Вред статического электричества для полупроводниковых компонентов

Электростатический разряд (сокращенно ESD) является одной из важных причин повреждения или выхода из строя чипов, что часто происходит в процессе производства, транспортировки и использования интегральных схем. Промышленные исследования показывают, что около 40% отказов связано с ESD/EOS (чрезмерное электрическое напряжение). Поэтому крайне важно проводить специализированные исследования по ESD и находить методы контроля для получения лучших и более надежных чипов. Поскольку размеры чипов продолжают уменьшаться, проблемы ESD становятся все более заметными, становясь важной проблемой, которую необходимо решать в процессе производства и применения нового поколения интегральных схем. Как важная часть улучшения процесса проектирования защиты от ESD, технология анализа отказов играет значительную роль в повышении надежности интегральных схем. С постоянным увеличением интеграции современных интегральных схем, сложность анализа отказов также возрастает, требуя более современного и точного оборудования и технологий, а также разумных шагов анализа отказов для повышения вероятности успешного анализа.
Четыре основных тестовых модели для электростатического разряда в электронной промышленности: модель человека, модель машины, модель зарядки устройства и модель индукции электрического поля.

Вред статического электричества для полупроводниковых компонентов.

1. Формы вреда от статического электричества.

В области электроники формы вреда от статического электричества можно широко обобщить следующим образом:

1.1 Статическая адсорбция:

1) Для полупроводниковой промышленности механические эффекты статического электричества могут привести к тому, что плавающая пыль в цехе будет адсорбироваться на полупроводниковых чипах; пыль также может прилипать к объектам вне чипа, но из-за различных внезапных внешних сил, когда пыль снова поднимается, она все равно может быть адсорбирована на чипе. Даже небольшое количество очень мелких частиц пыли, прилипших к чипу, может серьезно повлиять на выход полупроводниковых устройств.

2) Для использования полупроводниковых устройств, когда устройство находится в работе, оно может адсорбировать частицы пыли на поверхности устройства, что приводит к снижению изоляционного сопротивления между устройствами, что может серьезно повлиять на работу устройства.

1.2 Выход устройства из строя, вызванный электростатическим разрядом:

Когда заряженный объект образует путь разряда через устройство или когда само заряженное устройство имеет путь разряда, происходит электростатический разряд, вызывающий повреждение устройства.

1) Необходимая сила электрического поля для пробоя:

Воздух: 3×10^6 В/м

Керамика: 3×10^7 В/м

Диоксид кремния: 1×10^9 В/м

2) Жесткий пробой: Постоянный отказ, такой как однократный пробой среды чипа, горение и т.д.

3) Мягкий пробой: Вызывает деградацию производительности устройства или снижение параметров, становясь скрытой угрозой. Изменения в параметрах устройства могут привести к тому, что вся машина будет работать ненормально или не сможет работать после определенного времени работы. Поэтому мягкий пробой представляет собой большую угрозу, чем жесткий пробой.

1.3 Электростатическая индукция: Когда проводники и диэлектрики помещаются в электростатическое поле, на них индуцируются положительные или отрицательные заряды, и амплитуда статического напряжения зависит от силы электростатического поля. Электростатические источники, возникающие в процессе производства полупроводников, могут индуцировать высокие статические напряжения на полупроводниковых проводах, инструментах, упаковочных контейнерах для устройств и т.д., что приводит к разряду в средах полупроводниковых чипов.

1.4 Электромагнитные импульсы, возникающие во время электростатического разряда: Электростатический разряд может производить электромагнитные импульсные помехи с частотными диапазонами от сотен килогерц до десятков мегагерц, с уровнями, достигающими десятков милливольт. Когда импульсные помехи связываются с компьютерами и цифровыми схемами низкого уровня, это может привести к сбоям в работе схем. Сильные импульсные помехи могут повредить устройства, чувствительные к электростатике.

2. Электростатическая чувствительность чувствительных устройств:

Как правило, устанавливается, что устройства с напряжением повреждения от электростатики не менее 16000 В классифицируются как устройства, нечувствительные к электростатике, в то время как устройства с напряжением менее 16000 В классифицируются как чувствительные к электростатике. Классификация электростатической чувствительности:

Уровень 1: Не превышает 1999 В

Уровень 2: 2000～3999 В

Уровень 3: 4000～15999 В

Продукты ESDS и их компоненты должны иметь схемы защиты от ESD, минимальное требование - это возможность выдерживать значения напряжения ESD:

Компоненты: Не менее 2000 В

Продукты: Не менее 4000 В

Классификация электростатической чувствительности электронных компонентов:

Компоненты ESDS уровня 1 (≤1999 В)

a. Микроволновые устройства (диоды Шоттки, диоды с точечным контактом и диоды обнаружения f>1 ГГц);

b. Полевые транзисторы MOS (MOSFET);

c. Полевые транзисторы с переходом (JFET);

d. Устройства с поверхностными акустическими волнами (SAW);

e. Устройства с зарядовой связью (CCD);

f. Диоды прецизионного опорного напряжения (линейные или коэффициент регулировки выходного напряжения менее 0.5%);

g. Операционные усилители (OP AMP);

h. Интегральные схемы (IC);

i. Смешанные схемы (состоящие из компонентов уровня 1 ESDS);

j. Очень высокоскоростные интегральные схемы (VHSIC);

k. Тонкопленочные резисторы.

l. Тиристорные выпрямители (P t≤100 мВт, I c<100 мА).

Уровень 2 (2000～3999 В) устройства ESDS:

a. Полевые транзисторы MOS;

b. Полевые транзисторы с переходом;

c. Операционные усилители;

d. Интегральные схемы;

e. Очень высокоскоростные полевые транзисторы.

d. Интегральные схемы;

e. Очень высокоскоростные полевые транзисторы;

f. Прецизионная резистивная сеть (тип RZ);

g. Гибридная схема (состоящая из компонентов уровня 2 ESDS);

h. Транзистор с низким потреблением (P t≤100 мВт, I c<100 мА).

Уровень 3 (4000～15999 В) компоненты ESDS:

c. Операционные усилители;

d. Интегральные схемы;

e. Очень высокоскоростные полевые транзисторы.

d. Интегральные схемы;

e. Ультравысокоскоростная интегральная схема;

f. Все остальные электронные компоненты, не включенные в уровень ESDS 1 или 2;

g. Диод малой мощности (P<1W, I<1A);

h. Кремниевый выпрямитель общего назначения;

i. Выпрямитель на тиристорах (I>0.175A);

j. Биполярные транзисторы малой мощности (350mW < p < 100mW и 400mW < p < 100mW);

k. Оптоэлектронные устройства (фотодиоды, фототранзисторы, оптопары);

l. Чип-резисторы;

m. Гибридная схема (состоящая из компонентов уровня 3 ESDS);

n. Пьезокристалл.

3. Устройства и детали, подверженные повреждениям

Устройства со следующими структурными характеристиками подвержены электростатическим повреждениям:

Устройства с небольшим размером чипа, малой тепловой емкостью, маломощные устройства, высокочастотные устройства, тонкая металлизация, мелкие EB-структуры, тонкие оксидные слои затвора и т. д.

Части устройства, подверженные повреждениям, включают:

Части с высоким сопротивлением входных и выходных цепей, края диффузионных областей, края металлизационных областей и другие регионы.

Отказ от ответственности: Эта статья является сетевой перепечаткой, и авторские права принадлежат оригинальному автору. Если у вас есть какие-либо вопросы по авторским правам на видео, изображения или текст, использованные в этой статье, пожалуйста, сообщите нам немедленно, и мы удалим контент на основе предоставленных вами доказательств.