简谈微电子生产制造阶段的静电影响

1.微电子器件的了解：

所谓微电子器件，通常指电子器件的关键器件结构（包括膜层厚度、线宽、线距等技术参数）进入到微米级甚至更低数量级的范围。例如，当前的各类IC（Integrated Circuits,集成电路，俗称芯片）中都有大量的MOS（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物场效应管）器件结构构成各种电路单元，而其中的gate oxide膜层基本都进入180um以下的膜厚范围。

图1.IC中典型的MOS器件结构
再比如各种封装技术的IC，在封装阶段使用的焊线直径介于20um-75um，等等。

图2.IC装内连接Die与封装leads间的wire bonding焊线

而静电对各类微电子器件的影响，则是体现在其中的不同微观元件受到静电作用而产生各种损坏或失效上。


2. 静电如何危害到微电子器件？
微电子器件中包括大量不同的微观元件与器件结构，其受到静电作用构成的器件失效风险也各不相同。例如，IC中连接die pads与封装外部leads的焊线，流过的电流幅值越大，则焊线因电致焦耳热作用的熔断失效风险就越高；而IC中的绝缘膜层，则是在受到电场作用的强度越高，膜层发生击穿失效的风险就越高。
在各种微电子器件的生产制造阶段中，静电则主要通过以下几种形式对微电子器件构成不良失效（功能失效或工作可靠性下降）：
一，静电主要来自于其他物体上，通过接触到微电子器件（尤其是电气管脚或引线）时，通过静电放电（ESD，Electro-Static Discharge）的过程，导致微电子器件内部特定结构损坏而失效。

图3.手动操作工序中人体静电危害IC的典型情形：接触放电
二，静电则是来自于微电子器件上，此种情形下，微电子器件在接触到其他物体（尤其是微电子器件的电气管脚或引线，接触到接地的导电性物体）时，主要以静电放电（以微电子器件的电子管脚与导体接触的情形最为显著）的方式对微电子器件内部的特定结构构成失效冲击。此种静电危害微电子器件的情形，在微电子制造工厂中的各种电测工序中最为典型。

图4.电子工厂中带有高静电的IC对接地的导体静电放电（以电测机台最为典型）
以上两种静电对微电子器件构成的失效风险适用于所有类型的微电子器件。


三，微电子器件在靠近高静电源时，即会导致微电子器件内部受到较强的静电作用，而发生电性损坏或CD超规的失效。
这类微电子器件包括photomasks（光掩膜版，用于集成电路、平板显示、触摸屏等产品的光刻工序）、平板显示（Flat Panel Display，FPD）产品的前端半成品-TFT array玻璃、SAW器件（Surface Acoustic Wave，声表面波）、MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems,微电机系统）等。此种静电危害微电子器件的情形在wafer Fab工厂、FPD Fab工厂、SAW封装厂、MEMS封装厂最为典型。


图5.SAW封装厂内，SAW器件靠近高静电源即可能导致静电损坏的情形

图6.SAW器件静电导致损坏的典型情形：IDT间烧伤

图7.FPD Fab厂内TFT array线路静电击伤的典型情形：导体线路间的绝缘膜层烧伤

图8.Wafer Fab厂内PHOTO段光刻mask被静电损坏的典型情形：Cr pattern间烧伤

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