半導(dǎo)體元件經(jīng)過ESD后常見的兩種失效表現(xiàn)
發(fā)布時(shí)間：2020-12-22 09:41
閱讀：104 次
半導(dǎo)體元件通過ESD后，失效表現(xiàn)主要可以歸結(jié)為兩種。一個(gè)是高電壓和高電場所造成的器件擊穿帶來的實(shí)效。另一個(gè)是靜電放電時(shí)高電流引起的零件部分或整體過熱燒毀零件。
一、高壓引起的介質(zhì)擊穿
半導(dǎo)體有多種介質(zhì)材料，每種都有不同的介電能力，工藝不同，相同材料的厚度不同，電能力也不同。靜電放電發(fā)生時(shí)，如果靜電脈沖電壓超過介質(zhì)容量，介質(zhì)就會被擊穿。當(dāng)然，這種情況也分輕重的，重的可以直接使零部件無效。
根據(jù)半導(dǎo)體零件的結(jié)構(gòu)和工藝，容易發(fā)生的主要類型如下：
1、柵氧化物介質(zhì)擊穿
對于MOS或IGBT等結(jié)構(gòu)，柵氧化層的厚度相對較薄，如果靜電電壓超過自身介質(zhì)的耐壓，可能會發(fā)生靜電擊穿。所以在使用時(shí)不要用手直接觸摸IGBT。
2、金屬層間介質(zhì)擊穿
半導(dǎo)體集成電路為了多層金屬布線，需要在金屬層之間堆積相應(yīng)的介質(zhì)層，用于隔離金屬。靜電電壓超過此介質(zhì)時(shí)，會發(fā)生介質(zhì)破裂，需要阻擋的金屬之間短路，導(dǎo)致部件故障。
3、多晶硅介質(zhì)的擊穿
許多半導(dǎo)體在工藝中使用多晶硅作為柵極鏈路或作為電阻，多晶硅通常采用金屬布線。為了將多晶硅從金屬中分離出來，通常會累積與上述金屬層間介質(zhì)穿透相似的相應(yīng)介質(zhì)層。
4、場介質(zhì)擊穿
作為元件的被動(dòng)區(qū)域，其上方的場介質(zhì)層厚度一般較厚，耐壓比其他區(qū)域相對較大。但是，如果介質(zhì)因后期過程中的焊接等而受損，則靜電放電時(shí)，此區(qū)域發(fā)生靜電破壞的可能性會增加，從而使部件無效。
二、大電流引起的裝置損壞
半導(dǎo)體的各結(jié)構(gòu)除了介質(zhì)不導(dǎo)電外，其他結(jié)構(gòu)在工作中有一定的電流。根據(jù)材料或結(jié)構(gòu)的不同，可承受的電流大小也不同，如果靜電電流超過可承受的電流，則可能會因高電流過熱而受損。
1、PN結(jié)過熱損傷
半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)正向能承受的電流很大，而反轉(zhuǎn)在PN結(jié)擊穿之前只存在很小的反向泄漏電流，反轉(zhuǎn)擊穿時(shí)會出現(xiàn)更大的反向擊穿電流。但是，如果PN結(jié)不管是正向還是反向，靜電電流超過PN結(jié)的承受能力，則PN結(jié)可能會局部過熱，局部失效短路。
2、金屬線燒毀
金屬導(dǎo)線本身的導(dǎo)電性很強(qiáng)，但半導(dǎo)體元件的金屬連接線由于各種要求，部分金屬連接線的電流承受能力不大，當(dāng)靜電電流超過承受能力時(shí)，可能會出現(xiàn)過熱燒毀。
