半導體元件經過ESD後常見的兩種失效表現

半導體元件通過ESD後，失效表現主要可以歸結為兩種。一個是高電壓和高電場所造成的器件擊穿帶來的實效。另一個是靜電放電時高電流引起的零件部分或整體過熱燒毀零件。

一、高壓引起的介質擊穿

半導體有多種介質材料，每種都有不同的介電能力，工藝不同，相同材料的厚度不同，電能力也不同。靜電放電發生時，如果靜電脈衝電壓超過介質容量，介質就會被擊穿。當然，這種情況也分輕重的，重的可以直接使零部件無效。

根據半導體零件的結構和工藝，容易發生的主要類型如下：

1、柵氧化物介質擊穿

對於MOS或IGBT等結構，柵氧化層的厚度相對較薄，如果靜電電壓超過自身介質的耐壓，可能會發生靜電擊穿。所以在使用時不要用手直接觸摸IGBT。

2、金屬層間介質擊穿

半導體集成電路為了多層金屬布線，需要在金屬層之間堆積相應的介質層，用於隔離金屬。靜電電壓超過此介質時，會發生介質破裂，需要阻擋的金屬之間短路，導致部件故障。

3、多晶矽介質的擊穿

許多半導體在工藝中使用多晶矽作為柵極鏈路或作為電阻，多晶矽通常採用金屬布線。為了將多晶矽從金屬中分離出來，通常會累積與上述金屬層間介質穿透相似的相應介質層。

4、場介質擊穿

作為元件的被動區域，其上方的場介質層厚度一般較厚，耐壓比其他區域相對較大。但是，如果介質因後期過程中的焊接等而受損，則靜電放電時，此區域發生靜電破壞的可能性會增加，從而使部件無效。

二、大電流引起的裝置損壞

半導體的各結構除了介質不導電外，其他結構在工作中有一定的電流。根據材料或結構的不同，可承受的電流大小也不同，如果靜電電流超過可承受的電流，則可能會因高電流過熱而受損。

1、PN結過熱損傷

半導體的基本結構PN結正向能承受的電流很大，而反轉在PN結擊穿之前只存在很小的反向洩漏電流，反轉擊穿時會出現更大的反向擊穿電流。但是，如果PN結不管是正向還是反向，靜電電流超過PN結的承受能力，則PN結可能會局部過熱，局部失效短路。

2、金屬線燒毀

金屬導線本身的導電性很強，但半導體元件的金屬連接線由於各種要求，部分金屬連接線的電流承受能力不大，當靜電電流超過承受能力時，可能會出現過熱燒毀。