Понятие механизмов повреждения

В прошлом анализа электрических сбоев, часто было очень трудно указать ЭСР в качестве причины. Но при лучшем понимании механизмов повреждения и причин их возникновения, использование более сложных методов, таких как растровая электронная микроскопия (РЭМ), обнаруживающая ЭСР повреждения, теперь может быть частью регулярного анализа отказов.

Параметрическое или функциональное повреждение биполярных (МОП) ИС может являться результатом ЭСР.

Первоначально механизмы поврежденные ЭСР включают:

1. Пробой диэлектрика: Это является преобладающим повреждением механизма МОП-устройств, когда напряжение сквозь окисел, превышает силу пробоя диэлектрика. Этот механизм повреждения по существу зависит от напряжения, где напряжение должно быть достаточно высоко, чтобы вызвать пробой диэлектрика. Таким образом, чем меньше окисел, тем выше чувствительность к ЭСР. Отказы МОП-устройства характеризуются резистивным КЗ от входа к V_DD, либо V_SS.

Подобный механизм повреждения может быть также обнаружен в биполярных ИС, которые содержат металлизацию, проходящую над активными областями полупроводников разделенными тонким слоем окисла. Отказы устройств характеризуются резистивным или высокими значениями путей утечки.

2. Тепловое убегание (Второй пробой): Этот механизм повреждения приводит к плавлению перехода, когда температура плавления силикона (1415°C) достигнута. По существу, это механизм повреждения зависящий от мощности; форма импульса ЭСР, его длительность и энергия могут произвести уровни мощности приводящие к локальному нагреву и в конечном счете переходному плавлению, хотя уровень напряжения ниже, чем требует пробой диэлектрика. Пробой перехода эмиттер-база n-p-n транзистора – это распространенный характер повреждения биполярных ИС, связанный с ЭСР, в тех случаях, когда наивысшая плотность тока достигается на самом маленьком текущем участке, и как правило, - это переход эмиттер-база. Малый коэффициент усиления по току (hFE) является наиболее чувствительным индикатором перехода эмиттер-база, разрушающегося в биполярных линейных ИС.

3. Параметрическое старение материала: В точности, у высокоскоростных ИС (например, биполярного операционного усилителя с типичным входным током смещения в 10 пА и низким входным напряжением смещения, как правило, 50 мкВ) ЭСР может вызвать старение устройства, не считая функциональных сбоев. Это может повлиять на электрические характеристики и негативно отразиться на надежности приборов.

Эту деградацию параметрических показателей устройства намного сложнее определить в качестве связанного с ЭСР режима отказа. Так же, это наименее изученный из режимов отказа. Степень этого старения зависит от количества ЭСР-импульсов и уровня понесенного ущерба. Первый ЭСР-импульс может и не привести ИС к сбросу ограничений электрических данных, но с каждым последующим ЭСР-импульсом параметрические показатели могут ухудшаться до той степени, пока устройство больше не встречает ограничений данных.

С уществует множество научных исследований, посвященных скрытым отказам вызванным ЭСР, и теперь, по-видимому, будет больше доказательств неисправности механизма подобного типа.