现在我国IT产业发展迅速,各个领域设计的产品也比较多,而静电对微电子器件危害是最大的。微电子是IT行业的一个重要器件,微电子的应用较为广泛。微电子器件的静电防护是企业普遍关注的问题。只有做好微电子的防护,才能使其性能得以最大化的发挥。
关键词:微电子;静电防护;ESD
引言
为了防护微电子器件,电路设计者对电子器件进行静电防护。电路保护的设计要考虑很多的因素,要不断进行试验。其中ESD是对微电子器件一个较大的威胁。ESD严重影响着微电子器件的质量,威胁着器件的整体工作。ESD对微电子器件制造业是一个巨大的威胁。解决ESD问题,是当前微电子生产的一个重要课题。ESD问题的解决,对整个行业的发展有重要的影响。
1 ESD分析
由于电荷的积累,物体表面带上静电,电荷发生移动,就是发生了ESD。ESD包括四个阶段。第一阶段,电荷的产生。电荷的产生是由于摩擦、感应的现象。两种不同的材料接触或摩擦,电荷通过绝缘体传播,而导体间电荷的转移是由于两个物体的电势不同造成的。第二阶段,电荷的转移。电荷发生转移是由于两个物体的电势不同,当两个物体的电势平衡,电荷的转移也就停止了。第三阶段,器件响应。电荷发生转移时,器件的感应。现阶段,要解决电荷重新分布的问题。第四阶段,評估。对器件的效果进行评估。判断期间失效与否,如失效,确认失效原因及失效属性。
2 微电子器件在生产中的静电
对微电子器件生产中静电的研究中,最重要的现象是静电破坏。对器件的静电释放,分析如下:
第一种来源是工作人员。微电子器件的生产过程中,一定离不开工作人员的接触。而器件与人接触,就一定会产生静电。一般摩擦产生的静电,有几万伏的静电势,这样微电子器件就很容易被损坏。而微电子器件生产中,大量的静电无法释放,微电子器件的安全无法保证,所以,微电子器件的生产过程中一定会有微电子器件被破坏,而工作人员产生的静电又不太容易避免,一些静电释放设备等并不能完全保证静电的全部释放。而工作人员在生产过程中一定会有行为动作,这就无法避免的产生静电,这就使微电子器件的生产有一定的阻碍,也影响IT行业的发展[1]。
第二种来源是设备机械。在微电子器件的生产过程中,设备一定会存储大量的静电,而这些静电的释放,必定会造成大量微电子器件的损坏。且企业为了增加生产量,在许多的工艺上都采用自动化设备,这些设备的运行更是会产生大量静电。在微电子器件加工时,静电就会在各个工艺流程中释放,大量的微电子器件就会失效[2]。这对微电子器件的生产影响也是较大的,且无法避免。
第三种是其他来源。一些工作服、座椅、包装材料等是由高分子材料制作的,所以他们都会带有一定的静电,有很高的电势,在微电子生产时它们的释放,又会损坏一批微电子器件。
3 静电防护
3.1 改善器件抗静电能力
第一,静电防护电路要设置一个低阻通路和高阻通路,在ESD发生时能输出电荷,也能进行正常的工作。第二,在输入端加入一个MOS可以检测静电。第三,pn二极管也是防护电路经常用到的一个构件,对静电防护也有重要作用。第四,在静电防护电路中,应加粗金属线[3]。第五,避免90°以上的弯曲,使电路允许通过的电流更大。第六,金属环路尽量的长、远,减小或避免尖端放电产生的损伤。第七,设计多层布线。现在仿真模拟设计技术是成功率比较高的静电防护设计。
3.2 在生产、运输时采取保护措施
防静电地线是微电子器件制造厂需要安装的。地线要与设备仪器都保持连接。防静电地线要分离使用,不能与其他接地线一起使用。防静电腕表是操作人员一定要佩戴的,腕表要与皮肤接触。防静电地线连接完成后,较高的静电就难以形成。操作人员最好要穿戴防静电的工作服。微电子器件生产的厂房内,我们应采用不易产生静电,且静电较易释放的材料。此外,环境的湿度和空气的离子浓度对静电的产生也有影响。所以,要减少厂房内静电的产生还要控制厂房内的温度和湿度。在对微电子的测量与使用时,要注意周围环境,避免周围环境对其的影响,也是避免微电子器件的损伤。在微电子器件的运输等过程中,一定要避免使用泡沫等无法防止静电产生的方式,为防止器件的损害,要使用正确的防静电材料。
4 ESD模型
微电子器件生产中,静电的放电方式有:第一种,微电子器件与带电的人体接触;第二种,带电微电子器件与接地物体的接触;第三种,微电子器件与带电的机械设备接触;第四种,微电子器件周围静电场产生的强大电压[4]。
根据这四种静电放电方式,人们提出四种描述模型:第一种,人体模型即HBM,这也是比较广泛的应用模型。HBM模拟微电子器件与带电的人体接触时,静电放电过程,从而从中寻求解决办法。第二种,机器模型即MM模型。这种模型是模拟器件生产中,设备放电的情况。第三种,器件带点模型即CDM模型。CDM与FIM模型的原理类似,其不同之处是电荷的来源。第四种,感应电场模型即FIM.FIM模型中电场感应产生电荷。ESD模型的建立,可以模拟微电子器件生产中