半导体ESD模型和测试标准PPT课件

. ESD模型与相关测试、1、ESD模型分类2、HBM与MM测试方法标准3、CDM模型与测试方法标准4、EIC模型与测试方法标准5、TLP与其测试方法6、锁定测试7、I-V测试8、标准介绍、1、ESD模型分类、ESD发生的原因与集成电路的放电方法不同经过统计，ESD放电模型为以下4种：(1)人体放电模式(Human-BodyModel，HBM)(2)机械放电模式(MachineModel，MM)(3)组件充电模式(Charged-DeviceModel， CDM)(4)分类为场感应模式(FIM )另外还有两种测试模型： (5)系统级产品测试的IEC电子枪空气放电模型(6)用于研究设计的TLP模型，人体放电模型(Human-BodyModel，hbb ) 人体放电模型(HBM )的ESD由于人体在地面上行走的摩擦和其他因素，在人体中蓄积了静电，该人接触IC后，人体的静电经由IC的脚(pin )进入IC内，经由IC向地面放电。 在这个放电过程中，在数百纳秒(ns )的短时间内产生数安培的瞬间放电电流，这个电流会使IC内的部件烧毁。 相对产生不同HBM静电电压的瞬间放电电流与时间的关系如图2.1-1(b )所示。 一般商用IC的2-KVESD放电电压的瞬间放电电流的峰值约为1.33安培。 给出了机械放电模式(MachineModel，MM )、HBM的ESD现有工业测试标准：工业标准(MIL-STD-883Cmethod3015.7 )的等效电路图，其中人体等效电容为100pF，人体等效放电电阻为1.5K。 表示根据国际电子工业标准(EIA/JEDECSTANDARD )，人体放电模式的测定基准(eia/jedecstandard22-a14-a )、机械放电模式(MachineModel，MM )、机械放电模式的ESD在机器(例如机器人臂)自身中蓄积静电由于机器是金属，其等效电阻为0，其等效电容为200pF。 由于机械放电模式的等效电阻为0，放电过程更短，在几纳秒到几十纳秒之间产生几安培的瞬间放电电流。 该设备放电模式的工业测试基准为EIAJ-IC-121method20，其等效电路图和等级如下：设备放电模式(MachineModel，MM )， 2-KVHBM和200-VMM的放电比较图中，HBM的电压2KV大于MM的电压200V，但是200-VMM的放电电流远大于2-KVHBM的放电电流，放电电流波形存在上下振动(Ring )的原因在于，测试机的引线的浮置等效电感和电容器耦合因此，机械放电模式对IC的破坏力很大。 国际电子工业标准(EIA/JEDECSTANDARD )对于该设备的放电模式也设定了测试基准(eia/jedecstandard22-a15-a ) .组件充电模式(Charged-DevICeModel，CDM )。 该放电模式是指IC因摩擦或其他原因在IC内部蓄积静电，但在蓄积静电的过程中IC没有损伤。 带有该静电的IC在处理中，如果该pin接触接地面，则IC内部的静电会通过pin从IC内部流出，发生放电现象。 该模式放电时间短，在几纳秒以内，且放电现象更难以实际模拟。组件充电模式(Charged-DevICeModel，CDM )、CDM模式ESD有可能发生的情况表示： (1)IC从IC管飞出后，带电的IC脚与地面接触而发生放电现象。 (2)IC从IC管中拉出后，IC脚朝上，但通过接地的金属工具放电。 (1)(2)、组件充电模式(Charged-DevICeModel，CDM )、存储在IC内部的静电根据IC组件自身的对地的等效电容而变化，根据IC的配置角度或位置、在IC中使用的封装的形式而等效电容不同。 该电容值会导致不同的静电量积累在IC内部。电场感应模式(Field-InducedModel，FIM )，FIM模式的静电放电的产生是由电场感应引起的。 由于传送带等原因，IC通过电场时，其相对极性的电荷有可能从IC脚排出，IC通过电场时，静电荷积蓄在IC自身中，以类似CDM的模式放电。FIM的放电模式已在双载波晶体管时代发现，目前已有工业测试标准。 在国际电子工业标准(EIA/JEDECSTANDARD )中，该电场感应模型也制定了测试基准(JESD22-C101 )。 IEC电子枪的空气放电模式主要是接触式放电和非接触式放电8 kvairdischarge4kvcontactmodeformostproducts6kvcontactformedicaldevices .TLP模型用于研究ESD防护器件的工作特性， 在ESD脉冲到来时施加于ESD保护元件的电压电流中，包含导通电压和ESD脉冲期间的ESD保护元件的各点的电压电流，即触发电压电流、回卷电压电流、二次崩溃电压电流等。 为了实现上述目的，对ESD脉冲进行离散化。 这是利用TLP的矩形脉冲模拟HBM的放电脉冲和放电行为。 TLP脉冲的上升时间与HBM一致，TLP矩形脉冲的脉冲宽度西侧的能量与HBM能量一致。HBM，MM和CDM模型参数的比较，2KVHBM，200VMM与1 kvc-DM的放电电流相比，其中1 kvc-DM的放电电流在不足1ns的时间内突入约15安培的峰值，但其放电的总时间在约10ns的时间内结束。 这种放电现象容易引起集成电路的损伤。HBM、MM与CDM的比较、2、HBM与MM的测量方法标准、HBM的测量方法与标准1.ansi-STM 5.1-2001 jeds 22-a14d-2005 AEC-q120-002 d-20032.hbm模式下的ESD电压灵敏度的测量， 评估和分级过程3 .整个测量过程繁杂，尤其需要仪器或脉冲波形的检测，但非常必要的4 .