半導體器件經(jīng)ESD失效的兩種情況
發(fā)布時間：2020-08-20 15:57
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半導體器件在經(jīng)過ESD之后，失效表現(xiàn)我們大致可以歸結(jié)到以下兩種：一個就是由于高電壓和高電場所導致介質(zhì)擊穿而造成的失效；還有一個就是由于靜電放電時的大電流造成的器件局部或者整體的過熱燒毀而造成的器件失效。
一、高壓高場導致的介質(zhì)擊穿
半導體器件中存在著很多種介質(zhì)材料，每種都有著不同的介電能力，并且工藝的不同，同一材料的不同厚度的介電能力也不同。當發(fā)生靜電放電時，如果靜電脈沖電壓超過其介電能力，則會將介質(zhì)擊穿。當然，這種情況也是有情有重的，重的可能導致器件直接失效。
根據(jù)半導體器件的結(jié)構(gòu)和工藝的不同，較容易發(fā)生擊穿的主要有下面幾種：
①柵氧化層介質(zhì)擊穿
對于MOS或者IGBT這類結(jié)構(gòu)的器件，由于柵氧化層厚度相對較薄，如果加在它們上面的靜電電壓超過其本身介質(zhì)的耐壓的話，就會發(fā)生靜電擊穿。這就是為什么我們實際使用中，要注意IGBT的柵射極不要用手觸摸，或者加上銅箔包裹保護，為了就是防止靜電。
②金屬層間介質(zhì)擊穿
半導體集成電路為了實現(xiàn)多層金屬布線，需要金屬層之間淀積相應的介質(zhì)層，用于隔絕金屬。當靜電電壓超過這層介質(zhì)時，就會發(fā)生介質(zhì)擊穿，造成本應隔絕的金屬之間短路，造成器件失效。
③多晶硅上的介質(zhì)擊穿
很多半導體在工藝中使用多晶硅作為柵極的鏈接或者作為電阻，同時在多晶硅上通常會進行一些金屬布線。為了使多晶硅與金屬隔離，通常也會淀積相應的介質(zhì)層，跟上述金屬層間介質(zhì)擊穿類似。
④場介質(zhì)層擊穿
作為器件中的無源區(qū)域，其上面的場介質(zhì)層厚度一般都比較厚，相對于其他區(qū)域來說，耐壓也相對較大。但是如果由于后期工藝中的焊接等使介質(zhì)受損，那么有靜電放電時，這個區(qū)域有可能越容易發(fā)生靜電擊穿，從而使器件失效。
二、大電流導致的器件失效
半導體各結(jié)構(gòu)中，除了介質(zhì)不導電外，其他結(jié)構(gòu)在工作中都會有一定的電流。由于材料或者結(jié)構(gòu)的不同，它們承受的電流大小也不一樣，當靜電電流超過其所能承受的電流時，就會使由于大電流過熱而損壞。
①PN結(jié)過流損傷
PN結(jié)作為半導體中的基本結(jié)構(gòu)，其正向 能承受的電流較大，而反向在PN結(jié)擊穿前只有很小的反向漏電流存在，當反向擊穿時會出現(xiàn)較大的反向擊穿電流。但無論PN結(jié)處于正向還是反向，靜電電流超過PN結(jié)的承受能力時，都容易使PN結(jié)局部過熱，導致局部燒毀而造成短路。
②金屬導線的燒毀
盡管金屬導線本身的導電能力很強，但是在半導體器件中的金屬連接線由于各種要求不同，有些金屬連接線的電流承受能力不是很大，當靜電電流超過其承受能力時，也會出現(xiàn)過熱燒毀，導致其斷開的現(xiàn)象。
