ESD模块

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ESD模块
   静电在芯片的制造、封装、测试和使用过程中无处不在，积累的静电荷以几安培或几十安培的电流在纳秒到微秒的时间里释放，瞬间功率高达几百千瓦，放电能量可达毫焦耳，对芯片的摧毁强度极大。所以芯片设计中静电保护模块的设计直接关系到芯片的功能稳定性，极为重要。随着工艺的发展，器件特征尺寸逐渐变小，栅氧也成比例缩小。二氧化硅的介电强度近似为8×106V／cm，因此厚度为10 nm的栅氧击穿电压约为8 V左右，尽管该击穿电压比3.3 V的电源电压要高一倍多，但是各种因素造成的静电，一般其峰值电压远超过8 V；而且随着多晶硅金属化（Polyside）、扩散区金属化（Silicide）、多晶硅与扩散区均金属化（Salicid）等新工艺的使用，器件的寄生电阻减小，ESD保护能力大大减弱。为适应VLSI集成密度和工作速度的不断提高，新颖的集成电路集成电路NSD保护电路构思不断出现。本文将对ESD失效模式和失效机理进行了介绍，着重从工艺、器件和电路3个层次论述ESD保护模块的设计思路。
    1 ESD的失效模式
    因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，表征ESD现象通常有4种模型：人体模型HBM（Hu-man-body Model）、机器模型MM（Machine Model）和带电器件模型CDM（charged-Device Model）和电场感应模型FIM（Field-Induced Model）。HBM放电过程会在几百纳秒内产生数安培的瞬间放电电流；MM放电的过程更短，在几纳秒到几十纳秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。CDM放电过程更短，对芯片的危害严重，在几纳秒的时问内电流达到十几安培。
    ESD引起的失效原因主要有2种：热失效和电失效。局部电流集中而产生的大量的热，使器件局部金属互连线熔化或芯片出现热斑，从而引起二次击穿，称为热失效，加在栅氧化物上的电压形成的电场强度大于其介电强度，导致介质击穿或表面击穿，称为电失效。ESD引起的失效有3种失效模式，他们分别是：
    硬失效：物质损伤或毁坏；
    软失效：逻辑功能的临时改变；
    潜在失效：时间依赖性失效。
 

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