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靜電放電與電遷移

2019-12-09 13:14:00 來源:EETOP 作者:易建芯

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),這可能會破壞晶體管的二氧化硅。二氧化硅控制著重要的參數,例如晶體管的閾值電壓(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。

  • 僅由于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,并與外界隔離。
  • 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余電勢的堆積。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么小。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這樣昂貴的芯片通常都有內置的二極管保護裝置,這種二極管具有高浪涌能力,可以保護芯片免受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。并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,是由于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后。

由于電遷移效應,金屬線可能會爆裂并短路。EM會增加導線電阻,這會導致電壓下降,從而導致設備降速。由于短路或開路,它還可能導致電路永久性故障。EM進入帶溫度的正反饋回路(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。


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