半导体器件经ESD失效的两种情况
发布时间：2020-08-20 15:57
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半导体器件在经过ESD之后，失效表现我们大致可以归结到以下两种：一个就是由于高电压和高电场所导致介质击穿而造成的失效；还有一个就是由于静电放电时的大电流造成的器件局部或者整体的过热烧毁而造成的器件失效。
一、高压高场导致的介质击穿
半导体器件中存在着很多种介质材料，每种都有着不同的介电能力，并且工艺的不同，同一材料的不同厚度的介电能力也不同。当发生静电放电时，如果静电脉冲电压超过其介电能力，则会将介质击穿。当然，这种情况也是有情有重的，重的可能导致器件直接失效。
根据半导体器件的结构和工艺的不同，较容易发生击穿的主要有下面几种：
①栅氧化层介质击穿
对于MOS或者IGBT这类结构的器件，由于栅氧化层厚度相对较薄，如果加在它们上面的静电电压超过其本身介质的耐压的话，就会发生静电击穿。这就是为什么我们实际使用中，要注意IGBT的栅射极不要用手触摸，或者加上铜箔包裹保护，为了就是防止静电。
②金属层间介质击穿
半导体集成电路为了实现多层金属布线，需要金属层之间淀积相应的介质层，用于隔绝金属。当静电电压超过这层介质时，就会发生介质击穿，造成本应隔绝的金属之间短路，造成器件失效。
③多晶硅上的介质击穿
很多半导体在工艺中使用多晶硅作为栅极的链接或者作为电阻，同时在多晶硅上通常会进行一些金属布线。为了使多晶硅与金属隔离，通常也会淀积相应的介质层，跟上述金属层间介质击穿类似。
④场介质层击穿
作为器件中的无源区域，其上面的场介质层厚度一般都比较厚，相对于其他区域来说，耐压也相对较大。但是如果由于后期工艺中的焊接等使介质受损，那么有静电放电时，这个区域有可能越容易发生静电击穿，从而使器件失效。
二、大电流导致的器件失效
半导体各结构中，除了介质不导电外，其他结构在工作中都会有一定的电流。由于材料或者结构的不同，它们承受的电流大小也不一样，当静电电流超过其所能承受的电流时，就会使由于大电流过热而损坏。
①PN结过流损伤
PN结作为半导体中的基本结构，其正向 能承受的电流较大，而反向在PN结击穿前只有很小的反向漏电流存在，当反向击穿时会出现较大的反向击穿电流。但无论PN结处于正向还是反向，静电电流超过PN结的承受能力时，都容易使PN结局部过热，导致局部烧毁而造成短路。
②金属导线的烧毁
尽管金属导线本身的导电能力很强，但是在半导体器件中的金属连接线由于各种要求不同，有些金属连接线的电流承受能力不是很大，当静电电流超过其承受能力时，也会出现过热烧毁，导致其断开的现象。
