场的作用不表面不同部位将,。感应出不同电荷或使导体表面上原有的电荷发生重新分布引起带电,在电场中电介质会发生极化极化后的电介质在电力线方向相对的两面出现大小相,。,等而极性相反的束缚电荷并成为新的电场源当外部电场取消后电介质上的束缚电荷
8、,。,。将逐渐消失最后恢复到中性电介质如果束缚电荷之一因某种原因而消失则电介质。上剩余的束缚电荷将使它处于带电状态、3固体静电固体物质问大面积摩擦;固体物质在压力下接触而后分离;固体物质在挤压时的摩擦;固体物质的粉碎、研磨和抛光过程等均可能产生静电。、4人体静电,,:在电子工业中人体是重要的静电来源使人体带电的方式大致有三种、,1)人的行动和工作将使穿的衣服与其它物体穿的鞋与地面发生摩擦从而使衣服和,,。鞋带上静电荷通过传导或
