二、静电损坏MOS主要方式
1、从上文中得到,为了确保MOS具有低开启、低功耗、高频率等特性,VGS一般都在20V以内,即栅极氧化物绝缘层比较薄弱,抗电压能力较弱。而静电无处不在,其中对MOS影响最大的当属人体静电,高达几KV的人体静电电压,是对MOS栅极损伤的主要元凶。
2、静电对MOS的主要损坏方式分为:
1)静电击穿:指作用于MOS栅极上的静电电压远超VGS标准,将MOS氧化物的绝缘层破坏,栅极G与源极S导通,IGSS漏电流远超MOS规格标准,如图:静电击穿。
在栅极击穿状态下,驱动电压在栅极无法形成电场或电场场强变弱,吸附N型半导体中电子(带负电)的能力变差,在漏极和源极形的以导电沟道变窄,RDS内阻变大,漏源间压降VFDS升高,导电沟道因功率增大而急剧发热,在极短时间内熔化PN结或破坏MOS内部结构,造成DS击穿短路或其它失效状态,并在芯片表面留下明显的高温烧灼痕迹,这种击穿通常发生在初始开机或通电时,而且过热时间短,击穿点呈不规则状态,通俗称为MOS炸机,如图:静电击穿芯片。
2)静电损伤:指作用于MOS栅极上的静电电压超过VGS标准,因放电时间较短或静电电压相对较低等因素,不足以将绝缘层完全破坏,只造成局部绝缘层变薄或损伤,造成IGSS漏电流远超MOS规格标准。如图:静电损伤(软击穿)。
IGSS超标的状态下,驱动电压在栅极电场场强变弱,吸附N型半导体中电子(带负电)的能力变弱,在漏极和源极形的以导电沟道变窄,RDS内阻变大,VFDS压降升高,导通位置因功率增大而发热,随通电时间持续,导电通道温度持续上升,因半导体材料导电率随温度升高而升高,因此IGSS因温度升高继续增大,形成恶性循环,当温度熔化PN结时,最终导致DS击穿短路,并在S极上留下明显的高温烧灼痕迹,这种通常称为软击穿,多发生在老化测试或用户端,MOS失效时间取决于栅极损伤程度和产品持续工作时间长度。因失效过程时间久,且温度上升慢,击穿点多呈规测的圆形或椭圆形,如图:静电损伤芯片图。
3)两种状态的静电导致MOS击穿的共同点:栅极G对源S的极间电阻RGS短路或电阻较小,且MOS芯片栅极电极处均会有不同程度的烧伤痕迹。