电子器件的静电损伤失效模式分析

对于易受静电放电损坏的微电子器件（或是组件）称为静电放电敏感器件。其在静电放电影响下发生的失效形式有以下几种：

1.突发性完全失效

突发性完全失效是器件的一个或多个电参数突然劣化，完全失去规定功能的一种失效。通常表现为开路、短路以及电参数严重漂移。这种失效一般分为两种：一种是与电压相关的失效，如介质击穿、PN结反向漏电流增大等；另一种是与功率有关的失效，如铝条熔断、多晶电阻熔断、硅片局部区域熔化。对于结型器件，通常是与功率有关的热效应引起器件损坏。损伤部位往往是在PN结边缘的Si-SiO₂界面或接触孔边缘处发生。因静电放电引起的局部高温区，会造成杂质微扩散，形成的杂质管道导致PN结严重漏电和电流增益显著下降。

对于肖特基器件和浅结器件，静电损伤都集中在势垒区边缘的Si-SiO₂界面处。该处电场集中，过电流形成热斑。热斑的不稳定会导致器件失效，其失效模式完全类似于热致二次击穿，失效部位往往集中在结区边缘。

CMOS电路的失效主要表现为输入端铝互连线与输入保护电阻周围PN-保护环之间的介质击穿短路；输入对地保护二极管的PN结击穿；扩散保护电阻的寄生PN结损伤；多晶保护电阻接触孔损伤等。损伤严重时，输入端金属互连线烧熔。对于铝栅器件，静电放电引起Al-SiO₂界面发生反应，铝穿透SiO₂并造成栅极漏电甚至短路。

采用MOS电容器作为内补偿的运算放大器，往往表现为过电压引起电容器的介质击穿。

对于CMOS电路和MOS功率管，由于存在寄生晶闸管效应，静电放电可能触发“闭锁”，如果供电回路无限流电阻存在，器件会被过大电流烧坏。

2.潜在性缓慢失效

对某些集成电路，虽然PN结已受到静电放电损伤，但电路的电参数退化并不明显，只给电路留下了隐患，使该电路在以后的加电工作中，参数退化逐渐加重。因此，静电放电损伤具有潜在性和累积性的特点。如果带电体的静电位或存储的静电能量较低或者静电放电回路有限流电阻存在，则一次静电放电脉冲电流不足以引起器件发生突发性完全失效，但它会在器件内部造成轻微损伤。这种损伤又是积累性的，随着静电放电脉冲电流次数的增加，器件的损伤限定值电压会逐渐下降，器件的电参数逐渐劣化，这类失效称为潜在性失效。它降低了器件防静电的能力和器件的使用可靠性。正因为存在这种潜在性失效，所以对器件进行100%的防静电筛选试验是不可取的。

3.常见的静电放电损伤的失效模式

常见的静电放电损伤的失效模式有下列几种：

（1）高频小功率二极管

1）反向漏电流增加，击穿电压降低；

2）正向压降减小；

3）电极金属熔蚀。

（2）高频小功率晶体管

1）eb结反向漏电流增大；(www.xing528.com)

2）β值减小；

3）噪声系数增大；

4）电极金属熔蚀。

（3）场效应晶体管

栅-源极或栅-漏极短路或漏电。

（4）双极数字电路

1）输入漏电流增加；

2）参数退化或失去功能。

（5）双极线性电路

1）输入失调电压增大，失调电流增大；

2）MOS器件电容击穿短路。

（6）MOS集成电路

1）输入端或输出端与源极之间漏电流增大，输入保护网络的PN结击穿；

2）其他功能参数退化；

3）丧失功能，多晶硅布线膜熔断。