微电子器件的静电防护分析

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静电的产生、释放过程、释放原理，最重要的是寻求解决办法，得到一个改善措施，从而促进微电子器件生产的效率，使微电子器件在生产中，微电子器件的损害率下降，促进微电子行业的发展。

5 静电防护体系

微电子器件的生产，运输等过程较多，所以受到损害的概率也就比较大，每个环节的防护都要完善。任何一个环节都有可能导致微电子器件的损坏。除了对工作人员服饰上的防护，生产设备上的防护，生产环境的设置，还应追求更高层次的防护措施。静电防护不应只停留在防静电用品，而应是系统化的管理，这样的防护措施才是更有效的。静电防护系统的科学化、标准化、整体化也是静电防护发展的要求。

6 结束语

在微电子器件生产中，为了避免静电损伤器件，不仅技术需要加强，更应对ESD体系进行完善。建立健全ESD防护标准，加强规章制度的贯彻力度，对人员的管理也要加强。ESD防护体系是对静电防护的有效措施。

参考文献

[1]刘进，陈永光.系统级测试下静电防护器件的失效机理分析[J].半导体光电，2016，1（5）：698-702+724.

[2]罗静.微电子器件的静电防护探讨[J].通讯世界，2016，6（8）：250.

[3]王淑燕.微电子器件静电防护探讨[J].广东科技，2013，3（16）：108-109.

[4]刘军霞，张新焕.微电子器件工业生产中的静电防护研究[J].河北科技大学学报，2011，5（S1）：91-93+108.