- 什么是ESD?
- ESD测试原理
- ESD失效机理
一、什么是ESD？
物质由原子构成，原子含电子和质子。物质得失电子，进而带正电或负电，电荷在材料表面积累便形成静电（静电多由材料接触分离或摩擦产生）。电荷会持续累积，直至产生作用停止或被泄放。当电荷积累的强度足以将周围电介质击穿后，电荷就会快速中和，这个泄放过程就是静电放电（electrostatic discharge，ESD）。
如果静电放电时泄放通道电阻较小，瞬时泄放电流就会很大，将会造成电子系统中的器件严重损害。因此静电放电（ESD）是造成的器件损伤影响微电路可靠性的重要问题之一，尤其对MOS器件的影响更为严重。
二、ESD测试原理
静电放电测试的目的是评价元器件承受静电放电的能力。模拟实际发生静电放电的不同情况，分为不同的测试模型：人体模型（HBM）、机械模型（MM）及充电器件模型（CDM）。
人体模型（HBM）
模拟人体所带静电接触器件时，向器件放电的静电放电模型。
1、电路图如下所示，可调高压电源对代表“人体”的电容C1充电后，将开关S1转向与R1相连，电容C1通过“人体”电阻R1对被测器件进行放电。
2、每次试验后闭合S2释放掉电路中剩余的电荷。
机械模型（MM）
模拟带静电自动化设备所接触器件时，向器件放电的静电放电模型。电路图如下所示，由于设备主要是金属材质，所以设备等效电阻为0Ω，以及电容200pF。
1、可调高压电源对代表“机械”的电容C1充电后，将开关S1转向与R1相连，电容C1通过“人体”电阻R1对被测器件进行放电。
2、每次试验后闭合S2释放掉电路中剩余的电荷。
充电器件模型（CDM）
模拟带静电的元器件本身对地放电的过程。电路图如下，可调高压电源使用无接触式电场感应对器件进行充电后，开关S1闭合器件对地进行放电。
三、ESD失效机理
ESD失效通常都是具有破坏性的，如强电场导致的栅氧击穿、大电流导致的金属或硅的电击穿等。
栅氧化层击穿
MOSFET器件最常见ESD失效，栅氧化层厚度通常仅为几十纳米，是器件的最为薄弱的位置。ESD脉冲产生的高压会在栅-源极间产生强电场，当电场强度超过栅氧的临界击穿电场时，栅氧会发生介质击穿（如下图）。
金属互连线损坏
ESD大电流经过金属互连线时会产生大量的热量使金属升温并超过其熔点，金属会熔化、汽化，使金属线熔断（开路失效）或金属迁移（短路失效），导致金属互连线损坏（如下图）。
PN结击穿
ESD电流在pn结的耗尽区之间产生压降，就会在这一区域产生大量的热量，使芯片局部铝-硅熔融产生合金钉穿透pn结，导致pn结短路击穿。
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