微電子器件的靜電防護(hù)分析

華冰鑫+李敏+李鳳

摘 要：現(xiàn)在我國IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，各個領(lǐng)域設(shè)計的產(chǎn)品也比較多，而靜電對微電子器件危害是最大的。微電子是IT行業(yè)的一個重要器件，微電子的應(yīng)用較為廣泛。微電子器件的靜電防護(hù)是企業(yè)普遍關(guān)注的問題。只有做好微電子的防護(hù)，才能使其性能得以最大化的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：微電子；靜電防護(hù)；ESD

引言

為了防護(hù)微電子器件，電路設(shè)計者對電子器件進(jìn)行靜電防護(hù)。電路保護(hù)的設(shè)計要考慮很多的因素，要不斷進(jìn)行試驗(yàn)。其中ESD是對微電子器件一個較大的威脅。ESD嚴(yán)重影響著微電子器件的質(zhì)量，威脅著器件的整體工作。ESD對微電子器件制造業(yè)是一個巨大的威脅。解決ESD問題，是當(dāng)前微電子生產(chǎn)的一個重要課題。ESD問題的解決，對整個行業(yè)的發(fā)展有重要的影響。

1 ESD分析

由于電荷的積累，物體表面帶上靜電，電荷發(fā)生移動，就是發(fā)生了ESD。ESD包括四個階段。第一階段，電荷的產(chǎn)生。電荷的產(chǎn)生是由于摩擦、感應(yīng)的現(xiàn)象。兩種不同的材料接觸或摩擦，電荷通過絕緣體傳播，而導(dǎo)體間電荷的轉(zhuǎn)移是由于兩個物體的電勢不同造成的。第二階段，電荷的轉(zhuǎn)移。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移是由于兩個物體的電勢不同，當(dāng)兩個物體的電勢平衡，電荷的轉(zhuǎn)移也就停止了。第三階段，器件響應(yīng)。電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移時，器件的感應(yīng)?，F(xiàn)階段，要解決電荷重新分布的問題。第四階段，評估。對器件的效果進(jìn)行評估。判斷期間失效與否，如失效，確認(rèn)失效原因及失效屬性。

2 微電子器件在生產(chǎn)中的靜電

對微電子器件生產(chǎn)中靜電的研究中，最重要的現(xiàn)象是靜電破壞。對器件的靜電釋放，分析如下：

第一種來源是工作人員。微電子器件的生產(chǎn)過程中，一定離不開工作人員的接觸。而器件與人接觸，就一定會產(chǎn)生靜電。一般摩擦產(chǎn)生的靜電，有幾萬伏的靜電勢，這樣微電子器件就很容易被損壞。而微電子器件生產(chǎn)中，大量的靜電無法釋放，微電子器件的安全無法保證，所以，微電子器件的生產(chǎn)過程中一定會有微電子器件被破壞，而工作人員產(chǎn)生的靜電又不太容易避免，一些靜電釋放設(shè)備等并不能完全保證靜電的全部釋放。而工作人員在生產(chǎn)過程中一定會有行為動作，這就無法避免的產(chǎn)生靜電，這就使微電子器件的生產(chǎn)有一定的阻礙，也影響IT行業(yè)的發(fā)展[1]。

第二種來源是設(shè)備機(jī)械。在微電子器件的生產(chǎn)過程中，設(shè)備一定會存儲大量的靜電，而這些靜電的釋放，必定會造成大量微電子器件的損壞。且企業(yè)為了增加生產(chǎn)量，在許多的工藝上都采用自動化設(shè)備，這些設(shè)備的運(yùn)行更是會產(chǎn)生大量靜電。在微電子器件加工時，靜電就會在各個工藝流程中釋放，大量的微電子器件就會失效[2]。這對微電子器件的生產(chǎn)影響也是較大的，且無法避免。

第三種是其他來源。一些工作服、座椅、包裝材料等是由高分子材料制作的，所以他們都會帶有一定的靜電，有很高的電勢，在微電子生產(chǎn)時它們的釋放，又會損壞一批微電子器件。

3 靜電防護(hù)

3.1 改善器件抗靜電能力

第一，靜電防護(hù)電路要設(shè)置一個低阻通路和高阻通路，在ESD發(fā)生時能輸出電荷，也能進(jìn)行正常的工作。第二，在輸入端加入一個MOS可以檢測靜電。第三，pn二極管也是防護(hù)電路經(jīng)常用到的一個構(gòu)件，對靜電防護(hù)也有重要作用。第四，在靜電防護(hù)電路中，應(yīng)加粗金屬線[3]。第五，避免90°以上的彎曲，使電路允許通過的電流更大。第六，金屬環(huán)路盡量的長、遠(yuǎn)，減小或避免尖端放電產(chǎn)生的損傷。第七，設(shè)計多層布線?，F(xiàn)在仿真模擬設(shè)計技術(shù)是成功率比較高的靜電防護(hù)設(shè)計。