在ESD测试中，仪器不工作；2.hbm和MM测试方法标准的一些重要概念：(1) 部件故障：部件不满足制造商或用户提供的部件动态特性和静态特性参数(2)ESD灵敏度(sensitivity):引起部件故障的ESD级别(2)ESD耐压(withstandvoltage )时：不引起设备故障前提下的最大ESD 阶跃耐压增强(Stepstresstesthardening):在阶跃增加的测试电压下，验证设备的耐压现象、2、HBM和MM测试方法标准、脉冲电流波形的设备：示波器、电阻负载和电流传感器。 具体指标：示波器：分辨率100mA/1cm、带宽350MHz、1cm/ns的显示输出速度负载电阻： Load1:短路、Load2:500ohm电流探头：带宽350MHz、峰值电流12A， 上升时间不到1ns的仪表和脉冲波形检查和校正初次使用时检查例行检查修理后检查测试版或者移动后检查记录波形(比较和检查用) 新机器旧机器，2、HBM和MM测试方法基准， 测试板的检查程序： (1)测试板的所有引脚的电气一贯性(2)对于新安装的测试板，找到与测试板的脉冲发生器最接近的引脚，将其作为参考节点连接到b侧。 所有其他针脚依次连接到a侧，在AB之间连接短路配线。使用正负1000V的脉冲电压在AB端观察波形，通过所有针对的电流波形必须符合图示波形的HBM的测量方法和标准1.ansi-STM5.1- 2001 jeds 22-a 14 d-2005 AEC-q 120-002 d-20032.hbm模式下的评价和等级过程3 .整体的测定过程繁杂，特别需要设备和脉冲波形的检查，在非常需要的4.ESD测试中，设备处于不工作状态.关于尾波校正， 2，HBM和MM的测定方法基准， 2，HBM和MM的测定方法基准， 2，HBM和MM的测定方法基准， 2， HBM和MM的测定方法标准， HBM和MM测量标准所有引脚(一次一个)对(第x组)接地引脚(接地)所有引脚(一次一个)对(第y组)电源引脚(接地)所有I/O引脚(一次一个)所有其他I/O引脚(接地) NC引脚不按照美军标准MIL-883进行测试必须根据民用标准ESDA/JEDEC/AEC进行测试的IC的该测试引脚首先被施加(Zap )某个ESD电压，而且在相同的ESD电压下，IC的该测试引脚在Zap中损坏3次，Zap之间的时间间隔约为1秒，Zap在3次后该测试引脚在ESD中损坏该ESD电压从小到大，重复进行直到该IC脚被ESD破坏，此时IC脚被破坏的ESD测试电压称为“ESDfailurethreshold)”。 HBM/MM测试内容是，每次上升的ESD测试电压的振幅过小时，在IC脚受损之前经过多次ESD放电，测试时间变长每次上升的ESD测试电压过大时，很难正确测量该IC脚的ESD耐压能力。 规定：正负极性均从低压到高压进行测量，开始电压为70%的平均ESDfailurethreshold(VESD )步骤小于1000V时为50V(100V )，超过1000V时为100V(250V，500V )步骤进行1步测量或全自旋扫描测量最短间隔时间和测试次数，上述测试方法在MM/CDM中相同，每只脚有ESDfailurethreshold。 此IC的ESDfailurethreshold仅为500V，因为该IC的ESDfailurethreshold在所有IC脚本中定义为ESDfailurethreshold最小的电压值。 由于IC过程特性可能仅有(10% )漂移，因此相同批处理IC中至少有5个采样被随机地执行。 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准， 3，CDM模型和测试方法的标准主要是接触式放电和非接触式放电8 kvairdischarge4kvcontactmodeformostproducts6kvcontactformedicaldevices，4，EIC模型和测试方法标准，4，EIC模型和测试方法标准，4，EIC模型和测试方法标准EIC模型和测试方法的标准，systemlevellesdtestcaseandlatch-up，TFTPanelESD，5，TLP及其测试方法，5，TLP及其测试方法， 目前TLP厂商为：美国Barth电子公司： Barth是世界上最早的(60年代) TLP产品公司，其产品经典、稳定、可靠，目前产品占世界75%以上的市场。 主要是Barth4002TLP和Barth4012VF-TLP美国thermokeytek设备公司： thermokeytek是世界性的测试设备巨头。主要是HBM/MMtester的MK2和ZAPMASTER，CDMtester .美国Oryx公司日本Hanwa公司的价格之所以便宜，是因为barth-oryx-thermokeyytek-hanwa稳定可靠性高而降低， 根据Thermokeytek-Oryx-Hanwa-Barth使用的用户调查，Hanwa-Oryx-ThermokeytekBarth从操作接口可以看出，barth-oryx-thermokytek-hanwa标称值高而低UMC的前后使用Barth的TLP，而e-SD/lar tch-up基本上使用密钥技术，并且在SMIC、HHNEC、宜硕、广州五地使用Barth4002和密钥技术的e-SD/lar tch-up。 格雷斯宏使用的是Oryx。目前业界公认的数据： Barth4002BTLP，用于更快的脉搏波测试的有Keytech4012BTLP、TLP测试标准、5，TLP及其测试方法、5，TLP及其测试方法、5，TLP及其测试方法、5，TLP及其测试方法、各种测试的ESDA :硬盘驱动器IC、音频IC、数据通信接口IC、汽车电子IC、0.9、1.2、1.5工艺一般： TLP的it 21500=hbm mm (9- 10 )=hbm tec-(1300-2000 )=HBM栅极氧ESD破坏电压=1.2栅极氧破坏电场强度栅极氧厚度=静态破坏电压TLP和hbm也不同的故障机理1.3AHBM:drain区多晶硅filament和Si熔融1.5ATLP:D-Sfilament，6，连锁测试，6，6 使用curvetracter锁定测试，6，锁定测试，7， 使用KIE