靜電放電和電遷移

集成電路產學研技術論壇

靜電放電和電遷移聽起來可能相似，但涉及兩種不同的物理現象。

靜電放電（ESD）  

ESD是在兩點之間（通常是暫時的）電位差較大時在任意兩點之間流動的大電流。用半導體術語來說，可以說在某種程度上在MOS器件的柵極和源極之間施加了很大的電勢（通常是地電勢），這可能會破壞電晶體的二氧化矽。二氧化矽控制著重要的參數，例如電晶體的閾值電壓（Vt），任何物理損壞都會影響設備的功能，進而影響整個SoC的功能。 

僅由於ESD，半導體行業就蒙受了數百萬美元的損失，因此，在運送部件時，每個IC都必須格外小心地包裝，並與外界隔離。

此外，在研究中心、大學或公司的實驗室工作時，要注意避免在任何實驗室設備上多餘電勢的堆積。理想情況下，應該為所有可能積聚電荷的設備設置單獨的接地，即使它可能只有金屬針那麼小。不要徒手觸摸任何IC的插腳，因為我們的身體會積聚足夠的電位，特別是像手指這樣的四肢。此外，工程師們穿著特別設計的衣服，確保任何產生的電荷都被釋放回地面!

像FPGAs這樣昂貴的晶片通常都有內置的二極體保護裝置，這種二極體具有高浪湧能力，可以保護晶片免受ESD的傷害。

注意ESD是一個單一時間事件。它可能發生在運輸的時候，也可能在你使用設備的時候。

電遷移（EM）

假設設備長時間運行。並且在設備中的某些區域中，電流密度非常高。這些電子具有取代器件原子的傾向這可能在某些區域產生空隙，在其他區域產生堆積。
電遷移（EM）是一種分子位移，是由於導電電子和離子在一段時間內的動量轉移而引起的。當電流密度較高時會發生這種現象，這會導致金屬離子向電子流方向漂移。EM通常發生在現場設備部署多年之後。

由於電遷移效應，金屬線可能會爆裂並短路。EM會增加導線電阻，這會導致電壓下降，從而導致設備降速。由於短路或開路，它還可能導致電路永久性故障。EM進入帶溫度的正反饋迴路（焦耳加熱）。 

請注意，與ESD不同，EM是一種漸進現象。這是您在一段時間內看到設備性能下降或設備功能故障的主要原因。 

EM可以通過以下方法緩解：

降低或分配金屬線中的電流密度。

可以通過增加金屬互連的寬度來降低電流密度。

線材也會影響電遷移。

例如：

與鋁線相比，銅線對電遷移的有害影響通常要強4-5倍。