靜電放電(ESD: Electrostatic Discharge)，應該是造成所有電子元器件或集成電路系統造成過(guò)度電應力(EOS: Electrical Over Stress)破壞的主要元兇。
因為靜電通常瞬間電壓非常高(>幾千伏)，所以這種損傷是毀滅性和永 久性的，會(huì )造成電路直接燒毀。
所以預防靜電損傷是所有IC設計和制造的頭號難題。
靜電，通常都是人為產(chǎn)生的，如生產(chǎn)、組裝、測試、存放、搬運等過(guò)程中都有可能使得靜電累積在人體、儀器或設備中，甚至元器件本身也會(huì )累積靜電，當人們在不知情的情況下使這些帶電的物體接觸就會(huì )形成放電路徑，瞬間使得電子元件或系統遭到靜電放電的損壞(這就是為什么以前修電腦都必須要配戴靜電環(huán)托在工作桌上，防止人體的靜電損傷芯片)，如同云層中儲存的電荷瞬間擊穿云層產(chǎn)生劇烈的閃電，會(huì )把大地劈開(kāi)一樣，而且通常都是在雨天來(lái)臨之際，因為空氣濕度大易形成導電通到。
那么，如何防止靜電放電損傷呢？首先當然改變壞境從源頭減少靜電(比如減少摩擦、少穿羊毛類(lèi)毛衣、控制空氣溫濕度等)，當然這不是我們 討論的重點(diǎn)。
 討論的是如何在電路里面設計保護電路，當外界有靜電的時(shí)候我們的電子元器件或系統能夠自我保護避免被靜電損壞(其實(shí)就是安裝一個(gè)避雷針)。
這也是很多IC設計和制造業(yè)者的頭號難題，很多公司有專(zhuān)門(mén)設計ESD的團隊，z基本的理論講起逐步講解ESD保護的原理及注意點(diǎn)， 你會(huì )發(fā)現前面講的PN結/二極管、三極管、MOS管、全都用上了……以前的專(zhuān)題講解PN結二極管理論的時(shí)候，就講過(guò)二極管有一個(gè)特性：正向導通反向截止(不記得就去翻前面的課程)，而且反偏電壓繼續增加會(huì )發(fā)生雪崩擊穿(Avalanche Breakdown)而導通，我們稱(chēng)之為鉗位二極管(Clamp)。
這正是我們設計靜電保護所需要的理論基礎，我們就是利用這個(gè)反向截止特性讓這個(gè)旁路在正常工作時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，而外界有靜電的時(shí)候這個(gè)旁路二極管發(fā)生雪崩擊穿而形成旁路通路保護了內部電路或者柵極(是不是類(lèi)似家里水槽有個(gè)溢水口，防止水龍  頭 忘關(guān)了導致整個(gè)衛生間水災)。
那么問(wèn)題來(lái)了，這個(gè)擊穿了這個(gè)保護電路是不是就徹底死了？難道是一次性的？答案當然不是。
PN結的擊穿分兩種，分別是電擊穿和熱擊穿，電擊穿指的是雪崩擊穿(低濃度)和齊納擊穿(高濃度)，而這個(gè)電擊穿主要是載流子碰撞電離產(chǎn)生新的電子-空穴對(electron-hole)，所以它是可恢復的。
但是熱擊穿是不可恢復的，因為熱量聚集導致硅(Si)被熔融燒毀了。
所以我們需要控制在導通的瞬間控制電流，一般會(huì )在保護二極管再串聯(lián)一個(gè)高電阻，另外，大家是不是可以舉一反三理解為什么ESD的區域是不能form Silicide的？還有給大家一個(gè)理論，ESD通常都是在芯片輸入端的Pad旁邊，不能在芯片里面，因為我們總是希望外界的靜電需要第 一時(shí)間泄放掉吧， 放在里面會(huì )有延遲的(關(guān)注我前面解剖的那個(gè)芯片PAD旁邊都有二極管。
甚至有放兩級ESD的，達到雙重保護的目的。
在講ESD的原理和Process之前，我們先講下ESD的標準以及測試方法，根據靜電的產(chǎn)生方式以及對電路的損傷模式不同通常分為四種測試方式： 人體放電模式(HBM: Human-Body Model)、機器放電模式(Machine Model)、元件充電模式(CDM: Charge-Device Model)、電場(chǎng)感應模式(FIM: Field-Induced Model)，但是業(yè)界通常使用前兩種模式來(lái)測試(HBM, MM)。
一、人體放電模式(HBM）當然就是人體摩擦產(chǎn)生了電荷突然碰到芯片釋放的電荷導致芯片燒毀擊穿，秋天和別人觸碰經(jīng)常觸電就是這個(gè)原因。
業(yè)界對HBM的ESD標準也有跡可循(MIL- STD-883C method 3015.7，等效人體電容為100pF，等效人體電阻為1.5Kohm)，或者國際電子工業(yè)標準(EIA/JESD22-A114-A)也有規定，看你要follow哪一份了。
如果是MIL-STD-883C method 3015.7，它規定小于