集成电路中esd失效机理分析

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1、目录摘要：10前言11静电放电危害及静电放电模型21.1静电产生的物理原理21.2静电放电危害21.3静电放电模型22失效模式与失效机理32.1失效模式32.2ESD失效机理与失效位置73ESD失效的特征83.1人体模型和机器模型ESD失效93.2带电器件模型ESD失效104静电放电的防护104.1预防静电释放的外部因素114.2预防静电释放的内部因素125结论12参考文献1311集成电路中esd失效机理分析摘要：静电放电对微电子器件的危害越来越受到人们的重视。本文简介了静电的产生及静电释放的危害，介绍了人体模型、

2、机器模型和带电器件模型等模型。然后通过对静电放电过程的研究建立放电模型，分析了静电放电的失效模式和失效机理和其对半导体器件的损坏机理。其中从理论角度突出对ESD失效机理和失效位置的研究；通过借助仪器分析的结果对ESD失效案例的ESD放电模型做了合理推断，这种通过失效分析推断放电路径的方法对于改善ESD保护电路性能和提高ESD防护等级有着重要参考作用。最后论述ESD失效的预防措施，分别从外部措施和内部措施提出预防静电放电的方法。关键词：静电放电微电子器件失效模式失效机理失效特征ICFailureMechanismOf

3、ESDAbstract:Electrostaticdischarge(ESD)damagetoIC(IntegratedCircuit)hasbeenpaidmoreattentionthanever.Thispaperintroducesgenerationofstaticelectricity,threekindsofESDmodelsandtestmethods,andESDprotectioncircuit.ESDfailuremode,failuremechanism,experimentplanandr

4、esults,andfailuresignatureofsomeESDmodelsarediscussed.ThenThispapertriestostartwiththephysicaltheoryofelectrostatictoexploretheprogressofESDandsetupthemodelofESD.ThepaperanalysesindetailstheprocessofESDandseveralESDmodelsandthemechanismofESDdamagesemiconductor

5、devices.Keywords:ESDMicroelectronicDevicesFailureModeFailureMechanism0前言环境中存在静电，这种静电电压从几百伏到几千伏甚至更高，如果没有任何静电保护结构，集成电路在存储、运输以及使用工程中很容易被静电损伤。静电放电(ESD)是两个靠近的带电体之间电荷再次平衡的过程，当带静电的人或物体与MOS器件的引脚接触，并通过器件向地或者其他物体放电时，高电压及其产生的大电流可能造成器件的损伤。ESD保护结构能将高压静电转化成瞬态低压大电流，最终将电流泄放，从

6、而达到保护集成电路的目的。ESD保护结构的特征和要求主要有：具有迅速的泄放静电的能力，在静电泄放过程中，保护结构本身不会被损伤。ESD保护电路的作用在于将出现在芯片管脚上的高电荷按照预先设计好的路径泄放掉，进而防止静电对内部电路的损坏。所以通过对ESD引起失效的器件进行物理失效分析，将有利于改善ESD电路性能和提高ESD防护等级。本文将对静电产生的危害及相关静电模型和ESD失效机理以及失效特征和如何进行预防进行阐述。111静电放电危害及静电放电模型1.1静电产生的物理原理静电是一种电能，它存在于物体表面，是正负电荷

7、在局部失衡时产生的一种现象。静电现象是指电荷在产生与消失过程中所表现出的现象的总称，如摩擦起电就是一种静电现象。静电产生原因有接触分离起电、摩擦起电、感应起电和传导起电等。1.2静电放电危害由于物体间的接触分离(如摩擦、剥离、撕裂和搬运中的碰撞等)或电场感应，都会因物体之间或物体内部带电粒子的扩散、转移或迁移而形成物体表面电荷的积聚，即呈现带电现象。这种现象的存在，有可能导致物体表面电荷对空气中带异性电荷的微粒子尘埃的吸引造成电子敏感元器件绝缘性能的降低、结构腐蚀或破坏。当外界条件适宜时，这种积聚电荷还会产生静电放

8、电，使元器件局部破损或击穿，严重时，还会引起火灾、爆炸等。曾报道某厂在修理程控交换机上的半导体集成电路时因静电引起爆炸事故的文章[1]。应当指出，静电引起电子元器件局部结构破损和性能降低，是对元器件使用寿命的一种潜在威胁，因为它难于检验，故造成事故的随机性更大，并且易于与其他失效原因混淆而被掩盖。1.3静电放电模型静电放电是一个复杂多变的随机过程，同时静电放