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半导体元件经过ESD后常见的两种失效表现

time发布时间:2020-12-22 09:41
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半导体元件通过ESD后,失效表现主要可以归结为两种。一个是高电压和高电场所造成的器件击穿带来的实效。另一个是静电放电时高电流引起的零件部分或整体过热烧毁零件。
一、高压引起的介质击穿
高压引起的介质击穿
半导体有多种介质材料,每种都有不同的介电能力,工艺不同,相同材料的厚度不同,电能力也不同。静电放电发生时,如果静电脉冲电压超过介质容量,介质就会被击穿。当然,这种情况也分轻重的,重的可以直接使零部件无效。
根据半导体零件的结构和工艺,容易发生的主要类型如下:
1、栅氧化物介质击穿
对于MOS或IGBT等结构,栅氧化层的厚度相对较薄,如果静电电压超过自身介质的耐压,可能会发生静电击穿。所以在使用时不要用手直接触摸IGBT。
2、金属层间介质击穿
半导体集成电路为了多层金属布线,需要在金属层之间堆积相应的介质层,用于隔离金属。静电电压超过此介质时,会发生介质破裂,需要阻挡的金属之间短路,导致部件故障。
3、多晶硅介质的击穿
许多半导体在工艺中使用多晶硅作为栅极链路或作为电阻,多晶硅通常采用金属布线。为了将多晶硅从金属中分离出来,通常会累积与上述金属层间介质穿透相似的相应介质层。
4、场介质击穿
作为元件的被动区域,其上方的场介质层厚度一般较厚,耐压比其他区域相对较大。但是,如果介质因后期过程中的焊接等而受损,则静电放电时,此区域发生静电破坏的可能性会增加,从而使部件无效。
二、大电流引起的装置损坏
半导体的各结构除了介质不导电外,其他结构在工作中有一定的电流。根据材料或结构的不同,可承受的电流大小也不同,如果静电电流超过可承受的电流,则可能会因高电流过热而受损。
1、PN结过热损伤
半导体的基本结构PN结正向能承受的电流很大,而反转在PN结击穿之前只存在很小的反向泄漏电流,反转击穿时会出现更大的反向击穿电流。但是,如果PN结不管是正向还是反向,静电电流超过PN结的承受能力,则PN结可能会局部过热,局部失效短路。
2、金属线烧毁
金属导线本身的导电性很强,但半导体元件的金属连接线由于各种要求,部分金属连接线的电流承受能力不大,当静电电流超过承受能力时,可能会出现过热烧毁。