[发明专利]一种基于低频噪声的ESD监测设备

说明书

技术领域

本发明涉及生产现场静电放电（ESD）监测领域，具体涉及一种利用金属氧化层半导体场效晶体管低频噪声对ESD进行监测的设备。

背景技术

静电放电（ESD）不但会导致静电敏感元器件性能退化，影响其所在系统的寿命与可靠性，并因此造成生产企业的成品率和声誉严重受损。在电子产品储存、运输与装配环节进行有效的ESD管理对保证产品的质量与可靠性具有重要意义。

目前的ESD管理系统主要分为两类：一类是基于静态检测方法，即根据国标要求对目标环境进行逐项评估，分析其ESD风险，并提出相应的改进措施。另一类是基于动态监测技术，即利用传感器网络对目标环境重要部位的ESD进行实时监测和记录，一旦发现有ESD超过监控阈值的情况即进行报警。工作人员可根据预案进行相应的处理，消除ESD隐患。目前的ESD管理基本都是基于这两种体系，虽然可以提高目标环境的ESD等级，但毕竟都只是间接手段，并不能直接评估各个工艺环节的实际ESD情况。需要有一种新系统，其传感器能实际经历被装配电子元器件相同的工艺流程和环境，体验并记录其ESD情况，从而能准确评估生产现场电子元器件所可能经受的ESD的确切情况，为进行有效的ESD管理提供第一手资料。

由于其特殊的结构，金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）对ESD非常敏感。ESD导致的MOSFET失效主要表现为栅氧失效，根据严重程度不同可分致命性失效和潜在失效。当静电损伤引起的缺陷没有达到二次击穿所需的浓度时，其损伤是潜在的，MOSFET的常规电参数基本正常，因此仅凭常规电参数的变化无法判断器件是否遭受了ESD并导致潜在损伤。当ESD幅度较大或次数较多时，MOSFET的损伤程度会加重重，当缺陷浓度达到二次击穿的浓度时，才可能在氧化层中形成导电通路，造成致命性损伤，此时才可观察到较大的栅极漏电流、较大的常规电参数变化等。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明旨在于提供一种利用金属氧化层半导体场效晶体管（MOSFET）低频噪声对ESD进行监测的设备，需要说明的是，当MOSFET在受到ESD应力期间，其栅氧化层体内或者Si/SiO，界面上的SiO₂分子中的Si原子或者O原子等相对于周围的原子发生了不可逆的位置移动，形成了缺陷态。这些缺陷态在SiO₂禁带中形成陷阱能级，并作为陷阱与库仑中心与沟道载流子发生作用。根据MOSFET漏源电流低频噪声的产生机理，普遍认为MOSFET中低频噪声起源于距离Si/SiO₂界面1-3nm的氧化层中的边界缺陷对沟道载流子的俘获/发射以及散射作用。而ESD应力作用期间Si/SiO₂界面附近新生成陷阱的高密度区位置与低频噪声的敏感缺陷区域接近，因此可通过测量低频噪声的变化监测ESD所引起的潜在损伤的变化，进而根据低频噪声与缺陷的关系以及缺陷与ESD的关系，提取ESD的等效参数，包括等效ESD幅度和频次。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于低频噪声的ESD监测设备，所述设备包括ESD传感器，以及用于接收所述传感器数据的ESD分析系统。

需要说明的是，所述ESD传感器包括ESD接收天线，敏感单元，时间记录单元，报警单元，其中，所述ESD接收天线与所述敏感单元连接，所述时间记录单元与所述报警单元分别与所述敏感单元连接。

需要说明的是，所述敏感单元为金属氧化物半导体场效晶体管。

需要说明的是，所述敏感单元为不带ESD保护的单元。

需要说明的是，所述ESD分析系统包括：

ESD传感器适配器、用于接收所述ESD传感器信号；

低噪声前放、与所述ESD传感器适配器连接，用于接收ESD；

数据采集卡，与所述低噪声前放连接，用于采集ESD数据；

ESD参数提取模块，与所述数据采集卡连接，用于提取、记录ESD数据。

一种利用低频噪声监测ESD的方法，包括以下步骤：

（1）将所述设备安装在目标的电器元件上；

（2）随所述目标运动或动作，当所述目标受到ESD时，所述设备中的ESD传感器将接收ESD；

（3）所述ESD传感器将记录接收到ESD的时间，以及作出报警信号；

（4）所述ESD系统接收ESD传感器发出的信号，经过所述系统对数据处理后，记录等效ESD幅度和损伤时间，并显示在计算机中。

一种利用权利要求1对ESD参数的提取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：