3.2 在生產(chǎn)、運(yùn)輸時采取保護(hù)措施

防靜電地線是微電子器件制造廠需要安裝的。地線要與設(shè)備儀器都保持連接。防靜電地線要分離使用，不能與其他接地線一起使用。防靜電腕表是操作人員一定要佩戴的，腕表要與皮膚接觸。防靜電地線連接完成后，較高的靜電就難以形成。操作人員最好要穿戴防靜電的工作服。微電子器件生產(chǎn)的廠房內(nèi)，我們應(yīng)采用不易產(chǎn)生靜電，且靜電較易釋放的材料。此外，環(huán)境的濕度和空氣的離子濃度對靜電的產(chǎn)生也有影響。所以，要減少廠房內(nèi)靜電的產(chǎn)生還要控制廠房內(nèi)的溫度和濕度。在對微電子的測量與使用時，要注意周圍環(huán)境，避免周圍環(huán)境對其的影響，也是避免微電子器件的損傷。在微電子器件的運(yùn)輸?shù)冗^程中，一定要避免使用泡沫等無法防止靜電產(chǎn)生的方式，為防止器件的損害，要使用正確的防靜電材料。

4 ESD模型

微電子器件生產(chǎn)中，靜電的放電方式有：第一種，微電子器件與帶電的人體接觸；第二種，帶電微電子器件與接地物體的接觸；第三種，微電子器件與帶電的機(jī)械設(shè)備接觸；第四種，微電子器件周圍靜電場產(chǎn)生的強(qiáng)大電壓[4]。

根據(jù)這四種靜電放電方式，人們提出四種描述模型：第一種，人體模型即HBM，這也是比較廣泛的應(yīng)用模型。HBM模擬微電子器件與帶電的人體接觸時，靜電放電過程，從而從中尋求解決辦法。第二種，機(jī)器模型即MM模型。這種模型是模擬器件生產(chǎn)中，設(shè)備放電的情況。第三種，器件帶點(diǎn)模型即CDM模型。CDM與FIM模型的原理類似，其不同之處是電荷的來源。第四種，感應(yīng)電場模型即FIM.FIM模型中電場感應(yīng)產(chǎn)生電荷。ESD模型的建立，可以模擬微電子器件生產(chǎn)中靜電的產(chǎn)生、釋放過程、釋放原理，最重要的是尋求解決辦法，得到一個改善措施，從而促進(jìn)微電子器件生產(chǎn)的效率，使微電子器件在生產(chǎn)中，微電子器件的損害率下降，促進(jìn)微電子行業(yè)的發(fā)展。

5 靜電防護(hù)體系

微電子器件的生產(chǎn)，運(yùn)輸?shù)冗^程較多，所以受到損害的概率也就比較大，每個環(huán)節(jié)的防護(hù)都要完善。任何一個環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致微電子器件的損壞。除了對工作人員服飾上的防護(hù)，生產(chǎn)設(shè)備上的防護(hù)，生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)置，還應(yīng)追求更高層次的防護(hù)措施。靜電防護(hù)不應(yīng)只停留在防靜電用品，而應(yīng)是系統(tǒng)化的管理，這樣的防護(hù)措施才是更有效的。靜電防護(hù)系統(tǒng)的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、整體化也是靜電防護(hù)發(fā)展的要求。

6 結(jié)束語

在微電子器件生產(chǎn)中，為了避免靜電損傷器件，不僅技術(shù)需要加強(qiáng)，更應(yīng)對ESD體系進(jìn)行完善。建立健全ESD防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)規(guī)章制度的貫徹力度，對人員的管理也要加強(qiáng)。ESD防護(hù)體系是對靜電防護(hù)的有效措施。

參考文獻(xiàn)

[1]劉進(jìn)，陳永光.系統(tǒng)級測試下靜電防護(hù)器件的失效機(jī)理分析[J].半導(dǎo)體光電，2016，1（5）：698-702+724.

[2]羅靜.微電子器件的靜電防護(hù)探討[J].通訊世界，2016，6（8）：250.

[3]王淑燕.微電子器件靜電防護(hù)探討[J].廣東科技，2013，3（16）：108-109.

[4]劉軍霞，張新煥.微電子器件工業(yè)生產(chǎn)中的靜電防護(hù)研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2011，5（S1）：91-93+108.